Réfrigération est le processus par lequel la température ambiante est abaissée en dessous de la température extérieure.

Climatisation - c'est la régulation de la température et de l'humidité dans la pièce avec la mise en œuvre simultanée de la filtration de l'air, de la circulation et de son remplacement partiel dans la pièce.

Ventilation - c'est la circulation et le remplacement de l'air dans une pièce sans changer sa température. À l'exception de procédés spéciaux tels que la congélation du poisson, l'air est généralement utilisé comme fluide caloporteur intermédiaire. Par conséquent, pour la mise en œuvre de la réfrigération, de la climatisation et de la ventilation, des ventilateurs et des conduits d'air sont utilisés. Les trois processus mentionnés ci-dessus sont étroitement liés les uns aux autres et fournissent ensemble un microclimat donné pour les personnes, les machines et les marchandises.

Pour réduire la température dans les cales à cargaison et dans les magasins provisoires pendant la réfrigération, un système de refroidissement est utilisé, dont le fonctionnement est assuré par une machine frigorifique. La chaleur sélectionnée est transférée à un autre corps - un réfrigérant à basse température. Le refroidissement de la climatisation est un processus similaire.

Dans les schémas les plus simples d'unités de réfrigération, la chaleur est transférée deux fois: d'abord dans l'évaporateur, où le réfrigérant, qui a une basse température, prend la chaleur du milieu refroidi et réduit sa température, puis dans le condenseur, où le réfrigérant est refroidi, dégageant de la chaleur à l'air ou à l'eau. Dans les schémas les plus courants d'installations de réfrigération marine (Fig. 1), un cycle de compression de vapeur est effectué. Dans le compresseur, la pression de vapeur du réfrigérant augmente et sa température augmente en conséquence.

Riz. 1. Schéma d'une unité de réfrigération à compresseur à vapeur: 1 - évaporateur; 2 - ballon thermosensible; 3 - compresseur ; 4 - séparateur d'huile ; 5 - condensateur; 6 - séchoir; 7 - oléoduc; 8 - soupape de commande ; 9 - vanne thermostatique.

Cette vapeur chaude sous pression est injectée dans le condenseur où, selon les conditions d'application de l'installation, la vapeur est refroidie avec de l'air ou de l'eau. Du fait que ce processus est effectué à pression élevée, la vapeur est complètement condensée. Le réfrigérant liquide est acheminé vers une soupape de commande qui contrôle l'alimentation en réfrigérant liquide de l'évaporateur où la pression est maintenue basse. L'air de la chambre réfrigérée ou l'air conditionné passe à travers l'évaporateur, fait bouillir le réfrigérant liquide et se refroidit lui-même, dégageant de la chaleur. L'alimentation en réfrigérant de l'évaporateur doit être ajustée de manière à ce que tout le réfrigérant liquide dans l'évaporateur soit évaporé et que la vapeur soit légèrement surchauffée avant de rentrer dans le compresseur à basse pression pour une compression ultérieure. Ainsi, la chaleur qui a été transférée de l'air à l'évaporateur est transportée par le réfrigérant à travers le système jusqu'à ce qu'elle atteigne le condenseur, où elle est transférée à l'air extérieur ou à l'eau. Dans les installations où un condenseur à air est utilisé, comme une petite unité de réfrigération provisoire, une ventilation doit être prévue pour évacuer la chaleur générée dans le condenseur. A cet effet, les condenseurs refroidis à l'eau sont pompés avec de l'eau douce ou de l'eau de mer. L'eau douce est utilisée dans les cas où d'autres mécanismes de la salle des machines sont refroidis avec de l'eau douce, qui est ensuite refroidie par de l'eau de mer dans un refroidisseur d'eau centralisé. Dans ce cas, en raison de la température plus élevée de l'eau refroidissant le condenseur, la température de l'eau sortant du condenseur sera plus élevée que lorsque le condenseur est refroidi directement par l'eau de mer.

Réfrigérants et liquides de refroidissement. Les fluides de travail de refroidissement sont principalement divisés en réfrigérants primaires et réfrigérants secondaires.

