[0001] La présente invention est relative à une installation et un procédé thermique destiné à valoriser l'énergie thermique basse température, dissipée notamment par les groupes de production d'eau glacée à absorption souvent intégrés dans les systèmes multi -génération .

[0002] On entend par système multi -génération des installations permettant la production simultanée de plusieurs énergies, en utilisant de la chaleur sous-produit de la production d'électricité. Par exemple, une trigénération permet la production simultanée d'électricité, de chaleur et de froid, ce qui augmente considérablement le rendement sur l'énergie primaire.

[0003] On entend par énergie thermique basse température l'énergie thermique récupérée principalement sur des circuits (par exemple d'huile ou d'eau) dont la température est inférieure à 95°C. L'énergie thermique récupérable sur des machines entraînantes, moteur ou turbine typiquement, ont différents niveaux de température. Par exemple, pour un moteur, les gaz d'échappement ont une température avoisinant les 450°C, l'huile est à environ 100°C, l'eau à 90°C et la chaleur rayonnée à 45°C. L'énergie thermique en aval d'un groupe à absorption est généralement de 32 °C.

[0004] A ce jour, les groupes d'eau glacée à absorption sont utilisés selon l'installation de la figure 1 jointe en annexes .

[0005] La chaleur introduite dans le groupe froid à absorption (7) est soit de la chaleur directement produite

(combustion de gaz notamment) soit, de manière plus efficace, de la chaleur récupérée (eau pressurisée ou vapeur) dans un système de production d'énergie électrique, (turbines à gaz, moteurs alternatifs à gaz ou Diesel etc..) .

[0006] L'eau glacée produite alimente par exemple des circuits de climatisation et la chaleur à basse température (somme de la chaleur introduite et du froid soustrait) est extraite par le circuit (9) dans des tours de refroidissement à évaporation d'eau (21) équipées de ventilateurs (22).

[0007] Les groupes de production d'eau glacée à absorption sont souvent intégrés à des centrales de production d'énergie électrique (turbines ou moteurs alternatifs gaz ou Diesel) , ou dans des centrales de cogénération ou trigénération .

[0008] Les installations de ce type sont régulées par des automates qui utilisent la chaleur disponible dans les différents circuits, la complémentent si nécessaire, et pilotent l'évacuation de la chaleur en excès si les circuits ne peuvent absorber toute l'énergie thermique produite par les turbines ou moteurs.

[0009] Cet excès est alors dissipé par les réfrigérants des générateurs (échangeur eau/eau ou aéro-réfrigérant) . Dans tous les cas, la chaleur basse température extraite des groupes d'eau glacée à absorp ion.n'est pas utilisée.

[0010] La présente invention cherche à valoriser l'énergie basse température des groupes d'eau glacée à absorption intégrés dans des systèmes multi-génération.

[0011] A cet effet, est proposée suivant un premier aspect de l'invention, une installation de valorisation de l'énergie comprenant au moins un groupe à absorption de production d'eau glacée et une pompe à chaleur.

[0012] Le groupe à absorption de production d'eau glacée, présente au moins :

un circuit fluidique d'alimentation en énergie thermique ,

un circuit de production d'eau glacée, apte à être reliée à un élément de stockage ou de consommation,

un circuit fluidique d'évacuation d'énergie thermique basse température, présentant une entrée dans le groupe à absorption et une sortie du groupe à absorption.

[0013] La pompe à chaleur, dont la puissance est modulable en fonction des besoins, présente au moins : un circuit fluidique d'alimentation de la pompe à chaleur en énergie thermique, présentant une entrée dans la pompe à chaleur et une sortie de la pompe à chaleur,

- un circuit de production d'eau chaude.

[0014] La spécificité de l'installation réside dans le fait que l'entrée du circuit d'alimentation de la pompe à chaleur est reliée à la sortie du circuit d'évacuation du groupe à absorption afin de transférer au moins une partie de l'énergie thermique basse température du circuit d'évacuation au circuit de production d'eau chaude.

