Qu'est-ce que l'évaporateur dans le système de refroidissement

L'évaporateur est le composant d'un système de réfrigération où se produit le processus crucial d'absorption de la chaleur. Positionné stratégiquement du côté basse pression, il sert de pont entre le dispositif de détente et le compresseur. Son rôle est de faciliter la transformation du réfrigérant de l'état liquide à l'état gazeux en absorbant la chaleur de l'environnement destiné à être refroidi.

La fonction principale d'un évaporateur

Au cœur du fonctionnement de l’évaporateur se trouve le transfert de chaleur de l’espace ou du produit à refroidir vers le réfrigérant. Lorsque le réfrigérant liquide sort du détendeur, il entre dans l’évaporateur et commence à « s’évaporer », terme décrivant l’évaporation du réfrigérant. Ce changement de phase, provoqué par l'environnement basse pression de l'évaporateur, permet au réfrigérant d'absorber efficacement la chaleur, l'amenant à se vaporiser à une température inférieure à celle de l'espace de refroidissement.

Le processus d’évaporation extrait non seulement la chaleur latente du réfrigérant, mais abaisse également sa température de manière significative. Il en résulte un serpentin d'évaporateur réfrigéré, qui sert ensuite d'interface de refroidissement pour le système de réfrigération. L'efficacité de ce processus est essentielle pour maintenir la température souhaitée dans l'espace réfrigéré et garantir que le système fonctionne selon ses paramètres conçus.

Types d'évaporateurs

En fonction des types d'évaporateurs et du mode de transfert de chaleur répertorié, il est évident que la conception et le fonctionnement d'un évaporateur sont choisis pour répondre au mieux aux exigences spécifiques de l'application. Voici un bref aperçu des types mentionnés :

Selon le type de construction

Évaporateur à serpentin à tube nu: De conception simple, ils sont utilisés dans des applications où le risque d'encrassement est faible. Ils sont constitués de serpentins fabriqués à partir de tubes nus et sont généralement moins efficaces en termes de transfert de chaleur que les autres types.

Évaporateur à plaques: Comprend une série de plaques métalliques avec un réfrigérant circulant entre elles. Ce type est connu pour son efficacité de transfert de chaleur élevée et est couramment utilisé dans les systèmes compacts.

Évaporateur à calandre et à serpentin: Se compose d'une grande coque avec un tube enroulé à l'intérieur, à travers lequel circule le réfrigérant. Le fluide secondaire entoure la bobine à l'intérieur de la coque.

Évaporateur à tubes à ailettes: Comprend des tubes dotés d'ailettes fixées à leurs surfaces extérieures pour augmenter la surface de contact avec l'air, améliorant ainsi l'efficacité du transfert de chaleur. On les trouve couramment dans les systèmes de climatisation.

Évaporateur à calandre et à tubes: Le type le plus largement utilisé, en particulier dans les applications industrielles, consiste en une coque contenant plusieurs tubes à travers lesquels circule le réfrigérant, comme indiqué précédemment.

Évaporateur tube dans tube: Se compose d'un tube dans un autre avec le réfrigérant circulant dans le tube intérieur et le fluide secondaire dans l'espace entre le tube intérieur et extérieur.

Selon le mode de transfert de chaleur

Convection naturelle: S'appuie sur la circulation naturelle du réfrigérant en raison des différences de densité qui résultent des changements de température. Ce mode ne nécessite pas de pompes ou de ventilateurs externes pour déplacer le réfrigérant.

Convection forcée: Utilise des moyens externes tels que des pompes ou des ventilateurs pour faire circuler le réfrigérant et augmenter le taux de transfert de chaleur. Cette méthode est plus efficace et est généralement utilisée lorsque des taux d’échange thermique plus élevés sont requis.