Le réfrigérant sous l'influence du compresseur circule à travers le condenseur et le système d'évaporation. Le fluide frigorigène doit avoir certaines propriétés répondant aux exigences, telles que l'ébullition à basse température et en surpression et la condensation à une température proche de la température de l'eau de mer et à une pression modérée. Le réfrigérant doit également être non toxique, antidéflagrant, ininflammable, non corrosif. Certains fluides frigorigènes ont une température critique basse, c'est-à-dire une température au-dessus de laquelle la vapeur de fluide frigorigène ne se condense pas. C'est l'un des inconvénients des fluides frigorigènes, en particulier du dioxyde de carbone, qui est utilisé sur les navires depuis de nombreuses années. En raison de la faible température critique du dioxyde de carbone, le fonctionnement des navires équipés d'installations de réfrigération au dioxyde de carbone sous des latitudes où la température de l'eau de mer est élevée a été considérablement entravé et, de ce fait, des systèmes de condenseur de refroidissement supplémentaires ont dû être utilisés. De plus, les inconvénients du dioxyde de carbone incluent la très haute pression à laquelle le système fonctionne, ce qui entraîne à son tour une augmentation de la masse de la machine dans son ensemble. Après le dioxyde de carbone, le chlorure de méthyle et l'ammoniac ont été largement utilisés comme réfrigérants. Actuellement, le chlorure de méthyle n'est pas utilisé sur les navires en raison de sa nature explosive. L'ammoniac a encore une certaine utilisation aujourd'hui, mais en raison de sa forte toxicité, des systèmes de ventilation spéciaux sont nécessaires lors de son utilisation. Les réfrigérants modernes sont des composés d'hydrocarbures fluorés ayant diverses formules, à l'exception du réfrigérant R502 ( selon standard international(MC) HCO 817 - pour la désignation des réfrigérants, le symbole du réfrigérant est utilisé, qui se compose du symbole R (réfrigérant) et d'un numéro de définition. À cet égard, lors de la traduction, la désignation des réfrigérants R est introduite.), qui est un mélange azéotropique (point d'ébullition fixe) ( un mélange spécifique de différentes substances qui a des propriétés qui sont différentes des propriétés de chaque substance séparément.) réfrigérants R22 et R115. Ces réfrigérants sont connus sous le nom de fréons ( Selon GOST 19212 - 73 (changement 1), le nom fréon est établi pour le fréon), et chacun d'eux a un nombre déterminant.

Le réfrigérant R11 a une très faible pression de fonctionnement, et pour obtenir un effet de refroidissement significatif, une circulation intensive de l'agent dans le système est nécessaire. L'avantage de cet agent est particulièrement évident lorsqu'il est utilisé dans des installations de conditionnement d'air, car relativement peu de puissance est nécessaire pour l'air.

Le premier des fréons, après avoir été découvert et rendu disponible, a reçu un large utilisation pratique fréon R12. Ses inconvénients incluent une pression d'ébullition faible (inférieure à la pression atmosphérique), à ​​la suite de quoi, en raison de fuites dans le système, de l'air et de l'humidité sont aspirés dans le système.

À l'heure actuelle, le réfrigérant le plus courant est le R22, qui assure un refroidissement à un niveau de température suffisamment bas à une pression d'ébullition excessive. Cela vous permet d'obtenir un certain gain dans le volume des cylindres de compresseur de l'unité et d'autres avantages. Le volume décrit par le piston compresseur fonctionnant au fréon R22 est d'environ 60 % par rapport au volume décrit du piston compresseur fonctionnant au fréon R12 dans les mêmes conditions.

Approximativement le même gain est obtenu lors de l'utilisation du fréon R502. De plus, en raison de la température de refoulement inférieure du compresseur, la probabilité de cokéfaction de l'huile de lubrification et de défaillance des soupapes de refoulement est réduite.

Tous ces fluides frigorigènes sont non corrosifs et peuvent être utilisés dans des compresseurs hermétiques et sans joint. Dans une moindre mesure, le fluide frigorigène R502 utilisé dans les moteurs électriques et les compresseurs affecte les vernis et les matières plastiques. À l'heure actuelle, ce réfrigérant prometteur est encore assez cher et n'a donc pas été largement utilisé.

Les réfrigérants sont utilisés dans les grandes installations de conditionnement d'air et dans les usines de réfrigération qui refroidissent la cargaison. Dans ce cas, le fluide frigorigène circule dans l'évaporateur, qui est ensuite envoyé dans la pièce à refroidir. Le réfrigérant est utilisé lorsque l'installation est grande et ramifiée, afin d'éliminer le besoin de circulation dans le système un grand nombre un réfrigérant coûteux qui a un pouvoir de pénétration très élevé, c'est-à-dire qu'il peut pénétrer à travers les moindres fuites, il est donc très important de minimiser le nombre de raccords de tuyauterie dans le système. Pour les climatiseurs, le liquide de refroidissement habituel est de l'eau douce, qui peut être additionnée d'une solution de glycol.

Le liquide de refroidissement le plus courant dans les grandes unités de réfrigération est la saumure - une solution aqueuse de chlorure de calcium, à laquelle des inhibiteurs sont ajoutés pour réduire la corrosion.

Le principe de fonctionnement du groupe frigorifique

Pour obtenir un froid artificiel, la technologie utilise la propriété d'un liquide de modifier son point d'ébullition en fonction de la pression.

Pour transformer un liquide en vapeur, il faut lui appliquer une certaine quantité de chaleur. À l'inverse, la transformation de la vapeur en liquide (le processus de condensation) se produit lorsque la chaleur est retirée de la vapeur.

L'unité de réfrigération se compose de quatre parties principales : un compresseur, un condenseur, une vanne de régulation et un refroidisseur d'air (évaporateur), connectés en série par des canalisations.

Dans ce schéma, un réfrigérant circule dans un circuit fermé - une substance capable de bouillir à basse température, en fonction de la pression de vapeur dans le refroidisseur d'air. Plus cette pression est basse, plus le point d'ébullition est bas. Le processus d'ébullition du réfrigérant s'accompagne de l'évacuation de la chaleur de environnement, dans lequel se trouve le refroidisseur d'air, grâce auquel ce milieu est refroidi.

