Comment fonctionne un réfrigérateur ?

Carl Paul Gottfried von Linde est considéré comme l'inventeur du réfrigérateur (11.06.1842 – 16.11.1934). Il a obtenu un brevet pour le réfrigérateur en 1876.

Un réfrigérateur génère de la chaleur, ce qui veut dire qu'il élimine de la chaleur. Une température basse en résulte. La production de chaleur est donc en réalité un extrait de chaleur. Pour refroidir un local il faut en éliminer la chaleur et la conduire là  o๠elle ne dérange pas.

Pour la production physique de froid on utilise la transformation de l'état d'agrégation d'un liquide en état gazeux. De la chaleur est alors absorbée. On appelle réfrigérants les liquides utilisés pour la production de chaleur. Ces réfrigérants ont un point d'ébullition bas, si bas que la chaleur des aliments dans le réfrigérateur porte le réfrigérant à  ébullition.

Il y a dans la chambre de réfrigération par exemple un serpentin, l'évaporateur ainsi nommé, dans lequel se trouve le réfrigérant. La chaleur dans la chambre de réfrigération parvient par la paroi tubulaire au réfrigérant et porte ce dernier à  ébullition, étant précisé que le réfrigérant s'évapore. La chaleur absorbée à  partir de la chambre de réfrigération pendant l'évaporation est alors contenue dans la vapeur du réfrigérant. Cette vapeur du réfrigérant est alors conduite à  l'appareil qui comprime (compresseur).

Le compresseur comprime cette vapeur du réfrigérant et la porte à  une pression supérieure. Il la pompe dans le condensateur (liquéfacteur). Ce condensateur comprend également un serpentin qui est placé à  la paroi extérieure arrière du réfrigérateur. Le réfrigérant transmet la chaleur absorbée à  partir de la chambre de réfrigération à  l'air ambiant. Le réfrigérant refroidit pendant cette opération et redevient liquide.

Ce liquide réfrigérant est reconduit à  l'évaporateur (à  l'intérieur du réfrigérateur). La quantité introduite est commandée par la soupape d'étranglement pour que la quantité remplie ultérieurement corresponde exactement à  la quantité évaporée auparavant. Le circuit de froid peut alors recommencer.

Un réfrigérateur comprend donc essentiellement un appareil qui comprime (compresseur), un condensateur (condenseur), un évaporateur et une soupape d'étranglement (entre condensateur et évaporateur).

L'ensemble de l'installation est donc un système mécanique/physique qui transporte la chaleur de l'intérieur du réfrigérateur vers l'extérieur à  l'aide d'un réfrigérant qui modifie deux fois son état d'agrégation.

Réfrigérants: en raison de leur point d'ébullition bas (c'est-à -dire qu'ils s'évaporent déjà  à  des basses températures), ils sont en mesure d'absorber de la chaleur de l'intérieur du réfrigérateur et de la transporter vers l'extérieur.

à‰vaporateur: l'évaporateur comprend un serpentin placé à  l'intérieur du réfrigérateur. Les parois de l'évaporateur absorbent la chaleur de l'air dans la chambre de réfrigération. Cette chaleur provoque l'évaporation du réfrigérant liquide.

Appareil compresseur (compresseur): le compresseur doit comprimer la vapeur du réfrigérant et la porter à  son point de liquéfaction pour qu'elle puisse redevenir liquide dans le condensateur (par refroidissement).

Le condensateur (condenseur): le condensateur doit transmettre la vapeur absorbée à  partir de la chambre de réfrigération à  l'environnement. L'état d'agrégation du réfrigérant est ainsi transformé et passe de l'état gazeux à  l'état liquide. Le condensateur est placé à  l'arrière du réfrigérateur o๠la chaleur ne dérange pas. Le réfrigérant est reconduit à  partir du condensateur, par la soupape d'étranglement, à  l'évaporateur.

Soupape d'étranglement: la soupape d'étranglement règle la quantité de liquide qui doit être injectée dans l'évaporateur pour remplir la quantité évaporée auparavant.

Les réfrigérateurs servent à  stocker à  court terme des aliments périssables. À une température intérieure de la chambre de réfrigération de 2–8° C, la multiplication de micro-organismes qui provoquent l'altération des aliments est déjà  considérablement limitée. Il en résulte une durée de conservation plus longue des produits alimentaires.

