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RÉSUMÉ
En utilisant plusieurs sources de chaleur, les convertisseurs thermiques produisent de l’énergie mécanique, du froid ou encore de la chaleur. Le nombre de ces convertisseurs thermiques pour des systèmes dithermes ou trithermes est limité par la thermodynamique. Parmi les solutions les plus intéressantes pour l’énergétique, les systèmes dithermes comme les réfrigérateurs, les pompes à chaleur, les moteurs thermiques, sont bienconnusmais il existe également des systèmes dithermes à compression-absorption. Les systèmes trithermes comprennent les systèmes à sorption ainsi que les systèmes à éjection, notamment le cycle transcritique au CO2à éjection.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Francis MEUNIER : Professeur émérite au Conservatoire national des arts et métiers - Directeur honoraire de l’IFFI (Institut Français du Froid Industriel), Paris, France
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Pierre NEVEU : Professeur, Université de Perpignan, Via Domitia, Perpignan, France - Cet article est la réédition actualisée de l'article [BE 9 734] intitulé « Machines frigorifiques – Classification » rédigé par Maxime DUMINIL en 2002.
INTRODUCTION
Les convertisseurs thermiques (machines frigorifiques, pompes à chaleur, thermotransformateurs) dont il est question dans cet article sont des systèmes qui, à partir d’au moins deux sources de chaleur à des températures différentes, peuvent produire de l’énergie mécanique, du froid et/ou de la chaleur.
Des cas particulièrement courants de convertisseur thermique sont constitués par les moteurs thermiques ainsi que les réfrigérateurs qui correspondent à des systèmes dithermes. Mais, il existe également des systèmes trithermes.
Avant de présenter une typologie des convertisseurs thermiques, il faut d’abord rappeler les contraintes introduites par les deux premiers principes de la thermodynamique pour la conception et la réalisation de tels systèmes.
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- Version archivée 1 de juil. 2002 par Maxime DUMINIL
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Mise en œuvre des systèmes trithermes à sorptionArticle inclus dans l'offre
"Froid industriel"
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3. Systèmes trithermes
D’un point de vue thermodynamique, un système tritherme qui n’échange pas d’énergie mécanique avec l’extérieur peut être considéré comme le résultat du couplage de deux systèmes dithermes. Commençons, comme introduction à ces systèmes trithermes, par présenter un tel couplage que nous supposons idéal et analysons le sur la base du couplage de deux systèmes dithermes fonctionnant à l’aide d’un cycle de Carnot.
3.1 Systèmes résultant du couplage de deux systèmes dithermes
Nous venons de voir que des systèmes dithermes peuvent produire de l’énergie mécanique à partir d’une source chaude en rejetant de la chaleur à une source froide. Par ailleurs, d’autres systèmes dithermes peuvent produire du froid en consommant de l’énergie mécanique et en rejetant de la chaleur.
Une machine de production de froid (ou de pompe à chaleur) idéale à trois températures peut se décomposer en deux machines dithermes couplées via l’énergie mécanique. L’une des deux machines dithermes sert à produire l’énergie mécanique que l’autre utilise intégralement pour produire du froid. Afin de parvenir à une machine tritherme, il faut ajuster les températures respectives de source froide de la machine motrice et de source chaude du groupe frigorifique. Dans la mesure où l’échange d’énergie mécanique est interne à la machine globale résultant du couplage, il n’y a pas d’échange d’énergie mécanique avec l’extérieur et on a donc un système tritherme sans échange d’énergie mécanique avec l’extérieur. Un tel système constitue la référence des systèmes trithermes de production de froid (ou de pompe à chaleur) sans échange d’énergie mécanique avec l’extérieur. En ce qui concerne les échanges de chaleur, on a consommation de chaleur à la source chaude (Tsc ) ainsi qu’à la source froide (Tsf ), donc production de froid, et rejet de chaleur à la température intermédiaire Tint (figure 6). Une représentation d’un tel système résultant du couplage de deux systèmes dithermes est présentée sur la figure 7.
Supposant...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MEUNIER (F.) - Aide-mémoire de thermodynamique. - Dunod éditeur (2012).
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(2) - ALEFELD (G.), RADERMACHER (R.) - Heat conversion systems. - CRC Press éditeur (1994).
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(3) - WU (W), WANG (B.), SHI (W.), LI (X.) - Absorption heating technologies : A review and perspectives. - Applied Energy, 130, 51-71 (2014).
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(5) - MEUNIER (F.), RIVET (P.), TERRIER (M.F.) - Production du froid. - Dunod éditeur (2015).
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(6) - WONGSUWAN (W.), KUMAR (S.), MEUNIER (F.), NEVEU (P.) - A review of chemical heat pump technology and applications. - Applied Thermal Eng.,Vol. 21, 15, pp. 1489-1519 (2001).
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