La vapeur de réfrigérant formée dans le refroidisseur d'air est aspirée par le compresseur, comprimée dans celui-ci et forcée dans le condenseur. Pendant la compression, la pression et la température de la vapeur de réfrigérant augmentent. Ainsi, le compresseur crée, d'une part, une pression réduite dans le refroidisseur d'air, nécessaire pour que le réfrigérant bout à basse température, et, d'autre part, une pression de refoulement accrue, à laquelle le réfrigérant peut passer du compresseur au condenseur.

Dans le condenseur, les vapeurs chaudes du réfrigérant se condensent, c'est-à-dire qu'elles se transforment en liquide. La condensation des vapeurs est réalisée à la suite de l'évacuation de leur chaleur par l'air refroidissant le condenseur.

Pour obtenir du froid, il faut que la température d'ébullition (évaporation) du fluide frigorigène soit inférieure à la température du milieu refroidi.

L'unité de réfrigération AR-3 est une unité unique montée sur un châssis avec une paroi calorifuge séparant la partie évaporative (refroidisseur d'air) du reste de l'équipement. La partie évaporative pénètre dans une ouverture pratiquée dans la paroi avant de l'espace de chargement. L'air extérieur est aspiré à travers le condenseur par un ventilateur axial dans la salle des machines.

Sur le même arbre que le ventilateur du condenseur, il y a un ventilateur de refroidisseur d'air qui fait circuler l'air dans l'espace de chargement.

Ainsi, dans l'unité de réfrigération AR-3, il existe deux systèmes d'air indépendants :
— système de circulation d'air refroidi dans l'espace à cargaison (l'air du plancher de l'espace à cargaison est aspiré par le ventilateur axial dans le refroidisseur d'air à travers le conduit d'air de guidage, refroidi et rejeté sous le plafond de l'espace à cargaison) ;
— système de refroidissement du condenseur.

Un ventilateur axial situé à l'intérieur de la salle des machines aspire l'air de l'environnement à travers les volets du panneau de carrosserie avant, pénètre dans le condenseur, le refroidit et est rejeté à travers les volets installés sur les portes latérales de la salle des machines.

Pour refroidir le moteur du carburateur, l'air est aspiré par une fenêtre spéciale dans la paroi avant du corps et> jeté dans la salle des machines. L'air chauffé de la salle des machines sort par les volets des portes latérales.

Panneau de commande et tous les dispositifs d'automatisation, ainsi que instruments de mesure situés sur le côté gauche (le long du véhicule) de l'unité de réfrigération et ont un accès libre.

Le carburant est fourni au moteur à carburateur à partir d'un réservoir fixé au sommet de l'unité.

L'unité de réfrigération est un système hermétique fermé composé de quatre parties principales : un refroidisseur d'air, un compresseur de fréon, un condenseur et un détendeur thermostatique, reliés en série par des canalisations. Ce système est rempli de réfrigérant fréon-12, qui y circule en permanence, passant1 d'une pièce à l'autre.

Le compresseur aspire les vapeurs de fréon formées lors de l'ébullition du refroidisseur d'air 8, les comprime à la pression de condensation. Simultanément à une augmentation de la pression de la vapeur, leur température monte également à 70-80 ° C. La vapeur de fréon chauffée du compresseur est pompée à travers la canalisation dans le condenseur. La vapeur de fréon se condense dans le condenseur, c'est-à-dire qu'elle se transforme en liquide. La condensation des vapeurs est réalisée à la suite de leur privation. chaleur par soufflage d'air sur la surface extérieure du condenseur.

Le fréon liquide du condenseur pénètre dans le récepteur (réservoir de réserve). Du récepteur, le fréon liquide est envoyé à l'échangeur de chaleur, où, en passant par les bobines, il est surfondu en raison de l'échange de chaleur avec la vapeur de fréon froide se déplaçant vers le refroidisseur d'air. Ensuite, le fréon liquide pénètre dans le filtre-sécheur, où il est nettoyé de l'humidité et des contaminants avec une substance absorbant l'humidité - le gel de silice.

Riz. 2. Réfrigération
1 - panneau de commande ; 2 - tableau de bord ; 3 - bloc de ventilateurs ; 4 - condenseur 5 - filtre-sécheur ; 9- échangeur de chaleur ; 10- mur calorifuge; 1er moteur UD-2 ; 15 - relais-régulateur RR24-G; 16 - presseur thermostatique FV-6; 19 - moteur électrique A-51-2;

Depuis le filtre déshydrateur, le fréon liquide est dirigé vers un détendeur thermostatique, qui sert à réguler la quantité de fréon entrant dans le refroidisseur d'air (évaporateur).

Dans la vanne thermostatique, en passant par un trou de petit diamètre, le fréon est étranglé, c'est-à-dire qu'il abaisse fortement sa pression. Dans ce cas, sa pression décroît de la pression de condensation à la pression d'évaporation.