Optimisation des performances des évaporateurs en réfrigération

Pour qu’un évaporateur fonctionne au maximum de ses performances au sein d’un système de réfrigération, certaines conditions idéales doivent être remplies :

1. Surface maximisée: L'évaporateur doit posséder la plus grande surface possible pouvant être refroidie de manière constante. Cette maximisation garantit qu’il y a suffisamment d’espace pour l’absorption de chaleur, améliorant ainsi l’efficacité de la transition de phase du réfrigérant du liquide à la vapeur.
2. Circulation améliorée de l'air (liquide): Une circulation efficace et rapide de l’air (liquide) autour de l’évaporateur est essentielle. Garder les surfaces de l'évaporateur propres et exemptes de gel garantit que l'unité peut échanger de la chaleur sans aucune barrière isolante qui pourrait nuire aux performances.
3. Différentiel de température optimal: Le maintien d'une différence de température de 8°C à 10°C entre le réfrigérant et l'air autour de l'évaporateur facilite un transfert de chaleur efficace sans surcharger le système.
4. Pression d'aspiration élevée: Une pression d'aspiration plus élevée dans l'évaporateur est corrélée à une capacité accrue et à une efficacité accrue de l'unité de condensation, permettant au système de fonctionner de manière optimale.
5. Gestion de l'humidité contrôlée: L'évaporateur doit être conçu pour minimiser l'extraction de vapeur d'eau. Ce faisant, le système maintient un niveau d’humidité plus élevé, ce qui est crucial pour préserver l’apparence, la teneur en humidité et le poids des denrées périssables, telles que les aliments.

Évaporateur dans le système de refroidissement

Les systèmes de refroidissement, intégrés à diverses applications industrielles et commerciales, dépendent fortement de l'efficacité des évaporateurs. Parmi les types courants, deux types principaux sont l'évaporateur à calandre et à tubes et l'évaporateur à calandre et à serpentin, ce dernier étant souvent utilisé dans certains refroidisseurs à air.

Évaporateurs à calandre et à tubes

Avantages:

• Ils présentent des capacités de transfert de chaleur remarquables, grâce à la grande surface offerte par les tubes.
• La robustesse est une caractéristique clé, leur permettant de gérer des différences de pression importantes et des conditions de fonctionnement difficiles.
• La maintenance, y compris le nettoyage et l'inspection, est facilitée par la conception, qui comporte souvent des faisceaux de tubes amovibles.

Désavantages:

• Ces évaporateurs peuvent être volumineux, nécessitant plus d’espace, ce qui n’est peut-être pas idéal pour les installations compactes.
• L'investissement initial peut être plus élevé, reflétant la complexité et les coûts matériels de la conception.
• Il existe une sensibilité au tartre et à l’encrassement, ce qui nécessite un entretien de routine pour garantir un fonctionnement optimal.

Évaporateurs à calandre et à serpentin

Avantages:

• Leur conception compacte en fait un choix idéal pour les refroidisseurs à air où l'espace est limité.
• Souvent plus économique en termes de coûts initiaux par rapport aux conceptions à coque et à tube.
• Peut être efficace dans les applications où une charge de réfrigérant inférieure est souhaitable.

Désavantages:

• Efficacité de transfert de chaleur généralement inférieure à celle des conceptions à calandre et à tubes.
• Peut-être pas aussi facile à nettoyer et à entretenir en raison de la conception en spirale.
• Peut être moins durable, surtout si les bobines ne sont pas suffisamment protégées ou fabriquées à partir de matériaux résilients.

Types de refroidisseurs appropriés

• Pour les évaporateurs à calandre et à serpentin: Leur conception compacte et leur charge de réfrigérant inférieure les rendent adaptés aux refroidisseurs de petite taille. Les refroidisseurs à air utilisent souvent ces évaporateurs, bénéficiant de leurs attributs d'économie d'espace et de rentabilité.

• Pour évaporateurs à calandre et à tubes: Compte tenu de leur efficacité et de leur durabilité, ces évaporateurs sont bien adaptés aux applications à moyenne et grande échelle, ce qui en fait la référence pour les refroidisseurs refroidis par eau qui nécessitent un refroidissement stable et de grande capacité.

Conclusion

Dans le cycle frigorifique, le choix de l’évaporateur est crucial. Les évaporateurs à calandre et à tubes constituent l'épine dorsale des refroidisseurs refroidis par eau dans les applications plus importantes, offrant un transfert de chaleur et une robustesse élevés. Les évaporateurs à calandre et à serpentin, quant à eux, sont conçus pour répondre aux exigences compactes des petits refroidisseurs refroidis par air. Le choix entre eux dépend de l’échelle du système, des besoins d’efficacité et des contraintes d’espace, soulignant le rôle essentiel de l’évaporateur dans la performance des systèmes de refroidissement.