Réfrigérateur à compression de vapeur

Compresseur hermétique à piston

Les compresseurs hermétiques sont des compresseurs dont la partie moteur et la partie compression sont confinées dans une cloche hermétique non démontable d'où leurs noms. Si l'une des deux parties vient à céder le compresseur est considéré comme hors service. La partie électrique est refroidie par les vapeurs de BP lors du fonctionnement du compresseur.

De l'extérieur, ils disposent généralement d'un bornier de raccordement électrique ainsi que de 3 orifices :

1. un orifice de charge / vidange pour le fluide frigorifique (côté BP) ;
2. un orifice d'aspiration (BP) ;
3. un orifice de refoulement (HP).

Les compresseurs semi hermétiques sont appelés comme tels du fait que la partie moteur et la partie compresseur sont directement assemblées l'une contre l'autre. L'accouplement entre le moteur et le compresseur n'est donc pas accessible (à moins de dissocier les deux parties par démontage). Ces compresseurs sont donc réparables. Comme pour les compresseurs hermétiques, la partie moteur des semi hermétiques est généralement refroidie par les vapeurs de BP.

Les compresseurs ouverts sont ainsi nommés du fait que le compresseur et le moteur sont séparés. Le compresseur peut donc fonctionner par deux types d'entraînement distincts, par courroie ou par accouplement direct.

On retrouve aussi différents types de compresseurs frigorifiques:

Ils équipent principalement les réfrigérateurs ménagers mais on peut aussi les rencontrer pour le froid commercial (faible et moyenne puissance) et pour les groupes de production d'eau glacée utilisée pour les centrales de traitement d'air. On peut les rencontrer pour des installations de froid industriel anciennes.

Ils équipent des climatiseurs, réversibles ou non, de petite puissance en général, ils peuvent être équipés de 2 pistons rotatifs.

Aussi appelés compresseur scroll ; ceux-ci équipent souvent les climatisations du fait de leur discrétion sonore. De par leur performance supérieure aux compresseurs à piston, ils sont principalement utilisés dans les réfrigérateurs ménagers modernes. On les reconnaît à leur forme allongée. Leur champ d'application est plutôt pour la climatisation (split-system, multi-split, ...). Ils peuvent aussi constituer une "centrale" pour assurer le fonctionnement de centrale de traitement d'air via un fluide caloporteur (plus généralement de l'eau pure ou glycolée). L’intérêt du compresseur à spirale réside dans un rendement volumétrique fort comparé au compresseur à piston.

Le compresseur à vis ou hélicocompresseur appartient à la classe des machines volumétriques de type rotatif. Inventé en 1878 par l'ingénieur Grigar, il a connu diverses améliorations grâce au développement de techniques permettant une augmentation du rendement. Depuis 1976, on assiste à un développement important mondial des compresseurs à vis dans tous les domaines du froid. Depuis quelques années est apparue une nouvelle génération de compresseurs à vis de petite et moyenne puissance recouvrant le domaine des compresseurs à pistons de moyenne puissance.

Le compresseur centrifuge ou turbocompresseur (dans le sens turbomachine, à ne pas confondre avec le turbocompresseur homonyme) est une turbomachine de type radial. Il comprend un rotor animé d'une vitesse de rotation uniforme. Il est traversé par le fluide qui s'écoule de façon permanente. Vitesse de rotation uniforme et écoulement permanent sont les caractéristiques essentielles des turbomachines. Le compresseur centrifuge utilise l'augmentation de l'énergie cinétique du fluide, obtenue en utilisant la force centrifuge provoquée par la grande vitesse périphérique avec laquelle le fluide quitte les aubes du rotor. À la sortie de la roue, le fluide pénètre dans un diffuseur où la vitesse du fluide est convertie en pression.

Description

Un compresseur centrifuge se compose d'un ensemble mobile constitué par un arbre et une ou plusieurs roues à aubages, et éventuellement d'un jeu d'aubages de pré-rotation placé à l'aspiration du compresseur.

La vitesse de rotation peut varier de 3000 à plus de 25 000 tr/min, avec des vitesses périphériques de 150 à 200 m/s.

L'entrainement du compresseur est soit direct, soit obtenu par l'intermédiaire d'un multiplicateur de vitesse, généralement incorporé au compresseur.

Les aubages de prérotation permettent de modifier l'angle d'entrée du fluide dans la roue pour obtenir une puissance frigorifique différente. Les aubages sont actionnés par un servomoteur asservi à un appareil de régulation.

Suivant le fluide frigorigène utilisé et l'application envisagée, le compresseur centrifuge peut être monoroue ou multiroues. Dans le cas du multiroues, le diffuseur d'une roue est prolongé par un canal de retour qui amène le fluide comprimé à l'entrée de la roue suivante.

• Différents types de compresseurs
• 
  Compresseur à piston
• 
  Compresseur rotatif
• 
  Compresseur centrifuge
• 
  Compresseur à vis

Le réfrigérant circulant dans le serpentin du condenseur est refroidi par l'air. Le condenseur peut être de deux types :

1. statique : l'air circule, naturellement, par convection naturelle autour du condenseur. (Sur les réfrigérateurs ménagers, il s'agit du serpentin, souvent noir, qui se situe à l'arrière de l'appareil).
2. forcé : l'air circule à travers le condenseur, de manière forcé, par l'action d'un ventilateur.(Dans ce cas on parle de ventilocondenseur).