Une diminution de la pression entraîne une diminution de la température du fréon. Le fréon sous la forme d'un mélange vapeur-liquide pénètre dans le refroidisseur d'air par le distributeur de liquide et le cycle se répète.

Le fréon, circulant dans les tubes du refroidisseur d'air à basse pression, bout intensément et, en s'évaporant, passe d'un état liquide à un état vapeur.

La chaleur nécessaire à l'évaporation (chaleur latente de vaporisation) est perçue par le fréon à travers les parois du refroidisseur d'air à partir de l'air de l'espace de chargement soufflé par le ventilateur à travers la surface à ailettes du refroidisseur d'air.

Riz. 3. Schéma des flux d'air dans le groupe frigorifique : A - flux d'air pour le refroidissement du condenseur ; B - débit d'air pour le refroidissement du moteur du carburateur

Dans ces conditions, la température de l'air de l'espace de chargement diminue et les produits dans l'espace de chargement se refroidissent en transférant leur chaleur à l'air plus froid.

Le détendeur divise le système fréon en deux parties : haute pression(pression de refoulement ou de condensation) - de la cavité de refoulement du compresseur au détendeur et à la conduite basse pression(pression d'aspiration ou d'évaporation) - du détendeur au côté aspiration du compresseur.

Du refroidisseur d'air, les vapeurs de fréon sont aspirées par le compresseur à travers la conduite d'aspiration et introduites dans l'échangeur de chaleur, où elles, traversant l'espace annulaire, sont surchauffées par le fréon liquide traversant le serpentin. Ensuite, la vapeur de fréon pénètre dans le compresseur et le processus de circulation du fréon dans l'unité de réfrigération décrit ci-dessous se produit dans un cycle fermé.

Dans le condenseur, le fréon, passant de la vapeur au liquide, dégage de la chaleur à l'air soufflé de l'atmosphère environnante, et dans le refroidisseur d'air, passant du liquide à la vapeur, absorbe la chaleur de l'air de l'espace de chargement, abaissant ainsi le température dans l'espace de chargement.

Ainsi, dans le groupe frigorifique, on fait circuler le fluide frigorigène - le fréon-12, qui lui-même n'est pas consommé, et seule l'énergie mécanique du compresseur entraîné par un carburateur ou un moteur électrique est dépensée pour produire du froid.

La puissance d'une unité de réfrigération est déterminée par la capacité de réfrigération par heure de fonctionnement et est mesurée par la quantité de chaleur (kilocalories par heure) que l'unité de réfrigération peut prélever en une heure du milieu réfrigéré, dans ce cas de la cargaison du réfrigérateur espace.

Le compresseur du groupe frigorifique est entraîné par une transmission à courroie trapézoïdale par un moteur à carburateur, et lorsqu'il fonctionne à partir d'un réseau électrique, par un moteur électrique.

De la poulie du compresseur, le mouvement est également transmis par une courroie trapézoïdale au générateur de courant continu et à l'arbre du ventilateur, qui créent des flux d'air à travers le condenseur et le refroidisseur d'air.

La température (de -15° à +4°C) dans la zone de chargement de la caisse est maintenue automatiquement par un thermostat à deux positions TDDA.

Lorsqu'il est nécessaire de maintenir une température positive dans l'espace de chargement de la carrosserie, la capacité de refroidissement de l'unité peut être considérablement réduite au moyen d'une vanne de régulation sur la conduite d'aspiration. Dans ce cas, le tiroir de la vanne doit être tourné à fond dans le sens des aiguilles d'une montre.

Capacité de refroidissement- c'est la quantité de chaleur que le groupe frigorifique est capable d'extraire du liquide refroidi. C'est l'indicateur le plus important qui reflète l'efficacité de l'unité de réfrigération et affecte son coût, par conséquent, lors du choix d'un ou d'un équipement de réfrigération, il faut faire attention principalement à la capacité de refroidissement de cette unité. La puissance frigorifique est calculée lors de la sélection de l'unité et peut varier de quelques unités à plusieurs milliers de kW.

réfrigérant- la substance de travail d'une machine frigorifique qui, pendant l'ébullition et dans le processus d'expansion isotherme, prélève la chaleur de l'objet refroidi puis, après compression, la transfère au fluide de refroidissement par condensation (eau, air, etc.) . Plus tôt dans machines frigorifiques le fréon était le plus souvent utilisé, mais il est maintenant remplacé par des substances alternatives, car il nuit à l'environnement.

Pouvoir- c'est la quantité de froid produite par l'unité par unité de temps. En règle générale, les équipements à basse température ont plus de puissance que les équipements à moyenne température, mais pas toujours. Plus la puissance est élevée, plus l'unité de réfrigération produit rapidement la température requise et ajuste plus précisément le fonctionnement ultérieur de la machine de réfrigération lorsque les conditions environnementales changent.