[0015] Une pompe à chaleur est généralement constituée d'un évaporateur, d'un compresseur entraîné par un moteur électrique, d'un condenseur, et d'un détendeur. Une pompe à chaleur est une pompe mécanique, ce qui la différencie nettement d'un groupe à absorption qui fonctionne chimiquement, grâce à un absorbeur, un concentrateur, un évaporateur, et un condenseur.

[0016] Dans le cas de la présente invention, la pompe à chaleur est utilisée, côté évaporateur (i.e. du côté du circuit d'alimentation de la pompe à chaleur) , pour absorber la chaleur basse température du groupe d'eau glacée, et, côté condenseur (i.e. du côté du circuit de production d'eau chaude de la pompe à chaleur) , pour restituer cette chaleur à un niveau de température plus élevé. Ainsi, le rendement global du système est augmenté puisque la chaleur évacuée du groupe à absorption est utilisée au lieu d'être simplement dissipée.

[0017] Selon un mode avantageux de réalisation, l'installation comprend en outre des moyens de régulation de température, de puissance électrique, thermique, et des niveau des différents fluides nécessaires. Ils mesurent la température en différents points des circuits ainsi que la puissance électrique, thermique, et les niveaux, de sorte à minimiser les écarts de températures entre l'entrée du circuit d'alimentation de la pompe à chaleur et le circuit de production d'eau chaude, pour maximiser le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur. En effet, plus l'écart de température entre 1 ' évaporateur et le condenseur est petit, meilleur est le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur.

[0018] Selon un autre mode avantageux de réalisation, le circuit de production d'eau chaude de la pompe à chaleur (i.e. côté condenseur) est relié à au moins un autre circuit de génération de chaleur, afin d'atteindre une température minimale prédéterminée pour utiliser cette énergie dans au moins un autre circuit consommateur d'énergie thermique, tout en maintenant le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur le plus élevé possible.

[0019] Selon encore un autre mode avantageux de réalisation, la sortie du circuit d'alimentation de la pompe à chaleur est reliée à l'entrée du circuit d'évacuation dans le groupe à absorption.

[0020] De préférence, la différence de température entre la sortie du circuit d'évacuation du groupe à absorption et l'entrée du circuit d'évacuation dans le groupe à absorption est inférieure à 5°C, de préférence de l'ordre de 4°C conformément aux préconisations .

[0021] Avantageusement, le circuit de production d'eau glacée du groupe à absorption est relié à un système d'air conditionné, et par ailleurs, le circuit de production d'eau chaude de la pompe à chaleur alimente une unité de dessalement d'eau de mer.

[0022] La présente invention comporte en outre un procédé de valorisation d'une installation telle que définie précédemment. Ainsi, les moyens de régulation :

- Mesurent la température, la puissance électrique, thermique, et les niveaux, en différents points de l'installation ;

Enregistrent ces températures afin d'établir des courbes typiques reflétant les moyennes d'utilisation sur une période donnée ; Comparent les températures mesurées aux courbes typiques pour déterminer des variations ;

En fonction des variations, ils ajustent les paramètres de fonctionnement des différents circuits de l'installation pour anticiper les besoins en énergie des différents postes de stockage ou de consommation de chaleur.

[0023] Ainsi, les moyens de régulation comparent les mesures des paramètres thermiques du système avec les courbes pré-enregistrées de consommations thermiques (horaires, journalières etc.) , et l'état des circuits consommateurs permet, à tout moment, d'utiliser la totalité de la chaleur disponible par aiguillage anticipé de l'énergie dans les différents circuits.

[0024] Un tel procédé permet notamment de maximiser la récupération de l'énergie thermique disponible dans le circuit d'évacuation d'énergie thermique basse température du groupe à absorption en adaptant, par anticipation, les paramètres de réglage, après analyse des variations de température mesurées, et comparaison de ces variations aux courbes typiques. Une telle régulation permet aussi de mieux répartir la chaleur récupérée vers les circuits consommateurs (par exemple : l'unité de dessalement) ou vers les unités de stockage d'énergie thermique (exemple: eau chaude/eau glacée) .

