Comment fonctionne un réfrigérateur : structure et principe de fonctionnement des principaux types de réfrigérateurs

Une compréhension claire de la structure et des processus qui se déroulent à l’intérieur du groupe frigorifique contribue à prolonger la durée de vie de l’équipement. Comprendre le principe de fonctionnement d’un réfrigérateur n’est pas difficile. Dans tout modèle, il consiste à créer un environnement froid en absorbant la chaleur à l’intérieur de l’objet puis en l’évacuant à l’extérieur de l’appareil.

Vous découvrirez tout sur le fonctionnement des réfrigérateurs avec différents principes d’action dans notre article. Nous vous expliquerons les caractéristiques de l’appareil et les règles d’utilisation qui y sont associées. Nos conseils vous aideront à protéger les machines frigorifiques contre les pannes prématurées et vous éviteront d’avoir à les réparer.

Principe de fonctionnement des principaux types de réfrigérateurs

L’équipement frigorifique est utilisé dans de nombreux domaines d’activité. Il est indispensable dans la vie quotidienne et il est impossible d’imaginer le bon fonctionnement des ateliers de production dans les entreprises, des plateformes commerciales et des établissements de restauration.

Selon la destination et le domaine d’application, on distingue plusieurs types principaux d’appareils : à absorption, vortex, thermoélectriques et à compresseur.

Le type à compresseur est le plus répandu, c’est pourquoi nous l’examinerons en détail dans la section suivante. Pour l’instant, indiquons les principales différences entre les quatre structures.

Fonctionnement de la technologie à absorption

Dans le système des installations de type à absorption, deux substances circulent : le fluide frigorigène et l’absorbant. Le rôle de fluide frigorigène est généralement joué par l’ammoniac, plus rarement par l’acétylène, le méthanol, le fréon, ou une solution de bromure de lithium.

L’absorbant est un liquide qui possède une capacité d’absorption suffisante. Il peut s’agir d’acide sulfurique, d’eau, etc.

Tout le fonctionnement de l’équipement est basé sur le principe d’absorption, qui implique l’absorption d’une substance par une autre. La structure se compose de plusieurs éléments principaux : un évaporateur, un absorbeur, un condenseur, des vannes de régulation, un générateur et une pompe.

Les éléments du système sont reliés par des tubes, formant ainsi un circuit fermé unique. Le refroidissement des chambres se fait grâce à l'énergie thermique.

Le processus se déroule de la manière suivante :

• l'agent réfrigérant dissous dans le liquide pénètre dans l'évaporateur ;
• de la solution concentrée se dégagent des vapeurs d'ammoniac bouillant à 33 degrés, refroidissant l'objet ;
• la substance passe dans l'absorbeur, où elle est à nouveau absorbée par l'absorbant ;
• la pompe refoule la solution dans le générateur chauffé par une source de chaleur spécifique ;
• la substance bout et les vapeurs d'ammoniac dégagées se dirigent vers le condenseur ;
• le frigorigène refroidit et se transforme en liquide ;
• le fluide actif traverse le détendeur, se comprime et est envoyé dans l'évaporateur.

En conséquence, l'ammoniac circulant dans le circuit fermé capte la chaleur de la chambre refroidie en entrant dans l'évaporateur. Et la restitue au milieu extérieur lorsqu'il se trouve dans le condenseur. Les cycles se reproduisent sans interruption.

Comme l'appareil ne peut pas être éteint, il n'est pas très économique et se caractérise par une consommation d'énergie élevée. Si un tel équipement tombe en panne, il ne sera probablement pas possible de le réparer.

La dépendance des appareils à absorption vis-à-vis des variations de tension, de courant et d'autres paramètres du réseau électrique est minimale. Leurs dimensions compactes permettent de les installer facilement dans n'importe quel endroit pratique.

La conception de ces dispositifs ne comporte pas d'éléments mobiles et frottants volumineux, ce qui leur confère un faible niveau sonore. Ces appareils sont adaptés aux bâtiments dont le réseau électrique est soumis à des charges de pointe constantes, ainsi qu'aux endroits dépourvus d'alimentation électrique permanente.

Le principe d'absorption est mis en œuvre dans les installations frigorifiques industrielles, les petits réfrigérateurs pour voitures et bureaux. On le rencontre parfois dans certains modèles domestiques fonctionnant au gaz naturel.

Principe de fonctionnement des modèles thermoélectriques

La diminution de la température dans la chambre du réfrigérateur thermoélectrique est obtenue grâce à un système spécial qui évacue la chaleur selon l'effet Peltier. Celui-ci implique l'absorption de chaleur au niveau de la jonction de deux conducteurs différents lorsqu'un courant électrique la traverse.

La conception de ces réfrigérateurs se compose d'éléments thermoélectriques en forme de cube, fabriqués à partir de métaux. Ils sont réunis par un seul circuit électrique. Avec le déplacement du courant d'un élément à l'autre, la chaleur se déplace également.

Une plaque en aluminium l'absorbe depuis le compartiment intérieur, puis le transmet à des pièces de travail cubiques, qui à leur tour le redirigent vers le stabilisateur. Là, grâce à un ventilateur, il est expulsé à l'extérieur. C'est sur ce principe que fonctionnent les mini-réfrigérateurs portables et les sacs à effet refroidissant.

