Évaporateurs

Vue d’ensemble

L’évaporateur absorbe la chaleur de l’air, de l’eau ou des produits grâce à l’évaporation du fluide frigorigène liquide à basse pression. La vapeur retourne au compresseur par la conduite d’aspiration. Un fonctionnement correct préserve la puissance frigorifique, l’efficacité et l’état des produits. La certification européenne A1 relève du règlement d’exécution (UE) 2024/2215, dans le cadre du règlement (UE) 2024/573.

Types d’évaporateurs

Les évaporateurs peuvent être classés selon le milieu refroidi : l’air ou un liquide, comme l’eau, la saumure ou le glycol.

• Détente directe (DX) : un dispositif de détente dose le fluide frigorigène admis dans l’évaporateur, où il s’évapore progressivement. Les principales constructions sont à tubes nus, à plaques et à ailettes.
• Évaporateurs noyés : le fluide frigorigène liquide mouille les surfaces d’échange thermique. La régulation du niveau de liquide et un séparateur empêchent l’entraînement de liquide vers le compresseur.
• Évaporateurs à plaques : échangeurs thermiques compacts couramment utilisés pour refroidir des liquides.
• Évaporateurs à air pulsé : des ventilateurs font circuler l’air sur des tubes à ailettes dans les chambres froides, les armoires frigorifiques et les systèmes de climatisation.
• Évaporateurs à convection naturelle : l’air circule sans ventilateur. Ils nécessitent un écart de température plus important pour obtenir un transfert thermique comparable.

Fonctionnement de l’évaporateur

L’écart de température (TD) est la température de l’air entrant moins la température d’évaporation du fluide frigorigène. Dans un réfrigérateur à convection naturelle maintenu à 4 °C, l’évaporation peut se produire à −16 °C, soit un TD de 20 K. Pour les évaporateurs à air pulsé, les valeurs courantes sont de 7–15 K.

À conditions d’air entrant identiques, une batterie plus froide augmente le TD et retire généralement davantage d’humidité de l’air, ce qui abaisse son taux d’humidité.

Un régulateur de pression d’évaporation (EPR) maintient une pression minimale d’évaporation en limitant le débit à l’aspiration en aval de l’évaporateur. Dans les systèmes où plusieurs évaporateurs partagent un compresseur, les EPR permettent aux évaporateurs les plus chauds de fonctionner à une pression supérieure à celle de l’évaporateur le plus froid, évitant ainsi un refroidissement excessif.

Surchauffe

La surchauffe est égale à la température mesurée sur la tuyauterie de sortie moins la température de saturation à la même pression. Utilisez les données pression–température du fluide frigorigène ; pour les mélanges présentant un glissement de température, utilisez la température du point de rosée.

• Surchauffe typique en détente directe : environ 5–10 K, sous réserve des exigences du fabricant. Une température de sortie de 6 °C et une température de saturation de −2 °C donnent une surchauffe de 8 K.
• Surchauffe faible : elle augmente le risque de retour de liquide et de détérioration du compresseur.
• Surchauffe élevée : elle peut indiquer une alimentation insuffisante en fluide frigorigène et une utilisation réduite de la surface de l’évaporateur.

La conduite d’aspiration transporte normalement de la vapeur surchauffée à basse pression.

Méthodes de dégivrage

Le givre isole la batterie et limite le débit d’air. La puissance frigorifique et la pression d’aspiration peuvent diminuer, tandis que le temps de fonctionnement du compresseur et la consommation d’énergie augmentent.

• Dégivrage par arrêt du refroidissement : le refroidissement s’arrête et l’air plus chaud du local fait fondre le givre. Les ventilateurs peuvent continuer à fonctionner. La température de l’air doit être suffisamment supérieure au point de congélation.
• Dégivrage électrique : des résistances électriques chauffent la batterie.
• Dégivrage par gaz chauds : le gaz de refoulement du compresseur chauffe l’évaporateur et se condense à l’intérieur. L’eau de fonte est évacuée séparément.
• Dégivrage par gaz froids : la vapeur saturée provenant de la bouteille liquide réduit le choc thermique, mais dégivre plus lentement que les gaz chauds.
• Dégivrage par inversion de cycle : la batterie extérieure de la pompe à chaleur devient temporairement un condenseur.
• Dégivrage alterné d’une double batterie extérieure : une moitié fonctionne en condensation tandis que l’autre continue à fonctionner en évaporation, ce qui maintient un chauffage intérieur réduit sur les systèmes à débit de fluide frigorigène variable adaptés.

Le dégivrage par pulvérisation d’eau est utilisé dans des applications particulières, mais ne fait pas partie des méthodes standard de ce programme.

Pendant le dégivrage électrique ou par gaz chauds, les ventilateurs s’arrêtent. Un thermostat de fin de dégivrage met fin au dégivrage lorsque la batterie atteint la température de consigne. Une temporisation des ventilateurs laisse refroidir la batterie avant leur redémarrage. Un dégivrage excessif gaspille de l’énergie et réchauffe les produits.

Refroidisseurs d’eau

Les refroidisseurs transfèrent au fluide frigorigène la chaleur de l’eau, de la saumure ou du glycol en circulation.

• À calandre et faisceau tubulaire : dans les modèles où le fluide frigorigène circule à l’intérieur des tubes, les chicanes côté calandre soutiennent le faisceau et redirigent à plusieurs reprises l’eau à travers celui-ci, améliorant le brassage et le transfert thermique.
• Coaxiaux : des tubes concentriques offrent des passages séparés pour le liquide et le fluide frigorigène.
• À plaques brasées : des plaques ondulées forment des canaux adjacents. Les canaux L conviennent aux débits massiques élevés avec des besoins de transfert thermique plus faibles ; les canaux H conviennent aux débits massiques plus faibles avec des besoins de transfert thermique élevés, notamment pour l’évaporation. Les canaux M sont intermédiaires. L’association de canaux M et H peut entraîner une mauvaise répartition du fluide frigorigène lors du changement de phase. Le refroidissement de l’air ambiant est généralement peu réalisable dans ces échangeurs.

Inspection de l’évaporateur

• Débit d’air : contrôlez la propreté de la batterie, les filtres, les grilles, le sens de rotation des ventilateurs, leur vitesse et l’état de leurs pales avant de régler les organes de régulation du fluide frigorigène.
• Répartition du givre : un givrage partiel avec des zones chaudes suggère une restriction dans les tubes du distributeur, une obstruction du circuit ou un mauvais fonctionnement du détendeur.
• Évacuation de l’eau : vérifiez les bacs, les conduites d’évacuation et les résistances chauffantes. Les obstructions entraînent une accumulation d’eau, sa recongélation et des problèmes d’hygiène.
• Fuites : recherchez la corrosion et les traces d’huile, et inspectez les coudes de retour en épingle, en particulier là où les cycles thermiques sollicitent les tubes.
• Commandes : vérifiez la fin du dégivrage et le redémarrage temporisé des ventilateurs.

Conseil pour l’examen : Une faible pression d’aspiration ne prouve pas, à elle seule, que la charge est insuffisante. Vérifiez le débit d’air, le givrage et les restrictions, puis interprétez la pression en tenant compte de la surchauffe et de la répartition du givre.