Zone d'affichage- c'est l'espace prévu pour le placement des marchandises que l'acheteur voit. Plus le rapport entre la surface d'affichage et la surface totale de l'équipement commercial est élevé, mieux c'est. Par exemple : la zone d'exposition dans ce cas se compose d'une étagère à l'intérieur d'une vitrine vitrée et d'un petit étagère supérieure situé à l'extérieur. La profondeur d'affichage dans ce cas est de 775 mm (585 + 190) avec une vraie profondeur de vitrine de 795 mm. La surface d'affichage augmente sans aucun doute si la vitrine est à plusieurs niveaux, cependant, dans ce cas, il faut se rappeler que s'il y a trop peu de distance entre les niveaux, ou si toutes les étagères ont la même longueur, alors elles chevaucheront les marchandises placés sur les étagères inférieures.

consommation d'énergie est la quantité d'électricité consommée par le refroidisseur. Il existe différents indicateurs de consommation d'énergie - la quantité d'électricité consommée par l'unité par jour, par semaine, par an ou par unité de marchandise. Ce paramètre est extrêmement important lors du choix d'un équipement de réfrigération et du type d'unité de réfrigération (à distance ou intégrée), car la consommation d'énergie pour le fonctionnement de cet équipement peut varier considérablement.

Température ambiante joue également un rôle important dans le choix des équipements de réfrigération. Cela se produit parce que le réfrigérant en train de travailler à travers les parois des tubes est constamment en contact avec environnement externe(par avion). Du fait de l'échange thermique, l'air est refroidi, cependant, si la température ambiante ne correspond pas à la température de consigne, le fluide frigorigène n'a pas le temps de parcourir tout le cycle de transformations d'un état liquide à un état gazeux, ce qui entraîne une détérioration du fonctionnement de l'équipement de réfrigération ou sa panne. Sur la base de ce paramètre, l'équipement de réfrigération peut être conçu pour une installation uniquement à l'intérieur ou à l'extérieur.

2. Le principe de fonctionnement des équipements de réfrigération

Le groupe frigorifique est un système à cycle fermé dont le but est de refroidir l'air. Principale parties constitutives sont l'évaporateur, le compresseur, le récepteur et le condenseur. Entre eux, ces éléments sont reliés par des tubes de raccordement, à l'intérieur desquels se trouve un réfrigérant (une substance qui, en raison de sa conductivité thermique et de sa capacité à passer facilement d'un état à un autre, enlève l'énérgie thermique substance refroidie et la transfère dans l'environnement).

Le compresseur aspire le réfrigérant gazeux de l'évaporateur et l'envoie au condenseur, où il se refroidit rapidement sous l'action de l'air frais soufflé par les ventilateurs et se transforme en un état liquide, dégageant de la chaleur. À l'étape suivante, dans le récepteur, le réfrigérant s'accumule. En raison de la conductivité thermique élevée, lorsque la substance pénètre dans l'évaporateur, elle bout et se transforme en vapeur, absorbant ainsi la chaleur de l'air ambiant. C'est à ce stade que l'unité produit du froid. Le fluide frigorigène vaporisé entre alors, sous l'action du compresseur, dans le condenseur.
Ainsi, le groupe frigorifique produit à la fois du froid et de la chaleur. Ceci est extrêmement important lorsqu'il s'agit de choisir une unité de réfrigération à distance ou intégrée.

Pour les grandes pièces (à partir de 100 m²), des unités déportées sont souvent utilisées, comprenant un compresseur, un évaporateur et un condenseur autonomes. Ils sont installés dans une pièce séparée à l'extérieur de la salle des marchés et, à l'aide de tuyaux spéciaux, fournissent de l'air froid directement aux machines de réfrigération. Étant donné que le groupe frigorifique est placé à l'extérieur de la salle des marchés, cela permet d'une part d'augmenter la surface d'affichage, car il ne prend pas de place directement à l'intérieur de l'équipement frigorifique, et d'autre part, il ne produit aucun bruit. De plus, chaque unité de réfrigération génère de la chaleur dans l'environnement. Plus il y a d'unités de réfrigération dans la pièce, plus la question du refroidissement et de la climatisation de cette pièce se pose avec acuité, elle nécessite donc beaucoup d'énergie. Une unité déportée évite ce problème, puisque toute la chaleur générée par cette installation va naturellement à l'extérieur de la pièce. De plus, un groupe frigorifique déporté qui produit du froid pour plusieurs machines frigorifiques est beaucoup plus économique en termes de consommation d'énergie. Cependant, il existe certains inconvénients - la maintenance et l'installation d'un système de génération de froid à distance est un processus assez laborieux qui ne peut être effectué que par un spécialiste.

Pour les petites pièces (moins de 100 m²), un équipement avec un meuble encastrable est plus adapté. Fonctionnement et installation d'équipements avec unité de réfrigération beaucoup plus simple que les équipements avec refroidissement à distance et ne nécessite pas d'espace supplémentaire à l'extérieur de la salle des marchés. Les inconvénients dans ce cas sont le bruit produit par l'unité et la réduction de la zone d'affichage due à l'emplacement de l'unité directement à l'intérieur du refroidisseur. Avec un grand nombre de refroidisseurs avec une unité intégrée, la question se pose d'éliminer la chaleur qu'ils génèrent pendant le fonctionnement. Ainsi, l'équipement avec une unité intégrée est beaucoup moins économique que les refroidisseurs à distance.