Le réfrigérant est refroidi par l'eau par l'intermédiaire d'un échangeur. Les parties eau et réfrigérant sont strictement hermétique (le circuit réfrigérant devant être parfaitement déshydraté). On trouve généralement ces condenseurs sur les groupes frigorifiques à eau glacée et sur les pompes à chaleur air/eau ou eau/eau).

Il existe plusieurs types de condenseur à eau :

1. les condenseurs de type Coaxial : l'échangeur coaxial est un concept dépassé, car ce type d'échangeur présente un mauvais rendement ce qui nécessite de gros échangeurs. Cependant il n'est pas rare de voir encore des pompes à chaleur (par exemple) fonctionnant avec ce type d'échangeur. Il s'agit principalement de groupes frigorifiques fonctionnant au R22. Ce type d'échangeur est réservé aux petites et moyennes puissances.
2. les condenseurs de type tubulaire / ou multitubulaire :
   

   Echangeur tubulaire
   (En bleu), l'eau circule au milieu du réfrigérant.
   (En jaune), le réfrigérant circule autour des tubes bleus et échange ses calories avec l'eau
   
   Les échangeurs tubulaires sont des échangeurs que l'on retrouve principalement dans l'industrie. Ils sont réservés aux grosses puissances..
3. les condenseurs de type échangeur à plaques brasées

Ce dernier type concerne les machines récentes qui fonctionnent avec les nouveaux fluides (R407C et R410A). On peut le considérer comme le remplaçant des échangeurs de type coaxial. Il convient pour les petites et moyennes puissances.

• R11 : trichlorofluorométhane ;
• R12 : dichlorodifluorométhane.

• R22 : chlorodifluorométhane.

• R134a : 1,1,1,2-tétrafluoroéthane ;
• R404A : mélange zéotropique ;
• R407C : mélange zéotropique ;
• R410A : mélange zéotropique.

• R1150 : éthylène.
• R600a : isobutane.
• R290 : propane.

• R717 : ammoniac ;
• R718 : eau ;
• R744 : dioxyde de carbone.

• R723 : mélange azéotropique

Celui-ci se situe sur la ligne liquide et informe par contrôle visuel de la phase (vapeur, liquide ou mélange) du réfrigérant dans la ligne liquide. Il peut aussi être équipé d’une pastille réactive à l’humidité qui nous indiquera s’il y a ou non présence d’humidité dans le circuit. Cette pastille est généralement verte et vire au jaune s’il y a présence d’humidité.

• Types de voyants liquide
• 
  Voyant liquide
• 
  Voyant liquide avec indicateur d'humidité

Très utilisée dans les pompes à chaleur, c'est elle qui permet la réversibilité d'une machine frigorifique (production de chaud en hiver et de froid en été)[1].

Elle est de plus utilisée pour les dégivrages automatiques des pompes a chaleur air/eau : en effet, en hiver, la glace qui s'est accumulée sur la batterie à air durant la production de chaud baisse significativement le rendement de la pompe a chaleur. C'est pourquoi toutes les heures environ, la vanne 4 voies va basculer : ainsi des gaz chauds iront directement dans la batterie à air, réchauffant celle-ci pour permettre de faire fondre le givre. Une fois le givre fondu, la vanne 4 voies rebascule en mode chauffage. Ce dégivrage modifie sensiblement le rendement de la machine frigorifique, car durant toute la phase de dégivrage, la machine va produire du froid et non du chaud ! Le temps de dégivrage doit donc être affiné au plus juste pour assurer un bon dégivrage dans le délai le plus court.

À noter qu'en dessous de 7 °C, une PAC air-eau est susceptible de givrer et donc d'avoir des dégivrages. La fréquence de ces dégivrages va dépendre principalement du niveau d'humidité de l'air: Plus l'air sera humide, plus le givre va se former rapidement sur la batterie. Les essais normalisées sont souvent réalisés sur des humidités relatives importantes aux points suivants :

• 7 °C/6 °C bulbe humide : normalement pas de givre sur la batterie à air si elle est bien dimensionnée et si la machine est correctement chargée en fluide frigorigène
• 2 °C/1 °C bulbe humide : givre important car la masse de vapeur d'eau dans l'air à ce point est importante
• −7 °C/−8 °C bulbe humide : givre moindre qu'au point à 2/1 °C mais d'apparition rapide du fait d'une température sèche basse

Placé sur la ligne liquide (entre le condenseur et le détendeur), il permet de piéger les molécules d'eau résiduelles dans le circuit.

Souvent présente à la sortie des condenseurs sur les pompes à chaleur, elle permet de stocker du fluide lorsque la machine fonctionne en pompe à chaleur. Elle permet de compenser les écarts de volumes entre notamment une batterie à air et un échangeur à plaques en fonction du mode de fonctionnement (pac ou clim). Elle peut aussi servir à stocker du liquide notamment sur des machines pouvant fonctionner avec de fortes variations de température d'évaporation.

La reconversion d'ancienne installation frigorifique (appelée rétrofit) avec de nouveaux fluides frigorigènes s'effectue sur des installations fonctionnant avec d'anciens fluides tels que le R12, le R22, ...

Cette opération comprend plusieurs points importants :

• vidange de l'huile existante et mise d'huile miscible avec le nouveau fluide ;
• remplacement du détendeur thermostatique ;
• remplacement du filtre-déshydrateur.

Il n'est pas nécessaire de remplacer d'autres éléments de l'installation pour qu'elle puisse fonctionner correctement.

Ce genre d'opération s'effectue sur des installations en assez bon état de fonctionnement avec des puissances frigorifiques de tailles moyennes.