Éjecteurs
Les éjecteurs sont activés par la chaleur perdue ou la chaleur provenant de sources renouvelables. Ils sont actionnés directement par une source thermique afin de générer chauffage, refroidissement et réfrigération. Malgré l’apparente simplicité géométrique d’opération de l’éjecteur, les prédictions de son fonctionnement sont fort complexes en raison des phénomènes hydrodynamiques impliqués et du non-équilibre thermique du procédé. De plus, comme l’utilisation de réfrigérants dans les éjecteurs est récente, il n’y a que très peu de données ou d’informations disponibles sur leur design et leur opération. L’information disponible est même souvent contradictoire. En conséquence, les design actuels se fient à des données obtenues avec de l’air et de l’eau. L’utilisation des éjecteurs est ainsi limitée à un nombre restreint d’applications. Des efforts récents visant l’optimisation du chauffage et du refroidissement indiquent que les éjecteurs offrent un potentiel intéressant, mais qu’il sera nécessaire de développer des connaissances et des données d’opérations pour des fluides autres que l’eau et l’air. Dans le cas d’éjecteurs diphasiques (gaz-liquide), les connaissances sont encore plus limitées.
Fonctionnement d’un éjecteur
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Éjecteurs
Cette image représente le fonctionnement d’un éjecteur. Le diagramme de l’éjecteur est présenté de façon à nous montrer une vue intérieure de l’éjecteur. Le corps de l’éjecteur est composé d’une forme carrée bleue à laquelle est attachée une longue tuyère à la droite. La partie attachée au corps de l’éjecteur est de forme cylindrique alors que le bout de la tuyère est de forme conique, avec son ouverture étant la partie la plus large.
Vis-à-vis la tuyère, à la gauche du carré, une forme cylindrique rouge représente l’entrée du flux primaire. La première moitié de ce cylindre est à l’extérieur de l’éjecteur et la deuxième moitié se situe à l’intérieur. Une flèche rouge pointe vers l’ouverture du cylindre pour représenter l’entrée du flux primaire, soit le fluide moteur. Le bout du cylindre, à l’intérieur de l’éjecteur, mène à une petite tuyère convergente-divergente qui est identifiée par la lettre « a ». C’est là où le flux moteur est accéléré dans la tuyère pour atteindre une vitesse supersonique.
Une deuxième forme cylindrique est située à la base du corps de l’éjecteur et celle-ci représente l’entrée du flux secondaire, soit le fluide aspiré de l’évaporateur. Une flèche bleue pointe vers l’ouverture du cylindre pour représenter l’entrée de ce flux secondaire.
La partie cylindrique de la tuyère est identifiée par la lettre « b». Cette partie de l’éjecteur est la chambre de mélange où les deux flux entrent en contact.
L’ouverture conique de la tuyère est identifiée par la lettre « c » et est appelée le diffuseur.
Le flux primaire qui sort de la partie « a » est multicolore, allant de rouge à jaune et aussi avec des nuances de vert et de bleu, pour représenter l’énergie du flux dans la partie « b », la chambre de mélange.
Pour avoir une vue d'ensemble de cette technologie, consultez la brochure Capter la valeur de l’énergie thermique : Innovations dans le domaine de la technologie des éjecteurs à CanmetÉNERGIE.
Les activités de recherche de CanmetÉNERGIE sont concentrées sur :
- un éjecteur simple phase pour le chauffage communautaire
- la modélisation d’un éjecteur diphasique
- des prototypes pour la réfrigération et le refroidissement
- un projet de démonstration
CanmetÉNERGIE recherche des partenariats de recherche avec les universités et les industries qui partagent son intérêt dans l’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments et la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Pour discuter d’un partenariat, contactez-nous.
Éjecteur simple phase pour le chauffage communautaire
L’objectif du projet est de combiner les données expérimentales obtenues sur un banc d’essai avec les résultats d’une analyse par une Dynamique des Fluides Numérique (DFN) afin de générer les données techniques nécessaires à la conception des éjecteurs. On reproduira les conditions d’opération à température modérée (-10 °C à la source et + 50 °C au puits), domaine de température où les éjecteurs présentent un grand potentiel. Les expériences viseront à quantifier les performances en fonction de l’efficacité de l’éjecteur et de la pression au condenseur et d’assurer la stabilité de l’opération. Le banc d’essai fournira l’information pour valider les modèles (1-D et CFD) et les données nécessaire à l’opération (températures, pression, débits). Le design final de l’éjecteur utilisera cette information pour optimiser la géométrie et choisir le réfrigérant. On appliquera d’abord les données pour le design d’un système communautaire de chauffage et de réfrigération.
Modélisation d’un éjecteur diphasique
Puisque l’information sur ce type d’éjecteur est rare, la première tâche sera d’identifier et de comprendre les mécanismes d’interaction entre les phases et leurs impacts sur son comportement. En utilisant l’information existante, une simulation des phénomènes statiques et dynamiques sera effectuée. Cette modélisation permettra le développement d’outils de design et d’analyse des paramètres d’opération et de contrôle.
Les éjecteurs diphasiques seront utilisés pour améliorer la performance des systèmes de chauffage, de refroidissement et de réfrigération. La première démonstration de l’utilisation des éjecteurs sera faite pour les arénas. L’expérience acquise sera ensuite appliquée aux supermarchés, aux entrepôts réfrigérés et aux systèmes de refroidissement en général.
Prototypes pour la réfrigération et le refroidissement
À partir des connaissances acquises, deux systèmes d’éjecteurs seront construits. Le premier intégrera un éjecteur à un système de réfrigération. Dans cette application l’éjecteur est alimenté par la haute pression produite par le travail du compresseur. L’éjecteur récupère le travail habituellement perdu dans la valve d’expansion. Le second prototype utilisera la chaleur perdue pour activer un éjecteur et augmenter la capacité du système de refroidissement. Dans les deux cas, les prototypes démontreront les gains en efficacité dans des conditions commerciales ou industrielles.
Projet de démonstration
Afin de transférer la technologie du laboratoire à l’industrie, un projet de démonstration sera réalisé. Ce projet impliquera un manufacturier et ciblera une application qui rejette de la chaleur à partir d’un système de chauffage communautaire. La chaleur rejetée permettra d’augmenter la capacité de refroidissement du système.
Géré par CanmetÉNERGIE au centre de recherche de Varennes (Québec).
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