Concepts de base liés au fonctionnement de la machine frigorifique

Le refroidissement dans les climatiseurs est effectué en absorbant la chaleur de l'ébullition du liquide. Lorsque nous parlons d'un liquide bouillant, nous le considérons naturellement comme chaud. Cependant, ce n'est pas tout à fait vrai.

Premièrement, le point d'ébullition d'un liquide dépend de la pression ambiante. Plus la pression est élevée, plus le point d'ébullition est élevé et inversement : plus la pression est basse, plus le point d'ébullition est bas. A pression atmosphérique normale, égale à 760 mm Hg. (1 atm), l'eau bout à plus 100°C, mais si la pression est basse, comme, par exemple, dans les montagnes à une altitude de 7000-8000 m, l'eau commencera déjà à bouillir à une température de plus 40- 60°C.

Deuxièmement, dans les mêmes conditions, différents liquides ont des points d'ébullition différents.

Par exemple, le fréon R-22, largement utilisé en réfrigération, a un point d'ébullition de moins 4°,8°C à pression atmosphérique normale.

Si le fréon liquide se trouve dans un récipient ouvert, c'est-à-dire à la pression atmosphérique et à la température ambiante, il bout immédiatement, tout en absorbant une grande quantité de chaleur de l'environnement ou de tout matériau avec lequel il est en contact. Dans une machine frigorifique, le fréon ne bout pas dans un récipient ouvert, mais dans un échangeur de chaleur spécial appelé évaporateur. Dans le même temps, le fréon bouillant dans les tubes de l'évaporateur absorbe activement la chaleur du flux d'air lavant la surface extérieure, généralement à ailettes, des tubes.

Considérons le processus de condensation de vapeur liquide sur l'exemple du fréon R-22. La température de condensation de la vapeur de fréon, ainsi que le point d'ébullition, dépendent de la pression ambiante. Plus la pression est élevée, plus la température de condensation est élevée. Ainsi, par exemple, la condensation de la vapeur de fréon R-22 à une pression de 23 atm commence déjà à une température de plus 55°C. Le processus de condensation de vapeur de fréon, comme tout autre liquide, s'accompagne du dégagement d'une grande quantité de chaleur dans l'environnement ou, en ce qui concerne une machine frigorifique, du transfert de cette chaleur à un flux d'air ou de liquide dans une chaleur spéciale échangeur appelé condenseur.

Naturellement, pour que le processus d'ébullition du fréon dans l'évaporateur et de refroidissement de l'air, ainsi que le processus de condensation et d'évacuation de la chaleur dans le condenseur soient continus, il est nécessaire de "verser" constamment du fréon liquide dans l'évaporateur, et fournir constamment de la vapeur de fréon au condenseur. Un tel processus continu (cycle) est réalisé dans une machine frigorifique.

La classe la plus étendue de machines frigorifiques est basée sur un cycle de réfrigération à compression, le principal éléments structurels qui sont un compresseur, un évaporateur, un condenseur et un régulateur de débit (tube capillaire), reliés par des canalisations et représentant un système fermé dans lequel le compresseur fait circuler le fluide frigorigène (fréon). En plus d'assurer la circulation, le compresseur maintient une haute pression d'environ 20-23 atm dans le condenseur (sur la ligne de refoulement).

Maintenant que les concepts de base associés au fonctionnement de la machine frigorifique ont été considérés, passons à un examen plus détaillé du schéma du cycle de réfrigération à compression, de la conception et but fonctionnel nœuds et éléments individuels.

Riz. 1. Schéma du cycle de réfrigération à compression

Un climatiseur est la même machine de réfrigération conçue pour le traitement de la chaleur et de l'humidité du flux d'air. De plus, le climatiseur a des capacités nettement supérieures, une conception plus complexe et de nombreuses options supplémentaires. Le traitement de l'air consiste à lui donner certaines conditions, telles que la température et l'humidité, ainsi que la direction du mouvement et la mobilité (vitesse de déplacement). Arrêtons-nous sur le principe de fonctionnement et les processus physiques se produisant dans la machine de réfrigération (climatiseur). Le refroidissement dans le climatiseur est assuré par la circulation continue, l'ébullition et la condensation du réfrigérant dans un système fermé. Le réfrigérant bout à basse pression et à basse température, et se condense à haute pression et à haute température. Un diagramme schématique d'un cycle de réfrigération à compression est illustré à la fig. une.

Commençons par considérer le fonctionnement du cycle depuis la sortie de l'évaporateur (section 1-1). Ici, le réfrigérant est à l'état de vapeur avec une pression et une température basses.

Le réfrigérant sous forme de vapeur est aspiré par le compresseur, qui élève sa pression à 15-25 atm et sa température à plus de 70-90°C (section 2-2).

Plus loin dans le condenseur, le réfrigérant vaporeux chaud se refroidit et se condense, c'est-à-dire qu'il passe en phase liquide. Le condenseur peut être refroidi par air ou par eau selon le type de système de réfrigération.

