Etude des pompe à chaleur à absorption cycle G.A.X (échangeur Générateur Absorbeur)

Abstract

Le conditionnement d’air et les réfrigérateurs domestiques fonctionnent dans la majorité des cas actuellement par la voie classique c'est-à-dire avec un cycle à compression mécanique qui nécessite une dépense d’énergie électrique non négligeable ainsi que le raccordement à un réseau électrique disponible dans le lieu d’installation de l’appareil. Ces machines utilisent pour leur fonctionnement des fluides frigorigènes dont un certain nombre contribuent à l’appauvrissement de la couche d’ozone, et la majorité contribuent au réchauffement climatique. Il s’avère donc urgent d’utiliser dans la mesure du possible des technologies capables de proposer une alternative à ces systèmes sans leurs inconvénients. Ces systèmes alternatifs doivent utiliser des fluides frigorigènes plus respectueux pour l'environnement et avoir des performances élevées permettant de réduire leur émission de gaz à effet de serre. En réalité, le principe de pompes à chaleur à absorption est simple, puisque nous savons que, si l’on dispose d’une source chaude en plus de la source gratuite à température ambiante, il est possible d’extraire de la chaleur d’une source froide sans apport de travail « machines thermiques trithermes ». Le travail mécanique nécessaire au fonctionnement de ces machines est très réduit puisque la circulation du frigorigène n’est pas due à un compresseur mécanique mais à la circulation, par pompe, d’un liquide absorbant dont la teneur, en frigorigène absorbé, dépend de la température et de la pression ; le système, en contrepartie, consomme de la chaleur. Et, théoriquement, un système à absorption est aussi efficace qu’un système à compression avec son moteur, pourvu que les trois températures de source se correspondent respectivement. Comme nous venons de le souligner, bien que l’importance des systèmes à absorption soit beaucoup plus réduite que celle des systèmes à compression, ce sont, actuellement, les seuls systèmes qui connaissent un certain développement. Et, pour rendre cette technologie plus concurrentielle vis-à-vis de la climatisation à compression, il importe d’améliorer leurs performances. C’est la raison pour laquelle, dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l’amélioration de l’utilisation des machines à absorption. Sur ce plan nous avons sélectionné pour notre étude une machine à simple effet et une GAX (Generator/Absorber/heat eXchanger) ; Ainsi, nous avons étudié le cycle de base de la machine à absorption simple effet et nous avons examiné, dans un premier temps l’effet d’un échangeur solution riche - solution pauvre, ensuite l’effet de l’utilisation d’une nouvelle configuration à savoir le cycle GAX (Generator/Absorber/heat eXchanger) sur les performances de la machine à absorption. Dans le premier chapitre, nous avons présenté le principe de fonctionnement d’une PAC à absorption qui est d’ailleurs identique au cycle d’une PAC à compression mécanique de vapeur. La différence provient de la nature de la compression qui diffère dans les deux systèmes. Nous avons exposé, également dans ce chapitre, les différentes configurations possibles. Le chapitre deux sera consacré pour l’analyse thermodynamique du cycle GAX en exposant son principe de fonctionnement ainsi que l’évaluation du COP d’un tel cycle, et les diagrammes utilisés pour leur étude ainsi que les différentes étapes pour le calcul du cycle, Nous avons exposé, également dans ce chapitre, les différents couples de fluides de fonctionnement pour ces machines. Le troisième chapitre est réservé à la présentation des détails de la modélisation menée dans ce travail. On y trouvera les principales étapes avec toutes les équations utilisées pour l’étude des machines à absorption simple effet et GAX. Ce chapitre est clôturé par un algorithme retraçant les phases de la modélisation et l’organigramme ayant servi à l’élaboration du programme de calcul. Les résultats obtenus à partir du programme de calcul et leurs interprétations ainsi que les comparaisons relatives aux deux types de configurations (à savoir simple effet et GAX) sont rassemblés dans le quatrième chapitre.