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22 Mai

Faire du froid sans compresseur

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

Le cycle d'absorption a été inventé en 1846 par Ferdinand Carré dans le but de produire de la glace avec apport de chaleur. Il est basé sur le principe que l'absorption de l'ammoniac dans l'eau entraîne une diminution de la pression de vapeur. Les cycles d'absorption produisent du refroidissement et/ou du chauffage avec un apport thermique et un apport électrique minimal, en utilisant des échangeurs de chaleur et de masse, des pompes et des vannes.

Le processus d'absorption

Un cycle d'absorption peut être considéré comme un cycle mécanique de compression de vapeur, le compresseur étant remplacé par un générateur, un absorbeur et une pompe à liquide. Le cycle d'absorption présente l'avantage d'exiger une fraction de l'apport électrique, en plus d'utiliser les substances naturelles ammoniac et eau, au lieu des halocarbures qui appauvrissent la couche d'ozone. Le cycle d'absorption a été largement utilisé à partir des années 1920 comme réfrigérateurs/glaceuses à gaz.

Comment cela fonctionne ?

Le fonctionnement de base d'un cycle d'absorption d'ammoniac-eau est le suivant. La chaleur est appliquée au générateur, qui contient une solution d'eau ammoniacale riche en ammoniac. La chaleur provoque la désorption de la solution par la vapeur d'ammoniac à haute pression. La chaleur peut provenir soit de la combustion d'un combustible comme le gaz naturel à combustion propre, soit de la chaleur résiduelle provenant de l'échappement du moteur, d'autres procédés industriels, de la chaleur solaire ou de toute autre source de chaleur. La vapeur d'ammoniac à haute pression s'écoule vers un condenseur, généralement refroidi par l'air extérieur. La vapeur d'ammoniac se condense en un liquide à haute pression, libérant de la chaleur qui peut être utilisée pour chauffer les produits, comme le chauffage des locaux.

Le refroidissement thermoélectrique

Dans le système de réfrigération thermoélectrique, l'effet Peltier est le phénomène de 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 qui convertit la chaleur d'un côté de l'appareil à l'autre, avec consommation d'électricité, d’énergie, en fonction de la direction du courant. Un tel instrument est aussi appelé dispositif Peltier, la chaleur Peltier.

Comment l'effet Peltier est-il utilisé ?

Le refroidissement thermoélectrique utilise l'effet Peltier pour créer un flux de chaleur entre les jonctions de deux types de matériaux différents. Ils peuvent être utilisés soit pour le chauffage, soit pour la climatisation, le refroidissement, bien qu'en pratique l'application principale soit le « refroidissement ». Il peut également être utilisé comme une source de chaleur ou de froid. Cette technologie est beaucoup moins couramment appliquée à la réfrigération que la réfrigération à compression de vapeur.

Quels sont les avantages et inconvénients ?
Les principaux avantages d'un refroidisseur Peltier sont l’absence de pièces mobiles ou de liquide circulant, sa durée de vie quasi illimitée et sa capacité à éviter les fuites, sa petite taille et sa forme flexible. Son principal inconvénient est son coût élevé et son faible rendement énergétique. De nombreux chercheurs et entreprises tentent de mettre au point des refroidisseurs Peltier qui sont à la fois bon marché et efficaces.

A propos de l’effet Peltier : Un refroidisseur Peltier peut également être utilisé comme générateur thermoélectrique. Lorsqu'il est utilisé comme refroidisseur, une tension est appliquée à travers l'appareil et, par conséquent, une différence de température s'accumule entre les deux côtés. Lorsqu'il est utilisé comme générateur, un côté de l'appareil est chauffé à une température supérieure à celle de l'autre côté et, par conséquent, une différence de tension s'accumule entre les deux côtés.

Son principe de fonctionnement

Un module thermoélectrique typique est composé de deux substances céramiques qui 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 sert également d'isolant entre les éléments électriques internes des modules et un dissipateur thermique qui doit être en contact avec le côté chaud ainsi qu'un objet contre la surface du côté froid.

Des matériaux électriquement conducteurs, généralement des pastilles de cuivre fixées à la céramique, maintiennent les connexions électriques à l'intérieur du module. 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.

La carence en électrons se trouve dans les dés de type P, tandis que le type N a un excès d'électrons. Au fur et à mesure que le courant monte et descend dans le module, il tente d’établir un nouvel équilibre à l'intérieur des matériaux. 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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