A la sortie du condenseur (point 3), le fluide frigorigène est à l'état liquide à haute pression. Les dimensions du condenseur sont choisies pour que le gaz soit complètement condensé à l'intérieur du condenseur. Par conséquent, la température du liquide à la sortie du condenseur est quelque peu inférieure à la température de condensation. Le sous-refroidissement dans les condenseurs refroidis à l'air est généralement d'environ plus 4 à 7 °C.

Dans ce cas, la température de condensation est supérieure d'environ 10 à 20°C à la température de l'air atmosphérique.

Ensuite, le réfrigérant en phase liquide à haute température et pression entre dans le régulateur de débit, où la pression du mélange diminue fortement, tandis qu'une partie du liquide peut s'évaporer en passant en phase vapeur. Ainsi, un mélange de vapeur et de liquide entre dans l'évaporateur (point 4).

Le liquide bout dans l'évaporateur, éliminant la chaleur de l'air ambiant, et passe à nouveau à l'état de vapeur.

Les dimensions de l'évaporateur sont choisies pour que le liquide s'évapore complètement à l'intérieur de l'évaporateur. Par conséquent, la température de la vapeur à la sortie de l'évaporateur est supérieure au point d'ébullition, ce que l'on appelle une surchauffe du réfrigérant dans l'évaporateur se produit. Dans ce cas, même les plus petites gouttelettes de réfrigérant s'évaporent et aucun liquide ne pénètre dans le compresseur. Il convient de noter que si du réfrigérant liquide pénètre dans le compresseur, le soi-disant «coup de bélier», des dommages et des bris de soupapes et d'autres pièces du compresseur sont possibles.

La vapeur surchauffée sort de l'évaporateur (point 1) et le cycle est relancé.

Ainsi, le fluide frigorigène circule constamment en circuit fermé, changeant son état d'agrégation de liquide à vapeur et vice versa.

Tous les cycles de compression frigorifique comprennent deux niveaux de pression spécifiques. La frontière entre eux passe par la soupape de décharge à la sortie du compresseur d'un côté et la sortie du régulateur de débit (du tube capillaire) de l'autre côté.

La vanne de refoulement du compresseur et la sortie de contrôle de débit sont les points de séparation entre les côtés haute et basse pression du refroidisseur.

Du côté haute pression se trouvent tous les éléments fonctionnant à la pression de condensation.

Du côté basse pression se trouvent tous les éléments fonctionnant à la pression d'évaporation.

Bien qu'il existe de nombreux types de machines frigorifiques à compression, le schéma de cycle de base est presque le même.

Cycle de refroidissement théorique et réel.

Le cycle de réfrigération peut être représenté graphiquement sous la forme d'un diagramme de pression absolue par rapport à la teneur en chaleur (enthalpie). Le diagramme (Fig. 2) montre une courbe caractéristique montrant le processus de saturation du réfrigérant.

La partie gauche de la courbe correspond à l'état de liquide saturé, la partie droite correspond à l'état de vapeur saturée. Les deux courbes se rejoignent au centre au soi-disant «point critique», où le réfrigérant peut être à la fois à l'état liquide et à l'état vapeur. Les zones à gauche et à droite de la courbe correspondent au liquide surfondu et à la vapeur surchauffée. Une zone correspondant à l'état du mélange de liquide et de vapeur est placée à l'intérieur de la ligne courbe.

Considérons un diagramme d'un cycle de réfrigération théorique (idéal) afin de mieux comprendre les facteurs agissants (Fig. 3).

Considérons les processus les plus caractéristiques se produisant dans le cycle de refroidissement par compression.

Compression de la vapeur dans un compresseur.

Le fluide frigorigène saturé froid et vaporeux entre dans le compresseur (point C'). En cours de compression, sa pression et sa température augmentent (point D). L'enthalpie augmente également d'une quantité déterminée par le segment HC'-HD, c'est-à-dire la projection de la ligne C'-D sur l'axe horizontal.

Condensation.

A la fin du cycle de compression (point D), la vapeur chaude entre dans le condenseur, où elle commence à se condenser et à passer de la vapeur chaude au liquide chaud. Cette transition vers un nouvel état se produit à pression et température constantes. Il convient de noter que bien que la température du mélange reste presque inchangée, la teneur en chaleur est réduite en raison de l'évacuation de la chaleur du condenseur et de la transformation de la vapeur en liquide, elle est donc affichée sur le diagramme sous la forme d'une ligne droite parallèle à l'axe horizontal.

Le processus dans le condenseur se déroule en trois étapes : élimination de la surchauffe (D-E), condensation elle-même (EA) et surfusion du liquide (A-A`).

Considérons brièvement chaque étape.

Élimination de la surchauffe (D-E).

C'est la première phase à se produire dans le condenseur, et pendant cette phase la température de la vapeur réfrigérée est réduite à la température de saturation ou de condensation. A ce stade, seul l'excès de chaleur est évacué et il n'y a pas de changement dans l'état d'agrégation du fluide frigorigène.

Environ 10 à 20 % de l'évacuation totale de la chaleur dans le condenseur est évacuée dans cette section.

Condensation (E-A).

