Réfrigération par compression de vapeur : principes, processus et avantages

Qu'est-ce que la réfrigération par compression de vapeur ?

La réfrigération par compression de vapeur est un système de réfrigération qui utilise un fluide frigorigène liquide en circulation pour absorber et évacuer la chaleur d'un espace nécessitant un refroidissement. Dans tout processus de réfrigération, la chaleur est transférée d'une région à une autre grâce à un agent externe. Dans le système de réfrigération par compression de vapeur, largement utilisé, cet agent externe est un compresseur. D'autres systèmes existent, tels que la réfrigération par gaz, la réfrigération par absorption de vapeur et la réfrigération vortex. La réfrigération par jet de vapeur d'eau, le refroidissement magnétique et la réfrigération thermoélectrique sont d'autres systèmes utilisés pour des applications spécifiques.

Les quatre composants principaux du cycle

Ce cycle de réfrigération comporte quatre composants majeurs : le compresseur, l'évaporateur, le condenseur et le détendeur (soupape d'étranglement). L'évaporateur est responsable de l'absorption et de l'évacuation de la chaleur. Le fluide frigorigène liquide y pénètre à très basse pression et à très basse température ; il est beaucoup plus froid que l'espace à réfrigérer. Ce mélange froid circule dans les tubes ou serpentins de l'évaporateur. L'air chaud de l'enceinte est soufflé à travers ces tubes contenant le fluide frigorigène extrêmement froid.

Le processus d'évaporation et de compression

Au contact de l'air chaud, la partie liquide du fluide frigorigène s'évapore et l'air en circulation se refroidit. La température dans l'enceinte baisse jusqu'à atteindre la valeur souhaitée. Le fluide frigorigène sort de l'évaporateur sous forme de vapeur légèrement surchauffée et entre dans le compresseur. Ce dernier comprime la vapeur à une pression plus élevée, ce qui entraîne également une élévation de sa température. Cette augmentation de chaleur provient de l'énergie utilisée lors de la compression qui est transférée à la vapeur.

Condensation et détente

La vapeur surchauffée quitte le compresseur pour entrer dans le condenseur où elle est refroidie à l'aide d'eau ou d'air de refroidissement. La chaleur de la vapeur est transférée et évacuée par l'eau ou l'air dans le condenseur. Le fluide frigorigène sort du condenseur sous forme de liquide à haute pression, puis sa pression est réduite grâce au détendeur.

Une partie du liquide s'évapore instantanément (flash) en raison de la chute brutale de pression. Le détendeur ne se contente pas de réduire la pression du fluide frigorigène ; il contrôle également son débit vers l'évaporateur, et le cycle recommence. En résumé, la chaleur est absorbée et évacuée de l'espace à refroidir par le fluide frigorigène en circulation dans l'évaporateur. Cette chaleur est traitée dans le condenseur où l'air ou l'eau de refroidissement la transfère ailleurs.

Applications et efficacité

Les réfrigérateurs et congélateurs domestiques sont des applications courantes de la réfrigération par compression de vapeur. Elle est utilisée commercialement pour la climatisation de bureaux, d'hôtels et de résidences privées. Les automobiles, wagons ferroviaires et camions en sont d'autres exemples d'application. Déployée à grande échelle dans les usines de traitement et les raffineries, cette technologie est à la fois économique et mature. L'efficacité des systèmes de réfrigération par compression de vapeur peut atteindre 60 %.