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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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Maxime DUMINIL : Ancien professeur à l’Institut français du froid industriel et du génie climatique au CNAM - Ancien professeur à l’École centrale de Paris - Vice-président de l’Association française du froid (AFF)
INTRODUCTION
Les systèmes thermofrigorifiques, ou consommant de l’énergie thermique, extraient de la chaleur d’une source froide qu’ils restituent à une source chaude tout en consommant de l’énergie thermique à partir d’une troisième source.
Ces systèmes sont nombreux.
On distingue notamment les systèmes thermofrigorifiques dissociables qui sont constitués de deux machines distinctes : le moteur thermique et la machine mécanofrigorifique.
On distingue également les systèmes thermofrigorifiques à éjection, traités en [BE 9 735], où la vapeur de frigorigène est extraite mécaniquement par l’abaissement de la pression qui résulte de la mise en vitesse de cette vapeur dans la partie convergente de l’éjecteur.
Enfin, les systèmes à sorption où l’effet d’aspiration de la vapeur de frigorigène résulte de la mise en présence de cette vapeur et d’une substance qui présente une grande affinité pour les molécules qui la constituent. Lorsque le sorbant est liquide, on a affaire à un système à absorption, traité en [BE 9 735], dont le fonctionnement peut être continu ou discontinu. Le calcul d’un tel système fait l’objet d’un article séparé [BE 9 736].
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- Version courante de juin 2018 par Francis MEUNIER, Pierre NEVEU
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Classification des systèmes « thermofrigorifiques »1. Généralités
Rappelons tout d'abord que « la chaleur ne pouvant passer spontanément d'un corps froid vers un corps chaud » (second principe de la thermodynamique), si l'on veut transférer de la chaleur d'un milieu extérieur à température inférieure où la chaleur est prélevée (source froide) vers un milieu extérieur à température plus élevée où la chaleur est rejetée (puits chaud), il faut nécessairement :
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mettre en œuvre un système thermodynamique particulier que l'on dénomme :
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système frigorifique si le but recherché est l'extraction de chaleur à la source froide,
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pompe à chaleur ou thermopompe si le but recherché est le dégagement de chaleur au puits chaud ;
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fournir de l'énergie à ce système.
L'énergie peut être apportée à ce système thermodynamique :
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sous la forme mécanique, ou équivalente (pure exergie) ; le système en question peut alors être désigné comme mécanofrigo-rifique (Système W). Il comporte, au moins, une source froide et un puits chaud et est donc, au moins, ditherme. Il existe de nombreux types de systèmes mécanofrigorifiques comme le montre la figure 10 de l’article [B 9 730]. Mais le type de très loin le plus répandu est le « système à compression mécanique de vapeur » qui est précisément largement étudié dans cet article ;
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sous la forme thermique, (exergie + anergie) ; le système en question peut alors être désigné comme thermofrigorifique (Système Q). Il comporte, au moins, une source froide, un puits chaud et une troisième source thermique d'où est issue la chaleur « motrice » qui alimente le système en énergie thermique. Un système de ce type est donc, au moins, tritherme. Comme le montrent également la figure 10 citée plus haut et la classification qui suit, les types de systèmes thermofrigorifiques sont nombreux.
Rappelons enfin que les systèmes thermofrigorifiques mettant en œuvre une énergie, la chaleur, de moindre qualité que l’énergie...
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