[0025] Avantageusement, les moyens de régulation ajustent les paramètres des autres circuits de génération de chaleur pour que la température du circuit de production d'eau chaude de la pompe à chaleur soit minimale de sorte que le COP de la pompe à chaleur soit maximal, et que la température du circuit de production d'eau chaude de la pompe à chaleur, après échange avec les autres circuits de génération de chaleur, permettent un transfert de chaleur vers les circuits consommateurs afin d'atteindre la température de fonctionnement des différents postes de stockage ou de consommation de chaleur. Ce pilotage en dynamique du transfert thermique permet de minimiser la consommation électrique du moteur de la pompe à chaleur (COP maximisé) .

[0026] De préférence, les moyens de régulation pilotent la température de condensation de la pompe à chaleur. Le réglage de la température de condensation permet, après échange avec les autres circuits de cogénération, un transfert thermique efficace vers les circuits consommateurs. La température de condensation de la pompe à chaleur doit être au niveau le plus bas compatible avec le transfert thermique vers les circuits consommateurs, après échange aux autres circuits de récupération. Ce bas niveau de température, ajusté en temps réel en fonction de l'état des circuits consommateurs, permet, à tout moment, de fonctionner avec le meilleur coefficient de performance possible de la pompe à chaleur.

[0027] L'invention, selon un mode préférentiel de réalisation, sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, à titre indicatif et nullement limitatif, et en référence aux dessins annexés présentés ci-après :

La figure 1 représente une installation comprenant un groupe à absorption couramment utilisée,

La figure 2 représente un schéma de principe d'un mode de réalisation de l'invention faisant apparaître les flux de chaleur,

La figure 3 représente un exemple de réalisation de l'invention conforme à la figure 2, où les circuits de fluides sont visibles.

[0028] Les éléments identiques représentés sur les figures 1 à 3 sont identifiés par des références numériques identiques .

[0029] Traditionnellement, les groupes d'eau glacée à absorption 7 sont utilisés selon l'installation de la figure 1.

[0030] De la chaleur est introduite par le circuit fluidique d'alimentation 6 (circuit d'eau chaude préssurisée) dans le groupe froid à absorption 7. Cette chaleur est soit de la chaleur directement produite (combustion de gaz notamment) soit, de manière plus efficace, de la chaleur récupérée (eau pressurisée ou vapeur) dans un système de production d'énergie électrique. (turbines à gaz, moteurs alternatifs à gaz ou Diesel etc...).

[0031] De l'eau glacée produite par le groupe froid à absorption 7 circule dans le circuit de production d'eau glacée 8 et alimente des éléments de stockage ou de consommation d'eau glacée 19, par exemple des circuits de climatisation. La chaleur à basse température (somme de la chaleur introduite et du froid soustrait) est extraite par le circuit fluidique d'évacuation d'énergie thermique basse température 9 dans des tours de refroidissement à évaporation d'eau 21 équipées de ventilateurs 22.

[0032] La figure 2 représente l'invention intégrée à un système multi-génération, à savoir de production d'électricité et de chaleur. L'énergie thermique est ici utilisée pour des besoins différents.

[0033] La machine entraînante 1 de la génératrice électrique est solidaire de la génératrice entraînée 2. Par exemple, la machine entraînante 1 est un moteur à gaz ou Diesel, et la génératrice entraînée 2 est un alternateur. Un circuit d'échappement 3 permet de récupérer de la chaleur du moteur 1 et valorise les gaz d'échappements dans un échangeur thermique 4 afin de générer de l'eau chaude pressurisée ou de la vapeur dans le circuit fluidique 6.

[0034] Les gaz d'échappements à une température supérieure à la température de condensation de ses composants sont évacués dans le conduit 5.

[0035] Le groupe d'eau glacée à absorption 7 peut être à simple ou multi-étage, de préférence à deux étages. Son générateur (71 figure 3) est alimenté en chaleur par le circuit fluidique d'alimentation 6. L' évaporateur 73 alimente le circuit de production d'eau glacée 8, et la chaleur à basse température (30 °C) est évacuée du condenseur 72 par le circuit fluidique d'évacuation d'énergie thermique basse température 9. 2011/000031

8

[0036] Le circuit de production d'eau glacée 8 est relié à des éléments de stockage ou de consommation d'eau glacée 19 (par exemple, un système d'air conditionné) .

[0037] La pompe à chaleur 10 est entraînée par un moteur électrique 11.

