Réfrigération - Définition
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Introduction
La réfrigération est le procédé permettant d'obtenir et de maintenir un système (local, produit, etc.) à une température inférieure à celle de l'environnement.
Technologies de réfrigération
Il existe différentes façons d'obtenir du froid. Le principe réside toujours en un transfert de chaleur (calories), à partir du système à refroidir et vers l'environnement.
Les deux technologies les plus répandues à grande échelle sont :
- les systèmes à compression ;
- les systèmes à absorption.
Cycles continus à vapeur
Ces technologies font intervenir un fluide frigorigène dont la vaporisation absorbe la chaleur. Depuis le 1er octobre 2000, il est interdit de s'approvisionner en CFC (R12 - Dichlorodifluorométhane - CCl2F2). Depuis le 1er janvier 2001, il est interdit d'utiliser des CFC même pour effectuer des interventions sur une unité hermétique. Ce fluide a été remplacé par le R-134a (1,1,1,2-tétrafluoroéthane CH2F-CF3) (gaz de substitution).
- Réfrigérateur à compression de vapeur (Cycle de Rankine inversé)
Cette technologie est employée dans la grande majorité des réfrigérateurs électroménagers et dans de nombreuses applications industrielles.
Les systèmes à compression utilisent quatre éléments pour le cycle de réfrigération : le compresseur, le condenseur, le détendeur (capillaire dans le cas de frigo domestique) et l'évaporateur. On utilise la relation pression-température pour permettre le changement d'état du fluide frigorigène. La vapeur de fluide frigorigène est comprimée pour permettre la condensation à température ambiante. Elle est refroidie dans le condenseur et se liquéfie. Le détendeur permet ensuite d'amener le liquide frigorifique à une pression suffisamment basse pour que celui-ci puisse s'évaporer dans l'évaporateur en captant la chaleur présente, ce qui entraîne la baisse de température dans l'enceinte ou se trouve l'évaporateur. Le fluide ainsi vaporisé retourne vers le compresseur et le cycle recommence.
En raison de l'investissement important qu'elle requiert, cette technologie est utilisée principalement à grande échelle pour la réfrigération des bâtiments ou les réseaux de froid urbain. Son avantage est d'être essentiellement actionné par une source de chaleur. Une consommation mineure d'électricité est requise pour la pompe.
Dans de tels dispositifs, le fluide en circulation est le mélange d'un fluide frigorigène et d'un adsorbant (pour le couple H2O/NH3, le frigorigène est l'ammoniac, pour le couple LiBr/H2O, le frigorigène est l'eau). Le cycle commence par la distillation de ce mélange dans le "générateur", pour produire du frigorigène pur et une solution apte à l'absorber. Le frigorigène liquide est détendu à basse pression. Il se vaporise alors et cause la réfrigération. Les vapeurs de fluide frigorigène progressent vers l'absorbeur pour être absorbées par une douche de la solution issue du générateur. Cette nouvelle solution riche en frigorigène est compressée par pompe et réinjectée dans le générateur pour être distillée à nouveau.
Cycles continus à gaz
- Turbo Réfrigération (Cycle de Joule)
Cycles continus Stirling
- Moteur Stirling
- Refroidissement thermoacoustique
Cycles intermittents
- Réfrigération magnétique
- Réfrigérateur à absorption de gaz
Non-cycliques
- Tube de Ranque-Hilsch
- module Peltier
L'effet Peltier est un effet indépendant de l'effet Joule, qui fait qu'au point de contact entre deux métaux différents, selon le sens du courant, il y a libération ou absorption de chaleur. Les réfrigérateurs à effet Peltier ont de nombreux avantages (absence de pièce mobile hormis le ventilateur, fonctionnement dans n'importe quel sens, absence de produit chimique potentiellement dangereux, insensibilité aux chocs, etc.), ce qui conduit à les utiliser dans les situations nomades (voitures, etc.). Le principal inconvénient de ces réfrigérateurs est leur manque d'efficacité dû à un rendement de conversion électricité/chaleur faible.