Dans la plupart des modèles d'appareils de refroidissement thermoélectriques, en inversant la polarité de l'alimentation, vous pouvez obtenir non seulement du froid, mais aussi de la chaleur – jusqu'à 60 degrés Celsius. Cette fonction est utilisée pour réchauffer les aliments.

Cet équipement est utilisé en camping, dans l'aménagement de voitures particulières, de yachts et de bateaux à moteur, et est souvent installé dans les résidences secondaires et autres endroits où il est possible d'alimenter l'appareil avec une tension secteur de 12 V.

Dans les produits thermoélectriques, un mécanisme d'urgence spécial est prévu, qui les désactive en cas de surchauffe des pièces de travail ou de défaillance du système de ventilation.

Parmi les avantages de cette méthode de fonctionnement figurent une fiabilité élevée et un niveau de bruit assez faible lors de l'utilisation des appareils. Les inconvénients incluent le coût élevé et la sensibilité aux températures extérieures.

Caractéristiques des équipements à refroidisseurs vortex

Les appareils de cette catégorie comportent un compresseur. Il comprime l'air, qui se dilate ensuite dans les blocs de refroidisseurs vortex installés. L'objet est refroidi en raison de la dilatation brutale de l'air comprimé.

Les dispositifs vortex sont durables et sûrs : ils ne nécessitent pas d'électricité, ne comportent pas de pièces mobiles et ne contiennent pas de substances chimiques dangereuses dans leur système interne.

La méthode des refroidisseurs vortex n'a pas connu une large diffusion, se limitant à des échantillons de test. Cela s'explique par une consommation d'air élevée, un fonctionnement très bruyant et une puissance frigorifique relativement faible. Parfois, ces dispositifs sont utilisés dans les entreprises industrielles.

Aperçu de la technologie à compresseur

Les réfrigérateurs à compression sont le type d'équipement le plus répandu dans les foyers. On les trouve dans presque chaque maison : ils ne consomment pas trop d'énergie et sont sûrs à utiliser. Les modèles les plus réussis de fabricants fiables servent leurs propriétaires pendant plus de 10 ans. Examinons leur structure et les principes selon lesquels ils fonctionnent.

Particularités de la structure interne

Un réfrigérateur domestique classique est une armoire orientée verticalement, équipée d'une ou deux portes. Son corps est fabriqué en tôle d'acier rigide d'une épaisseur d'environ 0,6 mm ou en plastique résistant, allégeant le poids de la structure porteuse.

Pour une étanchéité de qualité du produit, on utilise une pâte à haute teneur en résine chlorvinylique. La surface est apprêtée et recouverte d'un émail de qualité appliqué au pistolet. Pour la fabrication des compartiments métalliques intérieurs, on utilise la méthode dite d'emboutissage ; les armoires en plastique sont fabriquées par moulage sous vide.

Les portes de l'appareil sont constituées de feuilles d'acier. Sur les bords, un joint en caoutchouc dense est inséré, empêchant l'air extérieur de pénétrer. Certaines modifications intègrent des fermetures magnétiques.

Entre la paroi intérieure et extérieure du produit, on intercale obligatoirement une couche d'isolation thermique, qui protège la chambre de la chaleur tentant de pénétrer de l'environnement extérieur et empêche la perte du froid produit à l'intérieur. À ces fins, le feutre minéral ou de verre, le polystyrène expansé, le polyuréthane expansé conviennent bien.

L'espace intérieur est traditionnellement divisé en deux zones fonctionnelles : la zone de réfrigération et la zone de congélation.

Selon la forme de l'agencement, on distingue :

• mono- ;
• bi- ;
• les appareils multi-compartiments.

Une catégorie distincte est consacrée aux appareils Side-by-Side, comprenant deux, trois ou quatre compartiments.

Les appareils à un seul compartiment sont équipés d'une seule porte. Dans la partie supérieure de l'équipement se trouve un compartiment congélateur avec sa propre porte à mécanisme basculant ou ouvrant, dans la partie inférieure – le compartiment réfrigérateur avec des étagères réglables en hauteur.

Dans les compartiments, un éclairage à LED ou une lampe à incandescence ordinaire est installé pour voir ce qui se trouve dans le réfrigérateur.

Les appareils de type «côte à côte» sont beaucoup plus volumineux et plus larges que leurs homologues. Les deux compartiments occupent l'espace sur toute la hauteur de l'équipement. Ils sont disposés parallèlement l'un à l'autre.

Dans les appareils à deux compartiments, les armoires intérieures sont isolées et séparées chacune par leur propre porte. La disposition des compartiments peut être européenne ou asiatique. La première option suppose un agencement inférieur du congélateur, la seconde un agencement supérieur.

Éléments constitutifs de la structure

Les réfrigérateurs de type à compression ne produisent pas de froid. Ils refroidissent l'objet en absorbant la chaleur interne et en la transférant vers l'extérieur.