La température de condensation de la vapeur refroidie et du liquide résultant reste constante tout au long de cette phase. Il y a un changement dans l'état d'agrégation du réfrigérant avec le passage de la vapeur saturée à l'état de liquide saturé. Dans cette section, 60 à 80 % de l'évacuation de la chaleur sont éliminés.

Sous-refroidissement du liquide (A-A`).

Pendant cette phase, le réfrigérant, qui est à l'état liquide, subit un refroidissement supplémentaire, à la suite duquel sa température diminue. Il s'avère un liquide surfondu (par rapport à l'état d'un liquide saturé) sans changer l'état d'agrégation.

Le sous-refroidissement du réfrigérant offre des avantages énergétiques significatifs : fonctionnement normal Une diminution d'un degré de la température du réfrigérant correspond à une augmentation de la capacité du refroidisseur d'environ 1 % pour le même niveau de consommation d'énergie.

La quantité de chaleur générée dans le condenseur.

Le tracé D-A` correspond à la variation de l'enthalpie du fluide frigorigène dans le condenseur et caractérise la quantité de chaleur dégagée dans le condenseur.

Régulateur de débit (A`-B).

Le liquide sous-refroidi avec les paramètres au point A` entre dans le régulateur de débit (tube capillaire ou détendeur thermostatique), où se produit une forte diminution de la pression. Si la pression en aval du régulateur de débit devient suffisamment basse, le réfrigérant peut bouillir directement en aval du régulateur, atteignant les paramètres du point B.

Évaporation du liquide dans l'évaporateur (B-C).

Le mélange de liquide et de vapeur (point B) entre dans l'évaporateur, où il absorbe la chaleur de l'environnement (flux d'air) et passe complètement à l'état de vapeur (point C). Le processus se déroule à une température constante, mais avec une augmentation de la teneur en chaleur.

Comme mentionné ci-dessus, la vapeur de réfrigérant est quelque peu surchauffée à la sortie de l'évaporateur. La tâche principale de la phase de surchauffe (C-C`) est d'assurer l'évaporation complète des gouttelettes de liquide restantes afin que seul le réfrigérant vaporeux pénètre dans le compresseur. Cela nécessite une augmentation de la surface de la surface d'échange thermique de l'évaporateur de 2 à 3 % pour chaque 0,5 °C de surchauffe. Comme la surchauffe correspond généralement à 5-8°C, l'augmentation de la surface de l'évaporateur peut être d'environ 20 %, ce qui est certainement justifié, car cela augmente l'efficacité du refroidissement.

La quantité de chaleur absorbée par l'évaporateur.

Le tracé HB-HC` correspond à la variation de l'enthalpie du fluide frigorigène dans l'évaporateur et caractérise la quantité de chaleur absorbée par l'évaporateur.

Véritable cycle de réfrigération.

En réalité, en raison des pertes de charge se produisant dans les conduites d'aspiration et de refoulement, ainsi que dans les vannes du compresseur, le cycle de réfrigération est représenté sur le schéma d'une manière légèrement différente (Fig. 4).

En raison des pertes de charge à l'entrée (section C`-L), le compresseur doit aspirer à une pression inférieure à la pression d'évaporation.

D'autre part, du fait des pertes de charge en sortie ( coupe M-D`), le compresseur doit comprimer la vapeur de réfrigérant à des pressions supérieures à la pression de condensation.

La nécessité de compenser les pertes augmente le travail de compression et réduit l'efficacité du cycle.

Outre les pertes de pression dans les conduites et les vannes, l'écart entre le cycle réel et le cycle théorique est également affecté par les pertes lors du processus de compression.

Premièrement, le processus de compression dans le compresseur diffère du processus adiabatique, de sorte que le travail réel de compression est supérieur au travail théorique, ce qui entraîne également des pertes d'énergie.

Deuxièmement, il y a des pertes purement mécaniques dans le compresseur, entraînant une augmentation de la puissance requise du moteur du compresseur et une augmentation du travail de compression.

Troisièmement, du fait que la pression dans le cylindre du compresseur à la fin du cycle d'aspiration est toujours inférieure à la pression de vapeur avant le compresseur (pression d'évaporation), les performances du compresseur diminuent également. De plus, le compresseur a toujours un volume qui n'intervient pas dans le processus de compression, par exemple le volume sous la culasse.

Évaluation de l'efficacité du cycle de réfrigération

L'efficacité du cycle de réfrigération est généralement estimée par le coefficient action utile ou coefficient d'efficacité thermique (thermodynamique).

Le facteur d'efficacité peut être calculé comme le rapport de la variation de l'enthalpie du réfrigérant dans l'évaporateur (HC-HB) à la variation de l'enthalpie du réfrigérant pendant le processus de compression (HD-HC).

En fait, il représente le rapport entre la puissance frigorifique et la puissance électrique consommée par le compresseur.

De plus, ce n'est pas un indicateur des performances de la machine frigorifique, mais un paramètre comparatif pour évaluer l'efficacité du processus de transfert d'énergie. Ainsi, par exemple, si un refroidisseur a un coefficient d'efficacité thermique de 2,5, cela signifie que pour chaque unité d'électricité consommée par le refroidisseur, 2,5 unités de froid sont produites.