Le processus de réfrigération proprement dit qui a lieu dans un réfrigérateur est basé sur des procédés naturels fondamentaux. Le fait qu'un liquide qui s'évapore retire de la chaleur à  son environnement est déterminant. Un parfum qui s'évapore par exemple sur la peau donne une sensation de refroidissement. Pendant le processus d'évaporation la température du liquide reste constante, tandis que la température de l'environnement immédiat diminue dans la direction de la température d'évaporation. Lorsque, d'autre part, l'on comprime la vapeur d'un liquide (opération de compression), on provoque une augmentation de sa température. La vapeur comprimée et réchauffée peut transmettre cette chaleur à  son environnement et passer ensuite à  l'état liquide. Les groupes de réfrigération combinent les processus décrits dans un circuit fermé. On désigne par le terme de réfrigérant ou d'agent réfrigérant le liquide qui est utilisé à  cet effet dans un réfrigérateur. Il retire de la chaleur à  la marchandise à  réfrigérer et la retransmet à  un autre endroit du circuit. Les réfrigérants requis sont des substances qui, sous une pression normale, s'évaporent à  des températures nettement inférieures à  0° C, à  savoir l'ammoniaque (point d'ébullition: –33° C) et divers fluides frigorifiques, comme par exemple le fréon (point d'ébullition: –31° C),qui fait partie des hydrocarbures chlorofluorés (HCF). Après leur utilisation, les hydrocarbures chlorofluorés s'échappent dans l'atmosphère terrestre o๠ils peuvent parvenir à  la stratosphère en raison de leur stabilité chimique élevée. Des atomes de chlore sont alors séparés des molécules d'hydrocarbures chlorofluorés sous l'effet du rayonnement solaire riche en énergie, ce qui augmente rapidement le nombre des radicaux libres de chlore qui seraient de leur part responsables de la destruction de la couche d'ozone vitale.

Les circuits des réfrigérants des réfrigérateurs fonctionnement selon le processus de compression ou selon le processus d'absorption.

Le processus de compression: Les réfrigérateurs qui fonctionnement selon le processus de compression comportent dans la plupart des cas le réfrigérant fréon (CF2Cl2). Le circuit du système de compression est le suivant:

  • Le réfrigérant qui est tout d'abord liquide parvient à  l'évaporateur qui se trouve dans la chambre de réfrigération. Le réfrigérant s'évapore alors, étant précisé que la chaleur requise à  cet effet (chaleur d'évaporation) est retirée à  la chambre de réfrigération par l'intermédiaire du coffret évaporateur. La température du réfrigérant n'augmente alors pas, la quantité de chaleur retirée est uniquement requise pour la modification d'état d'agrégation (liquide > gazeux).
  • L'appareil compresseur (compresseur) qui est couplé avec un moteur de commande , aspire le réfrigérant à  l'état de vapeur à  partir due l'évaporateur pour le transporter au condensateur (liquéfacteur).
  • Le condensateur, qui est entouré d'ailettes de refroidissement, est placé à  l'arrière du réfrigérateur à  l'extérieur de la chambre de réfrigération. Le réfrigérant ne peut pas s'échapper aussi rapidement du condensateur – en règle générale par un tube mince (tube capillaire) –, qu'il est introduit par pression par le compresseur. Il est ainsi soumis à  une pression élevée et s'échauffe. Comme les parois du condensateur ont une température inférieure à  la vapeur échauffée, une liquéfaction (condensation) de la vapeur a alors lieu. La quantité de chaleur alors dégagée est transmise à  l'environnement par l'intermédiaire du condensateur, ce qui provoque un échauffement de la face arrière du réfrigérateur. Il n'y a qu'une légère modification de la température du réfrigérant lors de ce processus. L'émission de chaleur est essentiellement obtenue par l'effet de liquéfaction.
  • Après avoir quitté le tube capillaire (point d'étranglement), le réfrigérant alors liquide subit brusquement une réduction de température en raison de l'élargissement de la section du tube et retourne à  l'évaporateur à  une basse pression. Dans ces conditions de pression réduites provoquées par le compresseur, le réfrigérant s'évapore à  nouveau et le circuit recommence.

Si la basse température désirée dans le réfrigérateur n'est pas atteinte, un thermostat met le moteur de compression hors circuit et le circuit du réfrigérant s'arrête ainsi. Si la température prédéterminée est dépassée dans le réfrigérateur, le compresseur remet en circuit. Les phases d'enclenchement sont reconnaissables à  la vibration à  faible niveau sonore.