CH714328A2 - Compression heat pump system with steam extraction for heat recovery. - Google Patents

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CH714328A2
CH714328A2 CH01377/17A CH13772017A CH714328A2 CH 714328 A2 CH714328 A2 CH 714328A2 CH 01377/17 A CH01377/17 A CH 01377/17A CH 13772017 A CH13772017 A CH 13772017A CH 714328 A2 CH714328 A2 CH 714328A2
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CH01377/17A
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Abdoul Aziz Mbaye Khalifa
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He Tech Sarl
Abdoul Aziz Mbaye Khalifa
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Abstract

Cette invention concerne un système de pompe à chaleur à compression avec extraction de vapeur pour la récupération de chaleur. Une partie du débit du réfrigérant est extrait du compresseur à une pression intermédiaire (1) alors que le débit restant est comprimé jusqu’à la différence de pression finale. Ainsi, dans des applications de récupération de chaleur, ce système permet entre autres de produire de chaleur, du froid et/ou de l’électricité.This invention relates to a compression heat pump system with steam extraction for heat recovery. Part of the refrigerant flow is removed from the compressor at an intermediate pressure (1) while the remaining flow is compressed to the final pressure difference. Thus, in heat recovery applications, this system makes it possible, among other things, to produce heat, cold and / or electricity.

Description

DescriptionDescription

Objet [0001] L’invention concerne un système de chauffage et/ou de réfrigération à compression avec une extraction de vapeur à une pression intermédiaire ce qui permet d’augmenter la capacité de production de chaleur ou de froid de l’installation et, ainsi, augmenter son efficacité.Object [0001] The invention relates to a compression heating and / or refrigeration system with steam extraction at an intermediate pressure, which makes it possible to increase the heat or cold production capacity of the installation and, thus, , increase its effectiveness.

Description de l’inventionDescription of the invention

Etat de la technique [0002] Dans les machines du type pompe à chaleur il est connue, en pratique, pour augmenter l’efficacité, de procéder à de l’injection de vapeur, à une pression intermédiaire, au niveau du compresseur. L’extraction de vapeur est, quant à elle, fréquemment utilisée dans les systèmes de production d’électricité, avec le même objectif d’augmenter l’efficacité du système. Elle est communément appelée soutirage dans le cycle vapeur pour les installations de moyennes à grandes puissances ou dans le Organic Rankine Cycle (ORC) pour les installations de petites puissances. Jusqu’à maintenant, le seul cas d’utilisation de l’extraction de vapeur dans un système de chauffage et/ou de réfrigération est répertorié dans un système de réfrigération à absorption dans lequel le compresseur est utilisé pour booster les performances du système. Cette utilisation faisait l’objet d’un brevet d’invention: Malewski et al., US Patent N° 4 505 133; Absorbtion Réfrigération System with booster compressor and extraction of a partial vapor flow at an intermediate pressure, 1985. Cependant cette invention est tombée, depuis, dans le domaine public.State of the art [0002] In machines of the heat pump type it is known, in practice, to increase the efficiency, to proceed to the injection of steam, at an intermediate pressure, at the compressor. As for steam extraction, it is frequently used in power generation systems, with the same objective of increasing the efficiency of the system. It is commonly referred to as steam cycle withdrawal for medium to large power plants or the Organic Rankine Cycle (ORC) for small power installations. Until now, the only case of using steam extraction in a heating and / or refrigeration system is listed in an absorption refrigeration system in which the compressor is used to boost the performance of the system. This use was the subject of a patent of invention: Malewski et al., US Patent No. 4,505,133; Although this invention has since fallen into the public domain, it has been absorbed by refrigeration systems.

