Principes et composants d'un circuit frigorifique

28 Juillet 2021

Le but d’un système frigorifique est, à la base, de refroidir une pièce, une chambre froide, des aliments ou des processus de fabrication. Qu’il s’agisse de climatisation ou de réfrigération, le principe reste inchangé. Dans certains cas, comme lors de récupération de chaleur sur un groupe frigorifique ou dans le cas d’une thermofrigopompe, l’utilisation du froid fabriqué par le circuit permet également l’utilisation du chaud rejeté.

Le principe d’un circuit frigorifique

Le principe d’un circuit frigorifique est basé sur le prélèvement d’énergie calorifique dans un endroit à faible température, de transport et de rejet de cette même énergie dans un lieu à température élevée. En résumé, on pompe la chaleur.

Pour ce faire, on utilise donc les propriétés thermodynamiques d’un fluide frigorigène dont la température d’évaporation reste très basse. Par exemple, s’il est convenu que l’eau bout à 100 °C, le fluide R290 "bout", quant à lui, à -42 °C. En faisant jouer la pression, on joue également avec la température d’ébullition. La courbe de changement d’état du fluide frigorigène fait donc état de cette relation pression/température.

circuit frigorifique

Le principe est donc de faire passer le fluide frigorigène dans différents états afin qu’il permette de refroidir l’air en un lieu précis. Reprenons notre fluide R290. Pour l’évaporer, l’air ambiant lui cède de la chaleur dans un échange calorifique. Il le fait donc s’évaporer. Le compresseur récupère les vapeurs en question, les comprime et les refoule sous une forte pression. La température du gaz a alors augmenté et condense à haute température. La chaleur dégagée pendant la condensation est rejetée à l’extérieur. À ce moment, le fluide compressé traverse le détendeur. Sa pression chute et il s’évapore donc à une température bien plus basse. Ce qui a pour conséquence de faire baisser la température de l’air à l’intérieur.

Les composants principaux d’un circuit frigorifique

Les composants de base d’un circuit frigorifique pour du froid commercial ou du froid industriel sont le compresseur, le condenseur, l’évaporateur et le détendeur. On n’oubliera pas, bien entendu, le fluide frigorigène ni les liaisons frigorifiques.

Le compresseur

Le compresseur a un seul but ; faire circuler le fluide frigorigène. Comme expliqué plus haut, le compresseur capte les vapeurs en basse pression avant de les rejeter en haute pression. On trouve des compresseurs de toutes tailles, en fonction des dimensions des applications.

Le condenseur

Après son passage dans le compresseur, le fluide frigorigène rejoint le condenseur. Le but du condenseur est d’évacuer la chaleur, auparavant aspirée par l’évaporateur et compressée dans le compresseur. Il reçoit donc du gaz à haute pression et haute température. C’est là que la chaleur du fluide frigorigène entre en échange avec l’air ou l’eau qu’il va contribuer à chauffer. Lui-même va refroidir et se condenser. Il change à nouveau d’état et repasse de l’état de gaz à celui de liquide. Quand il sort du condenseur, le fluide frigorigène est toujours sous haute pression, mais sa température a baissé.

Le détendeur

Le détendeur termine le cycle en ramenant le fluide frigorigène à basse pression, contribuant ainsi à faire chuter sa température. Il devient plus froid que l’air ou l’eau (médium d’échange calorifique) et, compte tenu de sa basse pression, circule sous forme de mélange liquide/gaz. De là, le cycle recommence…

L’évaporateur

C’est là qu’intervient l’évaporateur, qui récupère la chaleur en évaporant le fluide frigorigène. Le mélange, à basse pression et basse température rejoint donc l’évaporateur en ayant récupéré la chaleur intérieure en s’évaporant. À la sortie de l’évaporateur, le fluide a changé d’état. Il est devenu un gaz qui se fait aspirer par le compresseur.

Les autres composants d’un circuit frigorifique

Après ces quatre composants indispensables, d’autres éléments entrent dans la composition d’un circuit frigorifique ;

Le filtre déshydrateur, dont l’objectif est de filtrer le fluide frigorigène et de lui retirer ses impuretés éventuelles. On peut en effet retrouver des copeaux de cuivre, de la limaille ou des boues. L’autre rôle du filtre est de retirer l’humidité du circuit. Physiquement, il est situé entre le condenseur et le détendeur.
Le voyant, dont le but est de permettre la visualisation du passage du fluide frigorigène au moment où ce dernier est liquide à 100 %. Ce voyant liquide est situé lui aussi entre le condenseur et le détendeur, juste après le déshydrateur.
La bouteille réservoir de fluide. En fonction du débit de fluide régulé par le détendeur, il faut pouvoir stocker le fluide non utilisé. La bouteille est située à la sortie du condenseur.
Les pressostats haute et basse pression. Leur rôle est sécuritaire. Ils ont pour fonction de couper le compresseur en cas de détection de pression anormale trop élevée (pour le pressostat HP), ou d’éviter que la pression ne tombe trop bas (pour le pressostat BP).
La vanne de service, essentiellement utile lors des opérations de maintenance, d’installation ou de démantèlement d’un circuit frigorifique.
La vanne d’inversion de cycle, dont le nom définit parfaitement l’usage. Elle permet de passer du mode froid au mode chaud, en fonction des besoins (sur un climatiseur par exemple)