Fonctionnement d'une machine à absorption



3.1 Avant-propos

Depuis plus de vingt ans, les machines commercialisées les plus performantes sont soit des machines eau/bromure de lithium, dites " à double effet ". Le double effet permet de faire passer le coefficient de performance (COP : rapport entre l'énergie frigorifique produite et le débit calorifique au brûleur) d'une moyenne de 0,6 à plus de 1 aux conditions nominales de fonctionnement (COP frigorifique mesuré sur le PCS du gaz naturel). Cette amélioration des rendements est liée à la mise en oeuvre d'un deuxième étage de régénération et d'un échangeur thermique supplémentaire. Le double effet a d'autre part autorisé le mode chauffage en alterné avec le mode froid ou en simultané. Enfin, signalons l'apparition de machines à cycle " triple effet ", expérimentées aux Etats-Unis sur plusieurs prototypes industriels, dont le COP atteint 1,2 à 1,3 aux conditions nominales de fonctionnement.

3.2 Machine à absorption eau/bromure de lithium

La machine double effet eau/ bromure de lithium autorise un fonctionnement en mode froid ou en mode chaud.

Ecorché machine à absorption

CYCLE MODE FROID

Dans le groupe au gaz dit générateur , la solution eau-bromure de lithium est portée à ébullition ; grâce à un apport de chaleur, assuré par un brûleur fonctionnant au gaz naturel, une source chaude via l'énergie solaire ou toute autre forme d'énergie renouvelable, le fluide frigorigène ou eau distillée est ainsi transformé en vapeur et envoyé vers le condenseur. Il reste donc dans le groupe gaz, une solution pauvre en fluide frigorigène et concentrée en bromure de lithium qui va rejoindre l'absorbeur.

Arrivant au condenseur sous forme de vapeur, le fluide frigorigène se condense au contact d'un échangeur ou refroidisseur alimenté par de l'eau refroidie par l'air extérieur et retourne vers l'évaporateur.

La pression régnant à l'intérieur de l'évaporateur (700 Pa) étant inférieure à celle du condenseur, une partie du fluide frigorigène admis va se vaporiser à une température de 5°C environ et refroidir l'eau du circuit d'utilisation circulant dans un faisceau de tubes à l'intérieur de l'évaporateur. Le fluide vaporisé est ensuite admis à l'absorbeur.

Le fluide frigorigène en phase vapeur s'écoule dans l'absorbeur contenant le bromure de lithium . Ce sel qui présente une grande affinité avec la vapeur d'eau (action hygroscopique) va emmagasiner, on dit absorber, le fluide frigorigène. La solution de bromure diluée est alors pompée vers le générateur et le cycle recommence.

CYCLE MODE CHAUD

En isolant simplement l'ensemble condenseur/refroidisseur, la même machine peut fournir de l'eau chaude sur le circuit qui fournissait de l'eau glacée auparavant. L'évaporateur devient condenseur dans ce mode de fonctionnement. Il condense la vapeur produite par le générateur sur le faisceau de tubes de l'échangeur en transférant la chaleur à l'eau circulant à l'intérieur. Le bromure de lithium est ensuite dilué dans le fluide frigorigène puis la solution diluée retourne au générateur terminant ainsi le cycle.

Température de l'eau glacée :

La température en sortie de l'évaporateur est comprise entre 7°C et 12°C, compte tenu de sa surface d'échange et de sa température d'évaporation. Cette solution ne peut donc être utilisée qu'en climatisation "confort" et non en "froid négatif" pour du process.

Température de l'eau chaude :

La température en sortie du condenseur est voisine de 55°C, compte tenu de sa surface d'échange et de sa température de condensation. Cette solution ne peut donc être utilisée qu'en chauffage "basse température" ou en "chauffage de base" avec un appoint complémentaire.