Climatiseur

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Contexte

Les demandes de refroidissement des espaces résidentiels et commerciaux augmentent régulièrement dans le monde entier, car ce qui était autrefois considéré comme un luxe est désormais apparemment une nécessité. Les fabricants de climatiseurs ont largement contribué à rendre les unités plus abordables en augmentant leur efficacité et en améliorant les composants et la technologie. La compétitivité de l'industrie a augmenté avec la demande et de nombreuses entreprises fournissent des unités et des systèmes de climatisation.

Les systèmes de climatisation varient considérablement en taille et tirent leur énergie de nombreuses sources différentes. La popularité des climatiseurs résidentiels a considérablement augmenté avec l'avènement de la climatisation centrale, une stratégie qui utilise les conduits dans une maison pour le chauffage et la climatisation. Les climatiseurs commerciaux, presque obligatoires dans les nouvelles constructions, ont beaucoup changé au cours des dernières années à mesure que les coûts énergétiques augmentent et que les sources d'énergie changent et s'améliorent. L'utilisation de refroidisseurs industriels alimentés au gaz naturel s'est considérablement développée et ils sont utilisés pour la climatisation commerciale dans de nombreuses applications.

Matières premières

Les climatiseurs sont constitués de différents types de métaux. Fréquemment, le plastique et d'autres matériaux non traditionnels sont utilisés pour réduire le poids et le coût. Les tubes en cuivre ou en aluminium, ingrédients essentiels dans de nombreux composants de climatiseur, offrent des propriétés thermiques supérieures et une influence positive sur l'efficacité du système. Divers composants d'un climatiseur diffèrent selon l'application, mais ils sont généralement constitués d'acier inoxydable et d'autres métaux résistants à la corrosion.

Les unités autonomes qui abritent le système de réfrigération seront généralement enfermées dans une tôle protégée des conditions environnementales par une peinture ou un revêtement en poudre.

Le fluide de travail, le fluide qui circule dans le système de climatisation, est généralement un liquide avec de fortes caractéristiques thermodynamiques comme le fréon, les hydrocarbures, l'ammoniac ou l'eau.

Conception

Tous les climatiseurs ont quatre composants de base :une pompe, un évaporateur, un condenseur et un détendeur. Tous ont un fluide de travail et un milieu fluide opposé également.

Deux climatiseurs peuvent sembler totalement différents en termes de taille, de forme et de configuration, mais les deux fonctionnent fondamentalement de la même manière. Cela est dû à la grande variété d'applications et de sources d'énergie disponibles. La plupart des climatiseurs tirent leur puissance d'une combinaison de moteur et de pompe à entraînement électrique pour faire circuler le fluide réfrigérant. Certains refroidisseurs alimentés au gaz naturel couplent la pompe à un moteur à gaz afin de dégager nettement plus de couple.

Lorsque le fluide de travail ou le réfrigérant circule dans le système de climatisation à haute pression via la pompe, il entre dans un évaporateur où il passe à l'état gazeux, absorbant la chaleur du fluide opposé et fonctionnant comme un échangeur de chaleur. Le fluide de travail se déplace ensuite vers le condenseur, où il dégage de la chaleur dans l'atmosphère en se condensant à nouveau dans un liquide. Après avoir traversé un détendeur, le fluide de travail revient à une basse pression Tous les climatiseurs ont quatre composants de base :une pompe, un évaporateur, un condenseur et un détendeur. La vapeur de réfrigérant chaude est pompée à haute pression à travers le condenseur, où elle dégage de la chaleur dans l'atmosphère en se condensant en un liquide. Le réfrigérant refroidi passe ensuite par le détendeur, ce qui abaisse la pression du liquide. Le réfrigérant liquide entre maintenant dans l'évaporateur, où il prendra la chaleur de la pièce et passera à l'état gazeux. Cette partie du cycle libère de l'air frais dans le bâtiment climatisé. La vapeur de réfrigérant chaude est alors prête à répéter le cycle. Etat. Lorsque le fluide de refroidissement (soit un fluide soit de l'air) passe à proximité de l'évaporateur, la chaleur est attirée vers l'évaporateur. Ce processus refroidit efficacement le milieu opposé, fournissant un refroidissement localisé là où cela est nécessaire dans le bâtiment. Les premiers climatiseurs utilisaient le fréon comme fluide de travail, mais en raison des effets dangereux du fréon sur l'environnement, il a été progressivement supprimé. Les conceptions récentes ont relevé des défis stricts pour améliorer l'efficacité d'une unité, tout en utilisant un substitut inférieur au fréon.

