Notion de cycle frigorifique
Dans un cycle de compression, le réfrigérant circule dans un circuit fermé en connaissant quatre étapes (les pressions et températures choisies se réfèrent à celles du réfrigérant R134a.) :
Évaporation à pression et température relativement basses.
Compression de la vapeur du réfrigérant dans le compresseur à une pression plus élevée.
Condensation de la vapeur « chaude » du réfrigérant.
Détente du réfrigérant liquide et chaud.
Évaporation à pression et température relativement basses
La chaleur d'évaporation est transférée d'un flux d'eau ou d'air au réfrigérant dans un appareil de transfert thermique : l'évaporateur.
La température du flux d'eau ou d'air doit y être plus élevée que la température d'évaporation du réfrigérant.
 Évaporation. | La figure montre le diagramme (h, log,p) appelé diagramme enthalpique, pour le réfrigérant R134a. La droite A – B montre le processus d'évaporation comme changement d'état à 0°C et à une pression correspondante d'environ 3 bars. La chaleur se transfère toujours du milieu le plus chaud dans le premier côté au réfrigérant dans le deuxième côté de l'évaporateur. Le fluide du premier côté est refroidi et le réfrigérant est évaporé. A présent, la chaleur existe sous forme latente dans le réfrigérant. L'enthalpie du réfrigérant a augmenté alors que sa température est restée constante. |
Compression de la vapeur du réfrigérant dans le compresseur à une pression plus élevée
 Seconde phase du cycle de compression. | La figure montre la seconde phase du cycle de compression. Le compresseur aspire la vapeur du réfrigérant à l'état « B » hors de l'évaporateur et la comprime d'une pression d'environ 3 bar à une pression d'environ 12 bar. Lors de ce processus, sa température augmente à environ 50°C. Cela crée un état surchauffé en « C ». L'augmentation de l'enthalpie entre B et C correspond à l'énergie motrice mécanique du compresseur. Dans le processus théorique, cette énergie est complétement transférée à la vapeur du réfrigérant sous forme de chaleur. |
Condensation de la vapeur « chaude » du réfrigérant
Dans le processus, la vapeur du réfrigérant transfère dans un appareil de transfert thermique, le condenseur, la chaleur d'évaporation et de compression absorbée à un flux d'eau ou d'air, qui doit être plus froid que la température de condensation du réfrigérant.
 Condensation. | Si la vapeur surchauffée du réfrigérant est de nouveau refroidie dans un appareil de transfert thermique : le condenseur et la chaleur évacuée, on obtient d'abord de la vapeur saturée. La Figure montre ce point comme le point d'intersection de la ligne horizontale C – D avec la courbe de vapeur saturée du réfrigérant. Une évacuation de chaleur supplémentaire de la vapeur du réfrigérant vers le caloporteur secondaire entraîne une condensation continue de la vapeur du réfrigérant le long de la ligne C – D. Au point D, le réfrigérant est complétement liquide avec une température d'environ 50°C et une pression d'environ 12 bars. Comme dans le processus d'évaporation, le facteur déterminant dans le processus de condensation est la différence de température entre le réfrigérant et le caloporteur. Pendant la condensation, la température du caloporteur doit être inférieure à celle du réfrigérant pour pouvoir évacuer la chaleur. Dans la machine frigorifique, cette chaleur est évacuée vers l'air ou vers l'eau de refroidissement sous forme de déchet, tandis que dans la pompe à chaleur elle est utilisée à des fins de chauffage et représente ainsi le produit final du processus. |
Détente du réfrigérant liquide et chaud
Elle s'opère de la pression de condensation à la pression d'évaporation dans une vanne spéciale d'étranglement et de dosage (le détendeur).
 Détente. | Le niveau pression / température du réfrigérant liquide au point D (Figure 4) est encore trop élevé pour un retour direct dans l'évaporateur. Le liquide doit d'abord être détendu à la pression d'évaporation à l'aide d'un appareil d'étranglement / dosage : Le détendeur. Cet appareil ne réduit pas seulement la pression, il fournit aussi le bon dosage de réfrigérant selon la capacité requise de l'évaporateur. Selon le niveau de commande souhaité dans le cycle, cet appareil peut être thermostatique (commandée par température) ou, dans de petits systèmes de refroidissement, un tube capillaire. Au cours de ce processus, la chaleur n'est ni ajoutée ni retirée du réfrigérant en externe. Ce changement de pression se produit ainsi à enthalpie constante (adiabatique) et donc verticalement dans le diagramme (h, log p) (figure) du point « D » au point « A1 » sur la courbe d'évaporation. Se retrouvant de nouveau au point d'évaporation, nous avons terminé la description du cycle thermodynamique. |
Se retrouvant de nouveau au point d'évaporation, nous avons terminé la description du cycle thermodynamique.
Exemple : Correspondance cycle et points fondamentaux du circuit
Ces quatre phases d'un cycle frigorifique décrites ici en général peuvent être expliquées à l'aide d'un exemple où on retrouve la correspondance des points fondamentaux sur le cycle et un schéma d'installation.
Refoulement de la vapeur sèche du compresseur à la température
et à la pression
.Début de la condensation (apparition de la première goutte de liquide) à la température
et à la pression
.Fin de la condensation (disparition de la dernière bulle de vapeur) à la température
et à la pression
.Entrée du liquide pur au détendeur, à la pression
et à la température
. Début de la détente.Fin de la détente : Sortie du liquide et de la vapeur saturante du détendeur à la pression
et à la température
.Fin de l'évaporation du liquide à la pression
et à la température
.Aspiration de la vapeur sèche à l'entrée du compresseur à la pression
et à la température
.
