Les cycles de réfrigération sont des processus thermodynamiques utilisés pour transférer et manipuler la chaleur dans des systèmes tels que les réfrigérateurs et les climatiseurs.
5 Types de Cycles de Réfrigération dans les Systèmes Thermiques
Les cycles de réfrigération sont essentiels dans de nombreux systèmes thermiques, notamment dans les réfrigérateurs, les climatiseurs et les pompes à chaleur. Ces cycles permettent de transférer la chaleur d’un endroit à un autre, aidant ainsi à maintenir des températures désirées. Voici cinq types de cycles de réfrigération couramment utilisés dans ces systèmes.
1. Cycle de Réfrigération par Compression de Vapeur
Le cycle de réfrigération par compression de vapeur est le plus couramment utilisé dans les applications domestiques et industrielles. Il fonctionne en quatre étapes principales :
Compression : Le réfrigérant (généralement un gaz) est compressé par un compresseur, augmentant ainsi sa température et sa pression.
Condensation : Le réfrigérant chaud et sous haute pression traverse le condenseur, où il rejette de la chaleur à l’environnement extérieur et se condense en un liquide.
Détente : Le réfrigérant passe ensuite par une valve de détente, où sa pression chute brusquement, le refroidissant davantage.
Évaporation : Enfin, le réfrigérant froid et sous basse pression passe à travers l’évaporateur, absorbant la chaleur de l’intérieur de l’appareil (réfrigérateur, climatiseur, etc.), et revient à l’état gazeux.
2. Cycle à Absorption
Le cycle à absorption est une alternative au cycle par compression de vapeur, souvent utilisé lorsque des sources de chaleur résiduelle sont disponibles. Ce cycle utilise un absorbant et un réfrigérant. Par exemple, dans le cycle eau-ammoniac :
Solution forte : L’ammoniac (réfrigérant) est absorbé par l’eau (absorbant) pour former une solution forte.
Génération : La solution forte est chauffée, libérant de l’ammoniac gazeux.
Condensation : L’ammoniac gazeux est alors condensé en liquide.
Évaporation : L’ammoniac liquide passe par une valve de détente et s’évapore en absorbant de la chaleur de la zone à refroidir.
3. Cycle à Adsorption
Le cycle à adsorption fonctionne de manière similaire au cycle à absorption mais utilise des matériaux solides (adsorbants) pour capter le réfrigérant. Par exemple :
Adsorption : Le réfrigérant est adsorbé par un matériau solide comme le gel de silice ou le charbon actif.
Régénération : Le matériau adsorbant est chauffé pour libérer le réfrigérant.
Condensation : Le réfrigérant libéré est condensé en liquide avant de passer par une valve de détente.
Évaporation : Le réfrigérant liquide passe à l’état gazeux en absorbant la chaleur de la zone à refroidir.
4. Cycle de Réfrigération Thermoélectrique
Le cycle de réfrigération thermoélectrique utilise l’effet Peltier, où le courant électrique est utilisé pour transférer de la chaleur d’un côté d’un module thermoélectrique à l’autre. Il est couramment utilisé dans les petits réfrigérateurs portatifs :
Effet Peltier : Lorsque le courant électrique traverse le module thermoélectrique, une face devient froide en absorbant la chaleur, tandis que l’autre face devient chaude.
Évacuation de Chaleur : La chaleur est évacuée de la face chaude vers l’environnement extérieur, tandis que l’intérieur de l’appareil est refroidi.
5. Cycle Stirling
Le cycle Stirling est utilisé dans certaines applications de réfrigération cryogénique. Il fonctionne par des oscillations de gaz à travers des régénérateurs chauds et froids :
Compression Isotherme : Le gaz est compressé isothermement, expulsant de la chaleur.
Regénération : Le gaz chaud traverse un régénérateur où il libère de la chaleur.
Détente Isotherme : Le gaz est ensuite détendu isothermement, absorbant de la chaleur de l’environnement froid.
Détente : Le gaz froid traverse le régénérateur, absorbant la chaleur avant de recommencer le cycle.
Ces cycles de réfrigération sont fondamentaux pour de nombreuses technologies, rendant possible le refroidissement efficace à diverses échelles et pour divers usages. Chacun d’eux utilise des principes thermodynamiques pour transférer et manipuler la chaleur, assurant ainsi un contrôle thermique optimal.