Le processus de fabrication

Création de pièces d'habillage à partir de tôle galvanisée et d'acier de construction

• 1 La plupart des climatiseurs sont au départ des matières premières, sous la forme de profilés en acier de construction et de tôles d'acier. Au fur et à mesure que la tôle est transformée en cellules de fabrication ou cellules de travail, elle est coupée, formée, poinçonnée, percée, cisaillée et/ou pliée en une forme ou une forme utile. Les enveloppes ou enveloppes, le métal qui enveloppe la plupart des unités résidentielles extérieures, sont en tôle galvanisée qui utilise un revêtement de zinc pour fournir une protection contre la corrosion. La tôle galvanisée est également utilisée pour former le bac inférieur, les plaques frontales et divers supports de support dans un climatiseur. Cette tôle est cisaillée sur une presse à cisailler dans une cellule de fabrication peu après son arrivée du stockage ou de l'inventaire. Les profilés en acier de construction sont coupés et coupés en onglet sur une scie à ruban pour former des supports et des supports utiles.

Poinçonnage des coffrages en tôle

• 2 A partir de la presse à cisailler, la tôle est chargée sur une presse à poinçonner CNC (Computer Numerical Control). La poinçonneuse a la possibilité de recevoir son programme informatique d'un programme de dessin CAD/CAM (Computer Aided Drafting/Computer Aided Manufacturing) ou d'un programme CNC écrit indépendamment. Le programme CAD/CAM transformera une pièce dessinée ou modélisée sur l'ordinateur en un fichier lisible par la poinçonneuse, lui indiquant où percer des trous dans la tôle. Les matrices et autres instruments de poinçonnage sont stockés dans la machine et amenés mécaniquement au bras de poinçonnage, où ils peuvent être utilisés pour traverser la tôle. Les presses plieuses à commande numérique (NC) plient la tôle dans sa forme finale, en utilisant un fichier informatique pour se programmer. Différentes matrices de pliage sont utilisées pour différentes formes et configurations et peuvent être modifiées pour chaque composant.
• 3 Certains supports, ailettes et composants en tôle sont sous-traités à d'autres installations ou entreprises pour produire de grandes quantités. Ils ne sont amenés à l'usine d'assemblage qu'en cas de besoin pour l'assemblage. La plupart des supports sont produits sur une presse hydraulique ou mécanique, où des supports de différentes formes et configurations peuvent être produits à partir d'une feuille enroulée et déroulés en continu dans la machine. Des volumes élevés de pièces peuvent être produits car la presse peut souvent produire une forme complexe d'un seul coup.

Nettoyage des pièces

• 4 Toutes les pièces doivent être parfaitement propres et exemptes de saleté, d'huile, de graisse et de lubrifiants avant d'être revêtues de poudre. Diverses méthodes de nettoyage sont utilisées pour accomplir cette tâche nécessaire. De grands réservoirs de solution remplis d'un solvant de nettoyage agitent et éliminent l'huile lorsque les pièces sont immergées. Les systèmes de lavage par pulvérisation utilisent des solutions de nettoyage sous pression pour éliminer la saleté et la graisse. Le dégraissage à la vapeur, en suspendant les pièces au-dessus d'une vapeur nettoyante agressive, utilise une solution acide et laissera les pièces exemptes de produits pétroliers. La plupart des pièces sous-traitées qui arrivent d'un fournisseur ont déjà été dégraissées et nettoyées. Pour une protection supplémentaire contre la corrosion, de nombreuses pièces seront apprêtées dans un bain d'apprêt au phosphate avant d'entrer dans un four de séchage pour les préparer à l'application du revêtement en poudre.

Revêtement en poudre

• 5 Avant que les supports, les casseroles et les emballages ne soient assemblés, ils sont soumis à une opération de revêtement en poudre. Le système de revêtement en poudre pulvérise une poudre sèche semblable à de la peinture sur les pièces lorsqu'elles sont acheminées à travers une cabine sur un convoyeur aérien. Cela peut être fait par des pulvérisateurs robotisés qui sont programmés où pulvériser à mesure que chaque pièce traverse la cabine sur le convoyeur. Les pièces sont chargées statiquement pour attirer la poudre afin qu'elle adhère aux crevasses et aux coudes profonds à l'intérieur de chaque pièce. Les pièces revêtues de poudre sont ensuite introduites dans un four, généralement avec le même système de convoyeur, où la poudre est cuite en permanence sur le métal. Le processus prend moins de 10 minutes.