Inconvénients [0003] Malgré l’utilisation d’un booster, il n’en demeure pas moins que le coefficient de performance (COP) des systèmes à absorption est relativement faible (comparé à celui d’une machine à compression). Ses performances étant intéressantes uniquement pour des puissances thermiques importantes, son utilisation se limite aux installations de grandes tailles. Par ailleurs, dans sa conception, ce système, décrit dans le brevet cité plus haut, ne peut être utilisé que pour faire de la réfrigération.Disadvantages [0003] Despite the use of a booster, the fact remains that the coefficient of performance (COP) of the absorption systems is relatively low (compared to that of a compression machine). Its performance is interesting only for large thermal powers, its use is limited to large installations. Moreover, in its design, this system, described in the patent cited above, can be used only for refrigeration.

Problèmes techniques et solutions [0004] Cette présente invention, basée sur deux cycles thermiques bien connus à savoir le cycle à compression de vapeur et le cycle de Rankine organique (ORC), est destinée à faire de la tri-génération d’énergie. C’est-à-dire, en fonction de l’application, de produire du chaud (pour le chauffage) du froid (pour la réfrigération) et/ou de l’électricité. Cet objectif est réalisé, comme il est réclamé dans la revendication 1, en soutirant une partie du débit de vapeur du compresseur (dans le cycle à compression), à une pression intermédiaire, pour l’utiliser dans le cycle ORC.Technical Problems and Solutions [0004] This present invention, based on two well-known thermal cycles namely the vapor compression cycle and the Organic Rankine Cycle (ORC), is intended to make tri-generation of energy. That is, depending on the application, to produce hot (for heating) cold (for refrigeration) and / or electricity. This objective is achieved, as claimed in claim 1, by withdrawing a portion of the compressor vapor flow (in the compression cycle) at an intermediate pressure for use in the ORC cycle.

Avantages [0005] Outre le fait de faire de la tri-génération d’énergie, ce système permet d’avoir une meilleure efficacité et/ou une capacité thermique. En effet, du fait que la vapeur soutirée est comprimée de la basse pression à une pression intermédiaire, la quantité d’électricité consommée par le compresseur est moindre. En plus, si on considère qu’une petite partie du débit total de vapeur est extraite du compresseur et traverse le générateur, il en résulte une plus faible demande de puissance thermique au niveau de ce dernier.Advantages [0005] In addition to making tri-generation of energy, this system makes it possible to have a better efficiency and / or a thermal capacity. Indeed, because the vapor withdrawn is compressed from the low pressure to an intermediate pressure, the amount of electricity consumed by the compressor is less. In addition, if we consider that a small part of the total flow of steam is extracted from the compressor and passes through the generator, it results in a lower demand for thermal power at the latter.

Explication détailléeDetailed explanation

Enumération des figures [0006] L’invention va être exposée de manière plus détaillée à l’aide d’un exemple de réalisation représenté par les dessins ci-dessous:Enumeration of Figures [0006] The invention will be explained in more detail with the aid of an exemplary embodiment represented by the drawings below:

Dans la fig. 1 est représentée la configuration avec une vanne de détente.In fig. 1 is shown the configuration with an expansion valve.

La fig. 2 montre une configuration où cette vanne de détente est remplacée par une turbine.Fig. 2 shows a configuration where this expansion valve is replaced by a turbine.

La fig. 3 correspond au remplacement du compresseur à extraction par deux compresseurs distincts. Réalisation de l’invention [0007] Le fluide de travail utilisé est un fluide organique de la famille des réfrigérants. A travers le compresseur (compressor), une partie du fluide de travail est comprimée à une pression intermédiaire (P) 1 alors que l’autre partie est comprimée jusqu’à la haute pression (P·,) 2. À la pression P,, la vapeur est condensée en passant à travers un échangeur de chaleur utilisé comme condenseur basse température (LT condenser). Ainsi, la vapeur se transforme en liquide 3 qui estFig. 3 corresponds to the replacement of the exhaust compressor by two separate compressors. Embodiment of the Invention [0007] The working fluid used is an organic fluid of the family of refrigerants. Through the compressor, one part of the working fluid is compressed to an intermediate pressure (P) 1 while the other part is compressed to the high pressure (P ·,) 2. At the pressure P, , the steam is condensed by passing through a heat exchanger used as a low temperature condenser (LT condenser). So, the steam turns into liquid 3 which is

