informations complémentaires sur les machines frigorifiques à absorption d’ammoniac
Simplified block diagram of a single stage ammonia absorption refrigeration plant with the main components.
Représentation simplifiée en schéma-bloc avec les composants principaux.
Une machine frigorifique par absorption d’ammoniac est constituée de deux circuits, le circuit d’ammoniac schématisé par les lignes rouges et le circuit de solution eau-ammoniac par les lignes bleues. L’ammoniac change d’état de liquide à gaz dans l’évaporateur (1) ce qui produit un refroidissement de quelques degrés jusqu’à – 60 °C. La tendance naturelle de l’eau à absorber l’ammoniac permet à la solution pauvre de collecter la vapeur d’ammoniac dans l’absorbeur (2). Cette absorption de l’ammoniac en vapeur est exothermique. La chaleur générée doit être dissipée pour pouvoir garantir une capacité d’absorption suffisante et continue. Cette solution enrichie est pompée (8) vers le désorbeur (3). Dans le désorbeur, la solution est bouillie et grâce à la haute volatilité de l’ammoniac essentiellement celui-ci s’évapore. De façon à garantir un haut rendement, l’ammoniac doit être le plus pur possible, c’est pourquoi il est distillé dans la colonne de rectification (5). Cette vapeur d’ammoniac proche de la pureté se liquéfie dans le condenseur (4) et est ensuite prête pour être évaporée à nouveau (1). Pour des considérations d’efficacité, deux échangeurs de chaleur sont intégrés au circuit. L’échangeur de solutions (6) permet de réutiliser la chaleur de la solution pauvre et ainsi de préchauffer la solution riche. Dans l’échangeur liquide/vapeur la vapeur d’ammoniac froide s’échappant de l’évaporateur (1) refroidit l’ammoniac liquide avant que celui-ci entre dans l’évaporateur.
L’absorbeur
C’est dans ce composant que l’absorption de la vapeur d’ammoniac par la solution s’effectue. La solution pauvre en ammoniac se retrouve enrichie par la vapeur de l’évaporateur. L’absorption est exothermique, la chaleur générée doit être rejetée de façon à maintenir les performances du système. Généralement la chaleur est évacuée par l’intermédiaire d’un fluide vers une tour de refroidissement qui dissipe la chaleur dans l’environnement. Dans certaines configurations, la solution s’écoule directement dans une tour de refroidissement. La solution est ensuite pompée vers le désorbeur.
Le désorbeur
Ce composant, appelé aussi bouilleur ou encore générateur, fait le travail contraire de l’absorbeur. Le désorbeur est chauffé de façon à bouillir la solution et séparer l’ammoniac de la solution. Les systèmes de réfrigération à absorption d’ammoniac sont alimentés par de la chaleur. Avec une conception adaptée il est possible de récupérer la chaleur directement de gaz ou de liquides chauds. Plus la température de réfrigération requise est basse plus la source de chaleur doit avoir une température importante.
Ces composants ne diffèrent pas de leurs équivalents dans les technologies conventionnelles de réfrigération par compression.
CONDENSATEUR
Dans le condensateur, l’ammoniac sous haute pression est liquéfié, il peut être refroidit à l’eau, à l’air ou dans un condenseur évaporatif. L’ammoniac liquide se détend dans l’évaporateur par la vanne d’expansion.
EVAPORATEUR
L’évaporateur est un échangeur de chaleur où la capacité frigorifique refroidissant le milieu est produite. Il peut y avoir un seul évaporateur ou bien plusieurs, dispersés à plusieurs endroits du site d’exploitation.
Il est commun d’avoir plusieurs demandes de refroidissement pour des niveaux de températures et de puissances différents.
Par exemple une séparation du système en deux étages d’absorption / évaporation permet de générer deux niveaux de température séparés et de capacités différentes. La solution quittant l’absorbeur de la partie basse température (2a) a un niveau de concentration intermédiaire et est encore capable d’absorber de l’ammoniac dans l’absorbeur de la partie haute température (2b). Avec ce type de configuration, le rendement global est amélioré.
Il existe différentes solutions pour transférer le froid du système frigorifique aux équipements et processus qui en ont besoin.
Pour une machine frigorifique à absorption, le COP (coefficient of performance) est utilisé pour traduire le rendement du système. Il est le ratio entre la puissance de réfrigération produite et la puissance thermique nécessaire au fonctionnement du système. Le COP d’une machine frigorifique à absorption d’ammoniac dépend principalement de 3 paramètres :
L’énergie électrique nécessaire au fonctionnement des pompes est de l’ordre de 1 à 2 % relativement à la chaleur consommée et n’est pas prise en compte dans le calcul du COP.
