Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Les propriétés thermodynamiques du mélange binaire ammoniac-eau et les possibilités qu’il offre pour la réalisation de machines à absorption sont discutées en s’appuyant sur des diagrammes. Les différents cycles utilisés pour ces machines sont présentés et analysés à l’aide d’une feuille de calcul permettant de simuler leurs performances en fonction des conditions opératoires.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Francis MEUNIER : Professeur émérite au conservatoire national des arts et métiers - Directeur honoraire de l’IFFI (Institut Français du Froid Industriel), Paris, France
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Pierre NEVEU : Professeur des universités - Université de Perpignan Via Domitia, France
INTRODUCTION
Le mélange binaire ammoniac-eau (NH3-H2O) est destiné à des machines à absorption liquide qui sont des convertisseurs thermiques trithermes [BE 9 734] dont les principales applications sont, d’une part, le froid industriel, à partir de vapeur surchauffée, d’eau chaude ou de gaz d’échappement et, d’autre part, les pompes à chaleur domestiques utilisant le gaz naturel (ou du GPL) comme source d’énergie.
Ce mélange binaire se différencie du mélange eau-bromure de lithium H2O-LiBr [BE 9 735] notamment par le niveau de pression et par le fait que la vapeur est un mélange, ce qui a des conséquences importantes pour la conception des machines à absorption et la technologie utilisée. Comme dans le cas H2O-LiBr, le fluide frigorigène n’a aucun impact sur l’effet de serre ni sur la couche d’ozone.
Par rapport aux systèmes H2O-LiBr, les machines à un étage NH3-H2O permettent d’accéder à des températures d’évaporation bien au-dessous de 0 °C, ce qui les rend très attractives, que ce soit pour le froid industriel ou le fonctionnement en pompe à chaleur appliquée au chauffage de l’habitat. Par contre, elles conduisent à des coefficients de performance (COP) moins élevés.
Le cycle GAX (Generator, Absorber, heat eXchanger) profite de la forte amplitude de température de la solution pour effectuer une récupération de chaleur sur l’absorbeur en valorisant une partie de la chaleur latente d’absorption, ce qui permet d’augmenter le COP. Ce cycle fonctionne dans de bonnes conditions lorsque l’amplitude thermique entre la désorption et l’absorption est importante et que celle entre la condensation et l’évaporation n’est pas très élevée.
Les applications de ces différents cycles dans des machines à absorption liquide sont présentées dans l’article [BE 9 738] dédié à leur technologie.
Comme il est d’usage dans la profession, les titres et les pourcentages indiqués dans cet article sont, sauf précision contraire, massiques et relatifs à l’ammoniac.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2002 par Maxime DUMINIL
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Diagrammes thermodynamiques du mélange ammoniac-eau
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1. Principe de fonctionnement
Les machines à absorption sont des convertisseurs thermiques trithermes présentés dans l’article [BE 9 734] (Convertisseurs thermiques. Machines frigorifiques. Pompes à chaleur. Thermotransformateurs). L’énergie motrice est la chaleur via une compression thermique contrairement aux groupes refroidisseurs de liquide conventionnels dans lesquels l’énergie motrice est fournie par une compression mécanique.
La nature des composants dans une unité à absorption et dans une unité à compression mécanique diffère uniquement par l’organe de compression (figure 1).
En effet, le système à absorption remplace le compresseur mécanique, les autres composants : évaporateur, condenseur et organe de détente sont conservés. Les phénomènes d’aspiration et de refoulement continuent à exister dans le cas de l’absorption mais ils sont maintenant provoqués par le système à absorption. Il faut noter que la compression thermique est très efficace, ce qui apparaît clairement dans une représentation du cycle à absorption dans un diagramme (h, log P) que l’on peut comparer à celui d’un cycle à compression. Sur la figure 2 sont portés les points 1-2is-3-4 correspondant à la figure 1 dans un diagramme (h, log P) pour un cycle à ammoniac à compression mécanique isentropique des vapeurs (sans surchauffe ni sous refroidissement) et 1-10-2abs-3-4 pour un cycle à 1 étage à absorption ammoniac-eau dans lequel l’ammoniac est le fluide frigorigène.
Les conditions retenues pour les deux cycles sont une température d’évaporation de – 20 °C et une température de condensation de 40 °C. Les points 3-4-1 sont identiques pour les deux cycles. Seul diffère le point 2 (noté 2is pour la compression et 2abs pour l’absorption). La compression thermique est performante car elle permet, à l’égal de la compression mécanique, un taux de compression de 8,2 alors...
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Principe de fonctionnement
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ALEFELD (G.), RADERMACHER (R.) - Heat conversion systems. - Crc Press, ISBN 978-0849389283 (1993).
-
(2) - HEROLD KEITH (E.), RADERMACHER KEITH (E.), KLEIN SANFORD (A.) - Absorption chillers and heat pumps. - Second Edition, CRC Press, ISBN 978-1498714358 (2016).
-
(3) - ZIEGLER (B.), TREPP (C.) - Equation of state for ammoniac-water mixtures. - International Journal of Refrigeration 7, n° 2, 101 6., mars 1984 https://doi.org/10.1016/0140-7007(84)90022-7
-
(4) - IPU - Coolpack. - https://www.ipu.dk/products/coolpack/
-
(5) - QUAIST - Review on testing procedures and quality standards for thermally driven chillers. - Task Report 5.3.3, QAIST project (2012) http://www.qaist.org/
-
(6) - Performances techniques des pompes à chaleur...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
ago AG Énergie + Anlagen, Am Goldenen Feld 23, D-95326 Kulmbach [email protected], https://www.ago-energie.de/
Bassols & Lebrequer GmbH, Karmeliterstraße 9, 52064 Aachen, Germany [email protected], https://bl-thermo.com/
Colibri B.V, Tentstraat 5a, 6291 BC Vaals, The Netherlands [email protected], https://colibris.home.xs4all.nl/
France Air (distributeur Robur), Rue des Barronières – Beynost, 01708 Miribel cedex, France [email protected], https://www.france-air.com/
Pink GmbH, Bahnhofstrasse 22, 8665 Langenwang, Österreich [email protected], https://www.pink.co.at
ROBUR S.p.A, Via Parigi 4/6, 24040 Verdellino/Zingonia (Bergamo), Italia [email protected], https://www.robur.com/
SolarNext AG, Chiemgaustr. 2, D-83233 Bernau am Chiemsee, Germany [email protected], https://solarnext.de
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