Fonctionnement d'un frigo à absorption
Produire du froid avec du chaud
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Comment produit-on le froid?
Tous les frigos produisent le froid par l'évaporation d'un liquide. L'effet est identique au froid qu'on ressent quand la peau est humide et que l'eau s'évapore.

C'est la brusque chute de pression qui produit l'évaporation dans un frigo classique à compresseur. Le compresseur, le passage du gaz dans le détendeur et son évaporation (ébullition) produisent du bruit, ce qui rend le frigo à compresseur indésirable dans les chambres.

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Ce type de frigo est également appellé trimixte car il fonctionne sur trois sources d'énergie:
  • le gaz combustible (butane ou propane)
  • le 220V (secteur)
  • le 12V (batteries)
On ne peut utiliser qu'une source de chaleur à la fois. Un chauffage trop poussé empèche un fonctionnement normal: le frigo produit du chaud au lieu du froid.

Les frigos prévus pour fonctionner dans des chambres d'hôtel ne permettent qu'une source de courant, le 220V domestique.



Représentation schématique
Un second exemple est donné sur la page de
l'entretien et la réparation


Bubble pump


Réalisation pratique

Si vous êtes tombés sur cette page, c'est probablement que vous avez un frigo a absorption. Frigo que vous utilisez probablement dans un motorhome ou une caravane. Eh bien, j'ai une bonne nouvelle pour vous: sur cette page vous avez le schéma d'un répartiteur de charge qui va permettre de charger la batterie auxiliaire (utilisée dans le mobilhome) sans décharger la batterie de démarrage.
Dans un frigo classique, c'est la différence de pression qui permet au liquide frigorifique de se transformer en gaz et au gaz de passer à l'état liquide. Le frigo à absorption n'a pas de compresseur et la pression reste identique dans tout le circuit, et pourtant il refroidit aussi.

Le mot-clef ici c'est la pression partielle: à une pression donnée la pression partielle est plus élevée quand le gaz est pur que s'il est mélangé à un autre gaz. Quand l'ammoniac liquide entre en contact avec de l'hydrogène, la pression partielle de l'ammoniac gazeux présent diminue et le liquide s'évapore, produisant le froid. C'est comme si on avait fait le vide dans le tuyau.

Comment fonctionne un frigo à absorption?

Une des caractéristiques principales du frigo à absorption, c'est que la pression est constante dans tout le circuit. Cette pression est assez élevée pour permettre à l'ammoniac (NH3) de se liquéfier facilement. C'est pour cela que les tuyaux sont plus épais dans un tel frigo (mais en contrepartie: les risques de fuite sont aussi plus faibles).

Un frigo a absorption utilise trois produits: de l'hydrogène, de l'eau et de l'ammoniac. On ajoute une petite quantité de chromate de sodium Na2CrO4 pour réduire la corrosion, mais ce produit n'a aucun effet sur le refroidissement.

Une solution d'ammoniaque (de l'ammoniac en solution dans de l'eau) est mise en ébullition dans un bouilleur (1), la température y est d'environ 180°. L'ammoniac qui bout à une température plus basse que l'eau s'échappe de la solution. L'ébullition entraine une partie de la solution (qui est ici une solution très diluée car pratiquement tout l'ammoniac s'est vaporisé).

L'eau est récoltée dans un séparateur (2) et retourne au bouilleur. La température est de 110° environ et la pression fait que le restant de vapeur d'eau se liquéfie. Le bouilleur a une forme particulière: un tube d'ébullition au centre et un syphon à l'extérieur. L'eau qui retombe dans le bouilleur tombe en fait dans le syphon extérieur. L'ammoniac en ébullition entraine des gouttelettes d'eau vers le syphon (c'est la 'pompe à bulles' ou bubble pump).

Le second schéma montre le principe de la pompe à bulles. L'ammoniac qui s'évapore forme des bulles qui s'échappent de la solution et entraine l'ammoniaque (de plus en plus dilué). Nous avons à la sortie de la pompe à bulles du gaz ammoniac et de l'eau ammoniacale.

L'eau ammoniacale coule dans le siphon puis dans l'absorbeur (5) via le tuyau 7 grâce à la pesanteur. Dans le tuyau, l'eau est froide

L'ammoniac se refroidit et se liquéfie dans le condenseur (3). L'ammoniac entre en contact avec de l'hydrogène dans l'évaporateur (4). La pression partielle de l'ammoniac diminue () et l'ammoniac s'évapore, ce qui produit le froid.

L'ammoniac gazeux passe maintenant par un réservoir (6) et monte à l'absorbeur (5) où il rencontre de l'eau qui ruisselle à contre-courant. Le gaz d'ammoniac se dissous dans l'eau et nous obtenons à nouveau une solution concentrée d'ammoniaque. Comme gaz, il ne reste plus que de l'hydrogène, qui est à nouveau utilisé dans l'évaporateur. L'absorption du gaz d'ammoniac dans l'eau qui ruisselle maintient la pression partielle de l'ammoniac à un bas niveau.


: Les molécules d'hydrogène sont très légères et n'opposent aucune résistance aux molécules d'ammoniac qui s'échappent du liquide: c'est comme si la pression athmosphérique était diminuée. On parle d'une pression partielle réduite.

Un frigo a absorption de fabrication russe a un fonctionnement identique mais semble plus simple et facile à comprendre.

Quelques notes à propos des frigos à absorption:

  • Il faut qu'une circulation soit mise en route: c'est pour cela qu'un frigo ne refroidit qu'au bout de 30 minutes. Quand l'absorbeur (5) devient chaud, c'est que la réaction est en route (l'absorption est une réaction qui produit de la chaleur). La quantité de chaleur à l'absorbeur correspond à la quantité de froid produit à l'évaporateur.