[0038] Dans le mode de réalisation selon l'invention, la pompe à chaleur 10 est alimentée par un circuit fluidique d'alimentation qui est directement relié au circuit fluidique d'évacuation d'énergie thermique basse température 9 du groupe à absorption 7.

[0039] Plus précisément, l'entrée du circuit fluidique d'alimentation dans la pompe à chaleur 10 est reliée à la sortie du circuit fluidique d'évacuation d'énergie thermique basse température 9 du groupe à absorption 7.

[0040] Le circuit 9 en passant dans la pompe à chaleur 10 est refroidi par 1 ' évaporateur 101 (cf. figure 3) de la pompe à chaleur 10.

[0041] La sortie du circuit fluidique d'alimentation de la pompe à chaleur 10 est ensuite reliée à l'entrée du circuit fluidique d'évacuation d'énergie thermique basse température 9 du groupe à absorption 7.

[0042] Le circuit 9 a alors une température moins élevée en sortant de la pompe à chaleur 10 qu'en y entrant.

[0043] De préférence, cette différence de température dans le circuit 9 entre la sortie du groupe à absorption 7 et l'entrée dans le groupe à absorption 7 après avoir passé dans la pompe à chaleur 10 est de l'ordre de 4°C, conformément aux préconisations standard.

[0044] La pompe à chaleur 10 a ainsi deux fonctions :

la première est de refroidir le condenseur et 1 ' absorbeur du groupe à absorption 7, au travers du circuit 9 ;

la seconde est d'élever l'énergie thermique basse température du circuit 9 à un niveau de température utilisable par les circuits consommateurs de chaleur. [0045] En effet, la température en sortie de condenseur 103 de la pompe à chaleur 10, i.e. la température du circuit de production d'eau chaude 12, sera maintenue en permanence au minimum nécessaire afin de faire fonctionner la pompe à chaleur 10 avec un coefficient de performance (COP) élevé, grâce à une faible différence de température entre les circuits évaporateur 101 et condenseur 103, i.e. entre l'entrée du circuit fluidique d'alimentation dans la pompe à chaleur et le circuit de production d'eau chaude 12.

[0046] Le haut niveau du coefficient de performance de la pompe à chaleur est essentiel pour le rendement énergétique global. Ce haut rendement par faible différence de température entre le circuit de 1 ' évaporateur 101 (relié au circuit 9) et le circuit du condenseur 103 (relié au circuit 12) est rendu possible par l'élévation de la température dans le circuit 12 en aval de la pompe à chaleur 10 si une température plus élevée est nécessaire ; par exemple, par des échanges de chaleur dans des échangeurs successifs avec de la chaleur à plus haute température provenant du circuit 13 de refroidissement du moteur 1 (généralement à une température d'environ 90°C) . A certaines périodes du cycle, ce phénomène peut être amplifié grâce au raccordement du circuit (6bis) récupéré directement sur le circuit fluidique d'alimentation 6 du groupe froid à absorption 7, ainsi que, éventuellement, avec d'autres circuits de récupération ou de génération.

[0047] Dans le mode de réalisation présenté figure 2, les utilisations de l'énergie thermique sont ensuite :

l'unité de préparation et/ou de stockage d'eau chaude sanitaire 15,

et l'unité de dessalement d'eau de mer 16 par évapo-condensation .

[0048] L'eau de mer est acheminée dans l'unité par le circuit 17, l'eau douce est stockée dans le réservoir 18, et les saumures résiduelles sont évacuées par le circuit 17b.

[0049] L'eau chaude de l'unité 15 est acheminée vers les différents postes d'utilisation par le circuit 14. [0050] L'élévation en température du circuit 12 par adjonction des autres circuits de récupération permet d'atteindre le niveau de température requis par le transfert de température vers les circuits d'utilisation de la chaleur 15 et 16.

[0051] L'ensemble des paramètres énergétiques est géré par l'armoire de contrôle et régulation et de commande 20 et les liaisons d'instrumentation sont marquées en pointillées.

