Pompe à chaleur thermique à double cycle de Rankine

• Unité de recherche: OFEN
• Numéro de projet: 102846

Mots-clé (Allemand)

TP0074;F-Wärmepumpen und Kälte

Description succincte (Allemand)

Pompe à chaleur thermique à double cycle de Rankine

Publications / Résultats (Anglais)

The objective of this project is the theoretical and experimental study of an ORC-ORC thermally driven heat pump for a residential application. The system consists of an organic Rankine cycle (ORC) coupled to a heat pump cycle (reversed ORC). The turbine of the ORC drives the compressor of the heat pump cycle. The turbine and the compressor are mounted on the same shaft rotating on refrigerant vapor bearings. This gives the system the advantage of being fully hermetic and oil-free. During this year, the radial turbine analysis tool was finished. It enables to evaluate the performances of the turbine for given operating conditions. This tool is based on the 1-D modeling of the flow. It allows dealing with transonic flows, which is important in our case, because the turbine operates at high pressure ratio (~7). A new model of ORC-ORC systems, which is less cpu-time consuming and more modular than the old one, was implemented. An evaluation of different working fluids for this application has been performed. It appears that the selected refrigerant, the R134a, is a good candidate, but that a better COP could be achieved with the R227ea. An ORC-ORC prototype and a test bench were developed and built. Three sessions of tests were performed and several problems were encountered, which caused some delays. The necessary measures were taken to solve those problems. Nevertheless, these experiments allowed to test and validate the start-up procedure.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EPFL, STI-IGM-LENI

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Demierre,J.
Favrat,D.

Documents annexés

• Thermally Driven Heat Pump Based on Double Rankine Cycle - Annual Report 2008 [PDF] 25 kB

Publications / Résultats (Français)

L’objectif de ce projet est l’étude théorique et expérimentale d’une pompe à chaleur entraînée thermiquement de type ORC-ORC pour une application résidentielle. Le système est composé d’un cycle de Rankine organique (ORC) et d’un cycle pompe à chaleur (ORC inversé). La turbine de l’ORC entraîne le compresseur de la pompe à chaleur. La turbine et le compresseur sont montés sur le même arbre qui tourne sur des paliers à vapeur de fluide frigorigène. Ceci donne au système l’avantage d’être entièrement hermétique et sans huile. Cette année, l’outil d’analyse de turbines radiales a été finalisé. Il permet d’évaluer les performances de la turbine pour des conditions de fonctionnement données. Cet outil se base sur la modélisation 1-D de l’écoulement. Il permet de traiter les écoulements transsoniques, ce qui est important dans notre application, car la turbine fonctionne avec un rapport de pression élevé (~7). Un nouveau modèle de systèmes ORC-ORC a été implémenté qui est plus rapide et modulaire que l’ancien modèle. Une évaluation de différents fluides de travail pour cette application a été réalisée. Il en ressort que le réfrigérant qui avait été sélectionné, le R134a, est un bon candidat, mais qu’un meilleur COP pourrait être obtenu avec le R227ea. Un prototype d’ORC-ORC et un banc d’essai ont été conçus, construits et instrumentés. Trois séries d’essais ont été réalisées et différents problèmes ont été rencontrés, ce qui a causé du retard. Les mesures nécessaires ont été prises pour résoudre ces problèmes. Les essais réalisés ont quand même permis de tester et de valider la procédure de démarrage.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EPFL, STI-IGM-LENI

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Demierre,J.
Favrat,D.

Documents annexés

• Pompe à chaleur thermique à double cycle de Rankine - Rapport annuel 2008 [PDF] 115 kB
• Pompe à chaleur thermique à double cycle de Rankine - Rapport annuel 2009 [PDF] 1'016 kB
• Pompe à chaleur thermique à double cycle de Rankine - Rapport annuel 2010 [PDF] 1'377 kB