Cintrage de la tubulure du condenseur et de l'évaporateur

• 6 Le condenseur et l'évaporateur agissent tous deux comme un échangeur de chaleur dans les systèmes de climatisation et sont constitués de tubes en cuivre ou en aluminium courbés en forme de serpentin pour maximiser la distance parcourue par le fluide de travail. Le fluide opposé, ou fluide de refroidissement, passe autour des tubes tandis que le fluide de travail évacue sa chaleur dans l'évaporateur. Ceci est accompli en prenant de nombreux tubes de cuivre de petit diamètre pliés dans la même forme et en les ancrant avec des tiges de guidage et des plaques d'aluminium. Le fluide de travail ou le réfrigérant s'écoule à travers les tubes de cuivre et le fluide opposé s'écoule autour d'eux entre les plaques d'aluminium. Les tubes se retrouveront souvent avec des cintrages en épingle à cheveux effectués par des cintreuses NC, en utilisant le même principe que la presse plieuse NC. Chaque virage est identique au suivant. Les cintreuses utilisent des tubes préalablement redressés pour se plier autour d'une matrice fixe avec un mandrin alimenté à travers le diamètre intérieur pour l'empêcher de s'effondrer pendant le pliage. Le mandrin est ramené à l'intérieur du tube lorsque le pli a été accompli.
• 7 Le tube fourni au fabricant sous forme de bobine passe par un dérouleur et un redresseur avant d'être introduit dans la cintreuse. Certains tubes seront coupés aux longueurs souhaitées sur une scie abrasive qui coupera plusieurs petits tubes d'un seul coup. Les plaques d'aluminium sont découpées sur une presse à poinçonner et formées sur une presse mécanique pour placer des mottes ou des vagues dans la plaque. Ces ondes maximisent le transfert de chaleur thermodynamique entre le fluide de travail et le milieu opposé. Lorsque les tubes de cuivre sont terminés dans la cellule de pliage, ils sont transportés par véhicule à guidage automatique (AGV) jusqu'à la cellule d'assemblage, où ils sont empilés sur les tiges de guidage et acheminés à travers les plaques ou les ailettes.

Assemblage du tube cuivre avec les plaques aluminium

• 8 Une partie importante de l'assemblage est l'assemblage du tube de cuivre avec les plaques d'aluminium. Cet assemblage devient l'évaporateur et est réalisé en prenant les tubes de cuivre empilés dans leur configuration en épingle à cheveux et en les fusionnant mécaniquement aux plaques d'aluminium. La fusion se produit en prenant une balle, ou mandrin, et en la faisant passer à travers le tube de cuivre pour la dilater et la pousser contre la partie intérieure du trou de la plaque. Cela fournit une liaison économe mais utile entre le tube et la plaque, permettant le transfert de chaleur.
• 9 Le condenseur est fabriqué de manière similaire, sauf que le milieu opposé est généralement de l'air, qui refroidit les serpentins du condenseur en cuivre ou en aluminium sans les plaques. Ils sont maintenus par des supports qui soutiennent le tube enroulé et sont reliés à l'évaporateur par des raccords ou des raccords. Le condenseur est généralement un seul tube qui peut être plié dans un certain nombre de virages en épingle à cheveux. Le détendeur, un composant complet, est acheté auprès d'un fournisseur et installé dans la tuyauterie après le condenseur. Il permet à la pression du fluide de travail de diminuer et de rentrer dans la pompe.

Installation de la pompe

• 10 La pompe est également achetée complète I h auprès d'un fournisseur extérieur. Conçue pour augmenter la pression du système et faire circuler le fluide de travail, la pompe est reliée au système par des raccords et ancrée en place par des supports et une base. Il est boulonné avec les autres éléments structurels du climatiseur et recouvert par l'enveloppe ou l'enveloppe en tôle. Le boîtier est soit riveté, soit boulonné pour assurer une protection adéquate des composants internes.

Contrôle qualité

La qualité des composants individuels est toujours contrôlée à différentes étapes du processus de fabrication. Les pièces sous-traitées doivent passer une inspection dimensionnelle entrante d'un représentant de l'assurance qualité avant d'être approuvées pour une utilisation dans le produit final. Habituellement, chaque cellule de fabrication aura un plan de contrôle qualité pour vérifier l'intégrité dimensionnelle de chaque pièce. L'unité subira un test de performance une fois l'assemblage terminé pour assurer au client que chaque unité fonctionne efficacement.

Le futur

Les fabricants de climatiseurs sont confrontés au défi d'améliorer l'efficacité et de réduire les coûts. En raison des préoccupations environnementales, les fluides de travail sont maintenant généralement constitués d'ammoniac ou d'eau. De nouvelles recherches sont en cours pour concevoir de nouveaux fluides de travail et de meilleurs composants de système pour suivre les marchés et les applications en pleine expansion. La compétitivité de l'industrie devrait rester forte, entraînant davantage d'innovations dans la fabrication et la conception.