[0052] Outre les fonctions de régulation classique, cette armoire de régulation par automate 20 assure en permanence :

la régulation dynamique de l'ensemble des paramètres ,

la maximisation de la chaleur gratuite récupérée dans les différents circuits,

et le maintient au plus haut du coefficient de performance de la pompe à chaleur 10.

[0053] En fonction de la puissance électrique produite par la génératrice 2, la régulation 20 anticipe les puissances thermiques récupérables dans les circuits de cogénération, c'est-à-dire sur les gaz d'échappements 3 ainsi que sur le circuit de refroidissement 13 du moteur 1.

[0054] Les besoins thermiques des circuits de récupération d'énergie sont également connus par mesure et mémorisation des courbes d'évolution. Cette connaissance par analyse des courbes typiques en mémoire permet de réguler la génération et les consommateurs d'énergie thermique. La chaleur est dirigée par anticipation vers le consommateur et/ou l'élément de stockage dont le besoin va croître.

[0055] Dans le mode de réalisation de la figure 2, la quantité d'énergie frigorifique absorbée par le circuit 8 est mesurée et comparée aux courbes typiques mémorisées pour anticiper son évolution horaire et journalière. La quantité de chaleur disponible dans le circuit (6bis) sera ainsi déterminée par calcul. Il en va de même pour les puissances thermiques nécessaires et leurs évolutions dans les circuits pour l'eau-chaude sanitaire 15 et le dessalement d'eau de mer [0056] Cette unité de régulation 20 analyse en temps réel l'ensemble des paramètres de puissance électrique et thermique (frigorifique) demandés par les différents circuits intégrants ces valeurs et les comparant aux courbes typiques mémorisées. L'armoire de régulation 20 commande les organes de réglage afin de permettre la récupération maximale de la chaleur par anticipation des réglages en fonction des variations des paramètres énergétiques mesurés par rapport aux paramètres attendus (mis en mémoire) .

[0057] De plus, l'armoire de régulation 20 maintiendra le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur 10 au plus haut, en maintenant la température dans le circuit 12 au minimum de l'utilisable dans les systèmes 15 et 16 après lui avoir ajouté l'énergie thermique des circuits 13 et (6bis) et, éventuellement, d'autres circuits de récupération, et, ou de génération.

[0058] Grâce à ces anticipations sur l'ensemble des circuits générateurs et consommateurs de chaleur, la régulation permet de récupérer la totalité de l'énergie co- générée par une utilisation toujours optimale des flux dans les différents . circuits consommateurs ou vers les stockages d'énergie thermique (eau chaude ou eau glacée) ou vers le stockage du résultat du travail de l'énergie thermique tel l'eau dessalée.

[0059] La régulation permet donc un aiguillage anticipé de l'énergie thermique vers, si nécessaire, le stockage d'eau glacée 19 ou l'eau chaude sanitaire 15, ainsi que vers le bassin d'eau dessalée 18.

[0060] De plus, l'armoire de régulation 20 pilote la température de condensation de la pompe à chaleur 10 afin que celle-ci travaille en permanence avec le meilleur coefficient de performance possible. En régulant la température de condensation de la pompe à chaleur 10, elle pilote la température de l'eau dans le circuit 12. Cette température sera en permanence ajustée afin de maximiser le coefficient de performance et la récupération. [0061] Exemple 1 : si le système à un instant t ne nécessite pas de besoin de dessalement et que la totalité de la chaleur du circuit 6 est consommée par le groupe à absorption 7, alors aucune énergie thermique ne sera acheminée par le circuit (6bis) .

[0062] Exemple 2 : Si le stockage d'eau chaude sanitaire 15 est à 55°C, et que le transfert thermique se fait avec une différence de température de 5°C, l'eau avant l'unité de stockage 15 doit alors être à 60°C. Le système de régulation 20 va calculer un optimum énergétique entre le COP de la pompe à chaleur 10, la température du circuit 12 et la chaleur disponible et/ou nécessaire dans les circuits 6bis et 13. Par exemple, la régulation 20 pilote la température de condensation de la pompe à chaleur 10 afin que son circuit 12 transfère sa quantité de chaleur à l'eau chaude sanitaire à 57,5°C, et la différence est fournie par le circuit moteur 13 pour atteindre la température de 60°C. La température dans le circuit 12 sera donc la plus basse possible pour permettre d'obtenir le meilleur coefficient de performance possible de la pompe à chaleur 10 en fonction des températures voulues. Cela reste possible dans tous les états du système.

