Etude et conception des pompes à chaleurs air/eau utilisant des mélanges à grand glissement de température et à faible GWP

par Wissam Rached

Thèse de doctorat en Energétique. Thermodynamique

Sous la direction de Denis Clodic.

Soutenue en 2003

à Paris, ENMP .

mots clés

• Composition
• Circulation
• Mélange
• Gwp
• Glissement
• Sous-refroidissement
• Evaporation
• Etagée
• Pompes à chaleur

Résumé

Un nouveau système de pompe à chaleur Cette recherche a conduit à une série de résultats sur l'utilisation de mélanges de fluides frigorigènes dans les pompes à chaleur. Après une analyse des méthodes existantes montrant quelques unes de leurs limitations, une méthode de mesure in-situ de la composition circulante du mélange a été élaborée et peut être utilisée pour tout type de mélanges. L'effet de la variation de la composition circulante sur les performances des pompes à chaleur et une régulation de la puissance basée sur la régulation de la composition ont été analysés en détail. Le chapitre 4 présente l'analyse de nouveaux mélanges à faible GWP et de sécurité et le développement d'un modèle de pompe à chaleur en régime établi dans lequel des routines pour les propriétés des mélanges ont été intégrées (Thermoblend). Ce modèle permet de simuler le fonctionnement de pompes à chaleur avec des mélanges à grand glissement de température. Les effets de la variation de la composition circulante sur la puissance et les performances du système sont analysés. Comportant une évaporation étagée et un sous-refroidissement poussé a été conçu prenant en compte le grand glissement de température des mélanges choisis et l'effet de la composition. Un procédé de séparation permet de contrôler la composition circulante. Le nouveau système a été testé pour deux mélanges différents, et les résultats sont comparés à ceux d'un système de pompe à chaleur usuel fonctionnant au R-407C.

Titre traduit

Design and study of air/water heat pump using high temperature glide and low GWP mixture

Résumé

This research has led to a series of results related to the use of refrigerant blends in heat pump systems. First, after a review of existing methods showing some of their limitations, an in-situ measurement method of mixture circulation composition has been elaborated and can be used for all kind of mixtures. Second, the effect of the circulation composition variation on heat pump system performances and possible capacity control is thoroughly investigated. Third, new mixtures with low GWP and permitting a safe use have been analyzed. Fourth, a steady state heat pump model is elaborated and mixture properties routines (Thermoblend) have been incorporated to simulate heat pump operations with large temperature glide mixtures. Circulation composition and composition effect on the system capacity and performances are analyzed. A new Staged Evaporation and Enhanced Sub-Cooling (SEESC) heat pump system has been designed taking into account the high temperature glide and composition effect. A separation process permits to control the circulation composition. The new system is tested for two different mixtures, and results are compared to classical R-407C heat pump system.