News aus der Wärmepumpen-Forschung - FWS

News aus der Wärmepumpen-Forschung
18. Tagung des BFE-Forschungsprogramms
«Wärmepumpen und Kälte»
27. Juni 2012, HTI Burgdorf
Seite 116
comme un processus supercritique, mais peut bien entendu être aussi sous-critique. Cependant
une étude préliminaire du système [4] a montré qu’il était particulièrement avantageux d’avoir
une évaporation supercritique, si la source chaude considérée est un fluide qui se refroidit (par
exemple, des gaz de combustion), puisque cela permet de minimiser les pertes exergétiques
dues au transfert de chaleur. La turbine de l’ORC moteur entraine le compresseur du cycle
PAC. Les deux cycles utilisent le même fluide de travail et le système est entièrement
hermétique. Une fuite de réfrigérant au travers du groupe compresseur-turbine du côté ORC
vers le côté PAC est en pratique inévitable ; l’utilisation d’un condenseur commun (au lieu de
deux cycles séparés) permet d’éviter que tout le réfrigérant migre dans le cycle PAC.
L’application étudiée dans ce projet est le chauffage résidentiel (production d’eau chaude
sanitaire et chauffage au sol) pour des bâtiments de petite taille nécessitant une puissance
thermique totale d’environ 40 kW. Bien que cette étude se concentre sur cette application
spécifique, le concept ORC-ORC et les considérations discutées ici peuvent être appliqués à
d’autres services, tel que le froid solaire. Dans le passé, un point important qui a pénalisé les
systèmes ORC-ORC, vis-à-vis des systèmes de type sorption, était la problématique des
réfrigérants CFC (avec un potentiel de destruction de la couche d’ozone élevé) qui étaient, à
l’époque, les meilleurs (et pratiquement les seuls) candidats non inflammables et peu toxiques
pour des cycles haute température. De nos jours, la disponibilité de tels réfrigérants qui ne
sont pas nuisibles à la couche d’ozone et qui ont une bonne stabilité chimique à relativement
haute température permet de reconsidérer les systèmes ORC-ORC. Par ailleurs les progrès
réalisés en matériaux facilitent leur réalisation.
Figure 2: Schéma de principe et diagramme température-entropie d’une pompe à chaleur
ORC-ORC
Le système présenté ici utilise une turbine radiale mono-étagée et un compresseur centrifuge
également mono-étagé qui sont directement couplés par un arbre tournant sur des paliers à gaz
(Figure 6). L’utilisation de paliers à gaz et de turbomachines permet au système d’être
compact et sans huile, avec comme avantages, une faible complexité et de faibles coûts de
maintenance. De plus, les paliers à gaz permettent de tourner sans usure sur une longue durée
et à haute vitesse, ce qui est requis pour un fonctionnement efficace des turbomachines de
petite puissance. Strong a rencontré un certain nombre de problèmes avec l’utilisation de
paliers à gaz, essentiellement dus à des matériaux mal adaptés [2]. Des progrès dans les
matériaux et les connaissances sur les paliers permettent de réexaminer cette approche.
Récemment, Schiffmann et Favrat [5] ont développé et testé avec succès un concept de