Claims (6)

Revendicationsclaims 1. Un système de conversion d’énergie fonctionnant suivant le cycle de compression de vapeur dans lequel on réalise les opérations suivantes: extraction après le premier étage du compresseur d’au moins une partie d! du débit du vapeur de réfrigérant à une pression intermédiaire favorable à sa condensation et compression du débit de vapeur restant d2 - au niveau du deuxième étage du compresseur - jusqu’à la pression finale entraînant ainsi une réduction de l’énergie requise par le compresseur, injection de ce débit d! de réfrigérant extrait du compresseur dans un échangeur de chaleur pour le transformer en liquide; pompage de ce liquide à une pression suffisante dans le but de l’utiliser pour faire de la récupération de chaleur.1. An energy conversion system operating according to the vapor compression cycle in which the following operations are carried out: extraction after the first stage of the compressor of at least a portion of the flow of the refrigerant vapor at an intermediate pressure favorable to its condensation and compression of the remaining vapor flow d2 - at the second stage of the compressor - to the final pressure thereby reducing the energy required by the compressor, injection of this flow d! refrigerant extracted from the compressor in a heat exchanger to turn it into a liquid; pumping this liquid to sufficient pressure for the purpose of using it for heat recovery. 2. Un système de conversion d’énergie selon la revendication 1, dans lequel le premier étage du compresseur et le second étage du compresseur sont représentés par deux ou plusieurs compresseurs complètement distincts.An energy conversion system according to claim 1, wherein the first stage of the compressor and the second stage of the compressor are represented by two or more completely separate compressors. 3. Un système de conversion d’énergie selon la revendication 1, dans lequel ce liquide pompé de débit di est ensuite évaporé dans un échangeur de chaleur utilisé comme générateur.3. An energy conversion system according to claim 1, wherein said pumped liquid of flow di is then evaporated in a heat exchanger used as a generator. 4. Un système de conversion d’énergie selon les revendications 1 et 3, dans lequel, à la sortie du générateur, la vapeur est détendue à travers une vanne de détente puis mélangé avec la vapeur de débit d2 provenant du deuxième étage du compresseur. Le mélange ainsi obtenu est condensé dans un échangeur de chaleur, puis détendu à travers une vanne de détente et ensuite évaporé dans un autre échangeur de chaleur pour finalement être aspiré par le compresseur.4. An energy conversion system according to claims 1 and 3, wherein, at the output of the generator, the steam is expanded through an expansion valve and then mixed with the flow vapor d2 from the second stage of the compressor. The mixture thus obtained is condensed in a heat exchanger, then expanded through an expansion valve and then evaporated in another heat exchanger to finally be sucked by the compressor. 5. Un système de conversion d’énergie selon la revendication 4, dans lequel on utilise un échangeur qui joue le rôle de régénérateur pour préchauffer le liquide de débit di, entre la pompe et le générateur, avec le mélange de débit d! + d2 qui sort de l’échangeur de chaleur dans lequel il est condensé.5. An energy conversion system according to claim 4, wherein an exchanger is used which acts as a regenerator to preheat the flow liquid di, between the pump and the generator, with the flow mixture d. + d2 coming out of the heat exchanger in which it is condensed. 6. Un système de conversion d’énergie selon les revendications 4 et 5, dans lequel laquelle la vanne de détente du débit de vapeur d! est remplacée par un turbo-générateur qui, au passage, va produire de l’électricité.6. An energy conversion system according to claims 4 and 5, wherein the steam flow relief valve d! is replaced by a turbo-generator which, in passing, will produce electricity.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4296478A1 (en) * 2022-06-21 2023-12-27 Noditech AB Method of operating a heat cycle system, heat cycle system and method of modifying a heat cycle system

Cited By (2)

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