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22 Mai

Faire du froid sans compresseur

Faire du froid sans compresseur : comment est-ce possible ?

En 1846, Ferdinand Carré a inventé le cycle de l’absorption pour produire de la glace avec apport de chaleur. Son principe de fonctionnement réside dans le fait que l’absorption de l’ammoniac dans l’eau entraîne une diminution de la pression de vapeur. Transitant par des échangeurs de chaleurs et de masse, par des pompes et des vannes, le refroidissement et/ou le chauffage produit par le cycle de refroidissement génère un apport thermique et électrique minimal.

Le processus d'absorption

Similaire à un cycle mécanique de compression de vapeur, dans un cycle d’absorption, le compresseur est remplacé par un générateur, un absorbeur et une pompe à liquide. L’avantage du cycle d’absorption c’est qu’il nécessite une fraction de l’apport électrique tout en utilisant les substances naturelles comme l’ammoniac et l’eau. Cela évite l’usage des halocarbures qui sont néfastes pour la couche d’ozone. A partir des années 1920, le cycle d’absorption a été largement utilisé comme réfrigérateurs ou glaceuses à gaz.

Comment cela fonctionne ?

Voici comment fonctionne le cycle d’absorption d’ammoniac-eau. On applique la chaleur à un générateur contenant une solution d’eau ammoniacale riche en ammoniac. Une désorption de la solution par la vapeur d’ammoniac à haute pression se crée sous l’effet de la chaleur. La source de la chaleur peut être diverse : combustion d’un gaz naturel à combustion propre, chaleur résiduelle provenant de l’échappement du moteur, chaleur émanant de procédés industriels ou chaleur obtenu par le soleil. Refroidi en général par l’air extérieur, le condenseur permet à la vapeur d’ammoniac à haute pression de s’écouler. Puis, elle se condense en un liquide à haute pression, libérant de la chaleur qui, par la suite, peut être utilisée pour le chauffage des locaux par exemple.

Le refroidissement thermoélectrique

Dans un système de réfrigération thermoélectrique, l’effet Peltier est un phénomène qui consiste à créer un flux de chaleur entre les jonctions de deux types de matériaux différents. Un radiateur à effet Peltier, un refroidisseur ou une thermopompe thermoélectrique est une thermopompe active à l'état solide. Il convertit la chaleur d’un côté de l’appareil à l’autre. La consommation d’énergie se fait en fonction de la direction du courant. Ce dispositif est aussi appelé Dispositif de Peltier.

Comment l'effet Peltier est-il utilisé ?

Dans un refroidissement thermoélectrique, l’effet Peltier est utilisé pour créer un flux de chaleur entre les deux jonctions de deux types de matériaux différents. Avec un usage principal de refroidissement, ce dispositif peut être aussi utilisé pour le chauffage et la climatisation. Cette technologie est moins appliquée à la réfrigération que la réfrigération à compression de vapeur.

Quels sont les avantages et inconvénients ?

Un refroidisseur Peltier a comme principal avantage l’inexistence de pièces mobiles comme les liquides circulants, sa petite taille et sa forme flexible. C’est un dispositif sans fuite et Il a une durée de vie presque illimité. Cependant, son coût est élevé et le rendement faible. Des refroidisseurs Peltier plus performant et moins cher sont à l’étude actuellement pour pallier à ce problème.

A propos de l’effet Peltier :

Un refroidisseur Peltier peut aussi servir comme générateur thermoélectrique. En cas d’usage refroidisseur, une tension est appliquée à travers l’appareil. Une différence de température s’accumule alors entre les deux côtés de l’appareil. En cas d’usage générateur, une différence de tension s’accumule entre les deux côtés de l’appareil. Cela résulte du fait que le côté de l’appareil est chauffé à une température supérieure à son autre côté.

Son principe de fonctionnement

Un module thermoélectrique est constitué de deux substances céramiques. Ils servent de base et d'isolant électrique pour les dés de Telluride au Bismuth de type P et de type N qui sont connectés électriquement en série et thermiquement en parallèle entre les céramiques. La céramique joue le rôle d'isolant entre les éléments électriques internes des modules et un dissipateur thermique.

A l’intérieur du module, les connexions électriques sont maintenues par des matériaux électriquement conducteurs, en général, des pastilles de cuivre fixées à la céramique. Le terme Couple est utilisé dans la plupart des modules comme nombre pair de dés de type P et de type N et un de chacun partageant une interconnexion électrique. Bien que les matériaux de type P et de type N soient des alliages de bismuth et de tellure, tous deux ont des densités d'électrons libres différentes à la même température.

Si les dés de type N a un excès d’électrons, c’est le contraire pour le type P. Le courant cherche à établir un nouvel équilibre à l’intérieur des matériaux au fur et à mesure qu’il monte et descend dans le module. Le courant traite le matériau de type P comme une jonction chaude à refroidir et le matériau de type N comme une jonction froide à chauffer.

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