La réfrigération à compression de vapeur

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Comme nous l’avons vu dans l’article précédent, le procédé le plus répandu pour la production de froid, est la réfrigération à compression, basée sur la condensation de vapeur d’un fluide réfrigérant, suite à une compression, une détente et une évaporation.

Ce principe est inverse à celui employé dans les pompes à chaleur, ce qui nous fait appeler improprement ce système, une pompe à chaleur inversée.

Les fluides frigorigènes

Tout système frigorifique à compression comprend un élément important, le réfrigérant, un fluide frigorigène dont les propriétés sont d’absorber la chaleur (les calories) lorsqu’il passe de sa phase liquide à sa phase gazeuse.

En fonction des températures de fonctionnement des deux échangeurs (condenseur et évaporateur), le fluide frigorigène ne sera pas le même : c’est ce qui fait la différence par exemple, entre une climatisation et un congélateur.

Le fluide frigorigène est aujourd’hui sélectionné pour respecter l’environnement.

En effet, il y a quelques années, les réfrigérants contenaient des chlorures extrêmement dommageables pour la couche d’ozone en cas de fuite.

Aujourd’hui, l’ennemi public N°1 d’un circuit frigorifique, c’est l’eau.

En effet, les fluides frigorigènes modernes dans le circuit contiennent du fluor qui, s’il se dissout dans l’eau, peut se transformer en acide.

Le principe de fonctionnement

Un compresseur électrique met en circulation le réfrigérant qui sort sous haute pression à l’état gazeux et très chaud (l’échauffement est dû à la compression mécanique).

Il traverse alors le condenseur où, comme son nom l’indique, le fluide frigorigène se condense en perdant beaucoup de calories (c’est ce qui fait que la « grille » à l’arrière de nos réfrigérateurs est chaude).

On observe donc un changement d’état du réfrigérant qui devient liquide et se dirige, toujours sous pression, vers le détendeur, dans ce qu’on appelle, à juste titre, la « ligne liquide ».

Le détendeur est un petit appareil qui va créer une restriction, c’est-à-dire une chute de pression du fluide frigorigène.

Cette chute de pression, à la sortie du détendeur, a pour effet de faire chuter également la température du fluide.

A ce moment du circuit de réfrigération, le fluide réfrigérant est alors un mélange d’environ 15 % en gaz et de 85 % en liquide.

Le mélange à basse pression traverse alors l’évaporateur dans lequel un nouveau changement d’état s’opère.

La partie liquide du fluide entre en ébullition et absorbe les calories qui sont au voisinage de l’évaporateur.

Il y a un effet de glaciation superficielle qui apparaît sur le circuit. Le fluide en absorbant les calories, retourne à l’état gazeux basse pression, et est aspiré par le compresseur sous haute pression.

Et le cycle se renouvelle.

Un circuit frigorifique de baseUn circuit frigorifique de base

Comprendre le principe

Comme le vieil adage dit que dans la nature « rien ne se perd, tout se transforme », ce dicton s’applique aussi à la réfrigération.

Les calories absorbées par l’évaporateur sont évacuées par le condenseur. On a un transfert de calories d’une zone à une autre, donc de chaleur.

On considère donc qu’il y a deux parties dans un système de réfrigération :

  • La partie HP (haute pression) : du compresseur au détendeur. La pression est identique dans tout le circuit (aux pertes de charges près), seule la température varie.
  • La partie BP (basse pression) : du détendeur au compresseur. La pression est identique dans tout le circuit (aux pertes de charges près), seule, là encore, la température varie.

Comme tous les compresseurs ont un rendement inférieur à 1, l’énergie mécanique qui leur est fournie est restituée sous forme de chaleur qu’il faut évacuer.

C’est pour cela que le côté condenseur est toujours plus puissant que le côté évaporateur.

En conclusion

Tout système frigorifique peut donc se définir comme « pompe à chaleur », avec d’un côté les calories absorbées à l’évaporateur, et de l’autre, les calories générées par le compresseur.


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