  • On peut tout aussi bien utiliser de l'électricité ou un feu à gaz pour produire la chaleur. En cas de chauffage au gaz, le rendement est légèrement supérieur à ce qui est possible avec un générateur qui fait travailler un frigo classique.

  • Le rendement du frigo à absorption est plus faible que celui d'un frigo à compresseur. Un frigo à absorption produit 0.7 frigorie par watt apporté en chaleur, tandis qu'un frigo à compresseur produit 3 frigories par watt consommé.

  • La quantité de froid produite est limitée à cause de la circulation naturelle basée sur la pesanteur. De tels frigos ménagers n'atteignent jamais une note ****. La température minimale qui peut être atteinte est de -15°. Chauffer plus fort n'aide en rien, car alors la séparation de l'eau et de l'ammoniac n'est plus assurée.

Comment entretenir et réparer son frigo à absorption + de nombreux trucs pour en augmenter le rendement (très important dans un mobilhome quand il y a canicule).

Le graphique montre le différentiel de température (delta) et la température dans l'évaporateur d'un frigo à absorption selon la température ambiante. Il y a un graphique pour le fonctionnement au gaz (vert) et à l'électricité 12V (bleu). Le fonctionnement au gaz est plus puissant et produit plus de froid quand la température ambiante est plus basse, tandis que l'électricité fonctionne un peu mieux quand il fait plus chaud. Le fonctionnement au gaz correspond au réglage sur maximum (grande flamme). Quand le réglage est sur minimum, le fonctionnement correspond à celui à l'électricité 12V. Le fonctionnement sur secteur (résistance sur 220V) se situe entre les deux.

La température à l'arrière du frigo est généralement plus élevée que la température de la pièce (température ambiante), surtout pendant le fonctionnement au gaz. Le graphique est celui d'un frigo en parfait état de marche, avec une circulation d'air à l'arrière suffisante pour limiter l'augmentation d ela température.

Utilisation dans l'industrie

On utilise la chaleur résiduelle des processus industriels pour produire du froid. Dans ce cas ci, on emploie des pompes pour faire circuler les produits (il n'y a pas de compresseurs). La production de froid est si importante qu'on peut climatiser tous les bureaux. La température peut descendre à du -50° dans de telles installations industrielles, et ceci avec une faible consommation (on récupère la chaleur et on ne consomme que le courant électrique des pompes) C'est donc une fable qu'un frigo à absorption ne peut pas produire beaucoup de froid! Les pompes servent uniquement à faire circuler les fluides (ce ne sont pas des compresseurs), il ne faut donc plus se baser sur la pesanteur pour la circulation.

Historique

Le procédé du frigo à absorption a été inventé par Baltzar von Platen et Carl Munters. La production de frigos a commencé en 1923 par la marque AB Artic, qui a été reprise par Electrolux en 1925.

Einstein aussi a inventé un système de frigo à absorption utilisant une autre construction (le butane remplace l'hydrogène). Electrolux a acheté le brevet pour protéger sa technologie.

Remplacement par un frigo à compresseur

Si vous allez régulièrement dans les pays chauds, je vous recommande de choisir un frigo à compresseur (ou de remplacer le frigo à absorption). Ne prenez pas un frigo classique, celui-ci fonctionnant en 220V, qu'il faut produire sur place (avec pertes). Il faut un convertisseur prévu pour 1000W ou plus pour pouvoir fournir la puissance nécessaire lors du démarrage du moteur asynchrone.

Webasto fabrique des frigos/congéleteurs de toutes tailles. Ce sont des appareils travaillant en 12V, 24V ou 110/220V (applications marines). Ils sont adaptés à une utilisation spécifique dans les camping cars, les camions et les navires de plaisance:

  • Système intelligent qui augmente la puissance quand la tension est plus élevée (parce que le moteur du véhicule tourne). Le frigo va ainsi enmagasiner du froid dans des plaques eutectiques et dans la nourriture. Quand le système fonctionne sur batterie uniquement, le frigo va d'abord utiliser ce froid et ne travailler sur batterie que quand la température dans le frigo remonte.

  • Moteur à vitesse variable: au lieu d'avoir un moteur qui se met en route et qui stoppe continuellement, le moteur tourne ici à la meilleure vitesse, pour produire juste assez de froid et réduire la consommation. C'est le même système qui est utilisé dans la climatisation haut de gamme (genre Daikin Inverter technology).

  • Le moteur est beaucoup plus petit et grâce au convertisseur de fréquence, le moteur tourne plus vite, produisant moins de bruit pour une puissance équivalente. Ce type de frigo peut être utilisé dans un camping car et fait même moins de bruit que les ventilateurs d'ordinateurs qui sont ajoutés aux frigos à absorption.

La consommation électrique pour un frigo de taille normale (hauteur de 80cm, largeur de 52cm, profondeur de 50cm) est de 400W par 24h, consommation qui peut être réduite de moitié par la technologie d'accumulation de froid quand le moteur du véhicule tourne ou quand il y a une arrivée externe d'électricité. La batterie nécessaire fait 80Ah sous 12V (type de batterie: deep cycle). Un appareil de taille réduite (hauteur: 50cm) nécessite 270W/24h. Les mesures sont effectuées pour une température dans le frigo de 5° et une température externe de 25°. Les surgélateurs consomment 450W/24h pour une température interne de -18°C. Les versions les plus petites (box ou tiroir) d'une capacité de 15l consomment 150W/24h.

L'éclairage intérieur est assuré par des lampes LED blanches qui ne chauffent pas. Les appareils disposent d'une protection de la batterie configurable et d'une fonction SUPER pour refroidir rapidement les aliments.

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