[0063] La figure 3 permet de mieux faire apparaître les différents circuits mis en œuvre pour effectuer les échanges thermiques nécessaire à la production de chaleur et de froid dans une installation conforme au schéma de principe de la figure 2.

[0064] L'installation de la figure 3 utilise deux moteurs (1 et lb) associés à leur alternateur respectif (2 et 2b) .

[0065] Ils sont alimentés par du fuel stockés dans les réservoirs (24 et 24b) .

[0066] Les moteurs (1 et lb) sont refroidis par le circuit 13, lui-même refroidi par les éléments (23 et 23b) qui sont des aéro-réfrigérants.

[0067] Les circuits (3 et 3b) qui sortent des moteurs (1 et lb) vers les tuyaux d'échappement (5 et 5b) traversent les échangeurs (4 et 4b) . 2011/000031

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[0068] En passant dans les échangeurs (4 et 4b) , les circuits (3 et 3b) réchauffent la boucle circulant dans ces deux échangeurs (4 et 4b) directement reliée au circuit 6. Le fluide circule dans cette boucle grâce à une pompe de circulation.

[0069] Au niveau d'une première vanne trois voies, le circuit 6 travers le générateur du groupe froid à absorption 7.

[0070] De plus, en sortant du groupe à absorption 7, ce même circuit 6 alimente un premier élément du système de dessalement. Ce circuit 6 traverse ensuite un autre échangeur avec le circuit de l'unité 15 d'eau chaude sanitaire puis un dernier échangeur avec le circuit 13 (circuit de refroidissement des moteurs 1 et lb) .

[0071] Au niveau du groupe froid à absorption 7 (de préférence à deux étages) , la chaleur du circuit 6 traverse le générateur 71. Le circuit issu du générateur 71 alimente dans l'ordre le condenseur 72, 1 ' évaporateur 73 et l'absorbeur 74 avant de retraverser le générateur 71.

[0072] L' évaporateur 73 alimente le circuit d'eau glacée 8 reliée à l'élément de stockage et/ou de distribution 19. D'autres circuits peuvent être branchés sur le circuit 8, par exemple pour alimenter des unités 25. Ces unités 25 sont, par exemple, des unités de distribution d'eau glacée comme des ventilo-convecteur (i.e. des échangeurs eau-air).

[0073] Le circuit 9 (circuit fluidique d'évacuation basse température), issu du condenseur 72, traverse 1 ' évaporateur 101 de la pompe à chaleur 10 (à simple étage) , puis l'absorbeur 74 et de nouveau le condenseur 72 du groupe froid à absorption 7. La circulation du circuit 9 est assurée par une pompe de circulation.

[0074] Le circuit 9 peut aussi croiser un circuit d'eau de mer 17 pour élever de quelques degrés sa température avant que celui-ci ne traverse les unités de dessalements 16.

[0075] Le circuit interne de la pompe à chaleur 10 récupère de la chaleur dans 1 ' évaporateur 101 et traverse le compresseur 102, le condenseur 103, puis le détendeur 104. [0076] Le condenseur 103 permet d'alimenter le circuit 12 de production d'eau chaude.

[0077] Le circuit 12 croise le circuit de l'unité 15 par un premier échangeur, puis, par un deuxième échangeur, le circuit 12 croise le circuit 17 d'arrivée d'eau de mer. La circulation du fluide dans le circuit 12 est garantie par encore une autre pompe de circulation.

[0078] L'unité 15 de préchauffage et/ou stockage d'eau chaude sanitaire alimente ensuite différents éléments 14, par exemple des douches.

[0079] Le circuit 17 d'arrivée d'eau de mer est ainsi préchauffé trois fois avant de traverser les unités de dessalement 16. En sortie des unités de dessalement 16, la saumure est évacuée par le circuit 17b et l'eau douce est stockée dans un réservoir 18.

[0080] Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la génération d'électricité dans les sites isolés dont les besoins de chaleur sont importants, qu'ils soient utilisés directement ou transformés.