L’évaporateur frigorifique désigne tout échangeur de chaleur dans lequel le fluide frigorigène s’évapore à basse température, donc à basse pression, mais généralement au-dessus de la pression atmosphérique afin d’éviter les entrées de gaz et/ou de vapeur d’eau dans le circuit basse pression. L’évaporateur est l’élément du circuit frigorifique par lequel la chaleur est absorbée de l’environnement à refroidir. Il peut absorber la chaleur nécessaire à la vaporisation du fluide frigorigène soit de l’air (systèmes à détente directe), soit d’un liquide (généralement de l’eau), soit d’une solution qui, dans le cas de l’industrie de la viande, sert de fluide frigoporteur et circule dans le refroidisseur d’air à l’intérieur de la chambre froide.
Seul le premier mode de fonctionnement, le refroidissement direct de l’air par vaporisation du fluide frigorigène liquide, sera décrit ici, car les installations à fluide frigoporteur sont mises en place lorsqu’il faut accumuler des réserves de froid, comme dans les installations frigorifiques polyvalentes. La détente directe demande un investissement initial moindre et sa consommation d’énergie est généralement plus faible, car les écarts de température entre le fluide frigorigène primaire et l’air sont plus faibles que dans les systèmes à fluide secondaire.
Pour les types d’évaporateurs utilisés dans les chambres froides positives et négatives, consultez notre guide des évaporateurs pour chambre froide.
Évaporateurs frigorifiques à refroidissement d’air
Ils peuvent fonctionner en convection naturelle, où le mouvement de l’air dépend des différences de masse volumique de l’air, ou en convection forcée (mécanique), lorsque des ventilateurs ou des soufflantes accélèrent le passage de l’air sur le refroidisseur et facilitent la distribution de l’air dans la chambre froide.
Les systèmes à convection naturelle présentent deux avantages principaux : aucune énergie n’est nécessaire pour la circulation de l’air, et la dessiccation des produits est bien moindre, car les vitesses d’air sont beaucoup plus faibles et l’humidité relative est élevée. Ils ont évidemment des inconvénients : d’abord le dégivrage, ensuite et surtout leur faible coefficient global d’échange thermique, dû aux faibles vitesses d’air sur l’évaporateur, qui impose de grandes surfaces d’échange et les rend encombrants et très coûteux. Leur coût, installation dans la chambre froide comprise, est de trois à quatre fois celui d’un évaporateur à convection forcée, car la surface d’échange est plus grande, la fabrication des tubes est coûteuse et le montage dans la chambre est difficile et long.
Les grilles à convection naturelle peuvent être réparties uniformément sous le plafond, en laissant suffisamment d’espace pour une bonne circulation de l’air (jamais moins de 8 cm), ainsi que le long des parois de la chambre si la hauteur libre est insuffisante. Les ensembles batterie-déflecteur fabriqués en usine facilitent l’installation et conviennent à presque toutes les applications en convection naturelle.
Les évaporateurs à convection forcée, ou à tirage forcé, ont été développés parce que le coefficient global de transfert thermique plus élevé obtenu par une circulation rapide de l’air sur les batteries permet de réduire fortement la surface de l’évaporateur. De plus, ils offrent une grande puissance frigorifique.
La vitesse de l’air à travers l’évaporateur doit être comprise entre 1,5 et 3 m/s pour obtenir un coefficient de transfert thermique élevé, mais il faut garder à l’esprit qu’au-delà de la limite supérieure (3 m/s), la chaleur dégagée par le moteur électrique du ventilateur dépasse le gain de puissance frigorifique. De plus, des vitesses supérieures à 3 m/s tendent à entraîner l’humidité déposée sur les batteries vers les produits. La portée du jet d’air doit être suffisante pour assurer une circulation d’air uniforme et une répartition homogène de la température dans l’entrepôt frigorifique.
Évaporateur frigorifique
Ses batteries sont des tubes à ailettes conçus pour offrir une grande surface d’échange thermique dans un élément compact. Un bon contact thermique entre le tube et les ailettes doit être assuré (brasage, ancrage dans la surface du tube par expansion du tube, fixation par redressement des collerettes d’ailettes). La taille et l’espacement des ailettes dépendent de l’utilisation et, fondamentalement, de la température de fonctionnement.
La hauteur des ailettes doit généralement être égale au diamètre du tube et l’ailette doit être assez épaisse pour offrir une résistance mécanique (0,7-1 mm). L’espacement des ailettes est de 6 à 10 mm ou plus pour les chambres froides, ou de 15 mm ou plus pour les chambres froides négatives, afin de réduire le risque de prise en glace. Les ailettes sont parfois plus espacées à l’entrée d’air de la batterie pour servir de piège à givre et éviter l’obstruction du flux d’air.
Dans nos projets, l’évaporateur est fourni avec le système frigorifique et dimensionné pour la chambre. Découvrez nos groupes split, nos groupes de condensation de type ouvert et nos centrales frigorifiques.