Le processus de création du froid se déroule avec la participation des composants suivants :

• agent réfrigérant ;
• condenseur ;
• évaporateur ;
• compresseur ;
• détendeur thermostatique ;

Le frigorigène utilisé pour remplir le système du réfrigérateur est constitué de différentes marques de fréon – des mélanges de gaz à haute fluidité et à des températures d'ébullition/évaporation assez basses. Le mélange se déplace dans un circuit fermé, transportant la chaleur à travers différentes parties du cycle.

Dans la plupart des cas, les fabricants utilisent le Fréon 12 comme élément de travail pour les machines frigorifiques domestiques. Ce gaz incolore à l'odeur spécifique à peine perceptible n'est pas toxique pour l'homme et n'affecte pas le goût et les propriétés des aliments conservés dans les compartiments.

Le compresseur est la pièce centrale de la conception de tout réfrigérateur. C'est un appareil à inverter ou linéaire qui provoque la circulation forcée du gaz dans le système en augmentant la pression. En termes simples, le compresseur du réfrigérateur comprime les vapeurs de fréon et les force à se déplacer dans la direction souhaitée.

L'appareil peut être équipé d'un ou deux compresseurs. Les vibrations générées pendant le fonctionnement sont absorbées par la suspension externe ou interne. Dans les modèles à deux compresseurs, chaque compartiment est géré par un dispositif distinct.

La classification des compresseurs prévoit deux sous-types :

1. Dynamique. Il force le réfrigérant à se déplacer grâce à la force de mouvement des pales d'un ventilateur centrifuge ou axial. Il a une structure simple, mais en raison d'un faible rendement et d'une usure rapide sous l'effet du couple, il est rarement utilisé dans les appareils domestiques.
2. Volumétrique. Il comprime le fluide de travail à l'aide d'un dispositif mécanique spécial actionné par un moteur électrique. Il existe des types à piston et rotatifs. Ce sont principalement ces compresseurs qui sont installés dans les réfrigérateurs.

Appareil à piston se présente sous la forme d'un moteur électrique à arbre vertical, enfermé dans un boîtier métallique monobloc. Lorsque le relais de démarrage connecte l'alimentation, il active le vilebrequin et le piston fixé sur celui-ci commence à se déplacer.

Un système de vannes d'ouverture et de fermeture est mis en service. En fin de compte, les vapeurs de fréon sont extraites de l'évaporateur et refoulées dans le condenseur.

En cas de panne du compresseur à piston, la réparation n'est possible qu'avec l'utilisation d'un équipement professionnel spécialisé. Tout démontage dans un environnement domestique risque d'entraîner une perte d'étanchéité et l'impossibilité d'une exploitation ultérieure.

Dans les mécanismes rotatifs, la pression nécessaire est maintenue par deux rotors se déplaçant l'un vers l'autre. Le fréon pénètre dans la poche supérieure située au début des arbres, est comprimé et sort par l'orifice inférieur de petit diamètre. Pour réduire la friction, de l'huile est introduite dans l'espace entre les arbres.

Condenseurs sont réalisés sous forme d'un serpentin en grille, fixé sur la paroi arrière ou latérale de l'équipement.

Ils ont des conceptions différentes, mais répondent toujours à une seule tâche : refroidir les vapeurs de gaz chaudes aux valeurs de température définies par condensation de la substance et dissipation de la chaleur dans la pièce. Ils peuvent être de type à panneau ou à tubes à ailettes.

L'évaporateur est constitué d'une fine tuyauterie en aluminium et de plaquettes en acier soudées. Il est en contact avec les compartiments internes du réfrigérateur, évacue efficacement la chaleur absorbée de l'appareil et abaisse considérablement la température dans les armoires.

Vanne thermostatique est nécessaire pour maintenir la pression du fluide de travail à un niveau déterminé. Les principaux composants de l'unité sont reliés entre eux par un système de tubes formant un anneau fermé étanche.

Séquence du cycle de fonctionnement

La température optimale pour le stockage à long terme des provisions dans les appareils à compression est créée au cours de cycles de travail successifs.

Ils se déroulent comme suit :

• lorsque l'appareil est branché au réseau électrique, le compresseur démarre, comprime les vapeurs de fréon, augmentant simultanément leur pression et leur température ;
• sous l'effet de la surpression, le fluide chaud à l'état gazeux pénètre dans le réservoir du condenseur ;
• en se déplaçant le long d'un long tube métallique, la vapeur libère la chaleur accumulée dans l'environnement extérieur, se refroidit progressivement jusqu'à la température ambiante et se transforme en liquide ;
• le fluide liquide passe à travers un filtre déshydrateur qui absorbe l'excès d'humidité ;
• le réfrigérant pénètre dans un tube capillaire étroit, à la sortie duquel sa pression diminue ;
• la substance se refroidit et se transforme en gaz ;
• la vapeur refroidie atteint l'évaporateur et, en passant par ses canaux, absorbe la chaleur des compartiments intérieurs de l'appareil frigorifique ;
• la température du fréon augmente et il retourne au compresseur.

En termes simples, le fonctionnement d'un réfrigérateur à compression est le suivant : le compresseur fait circuler le réfrigérant en circuit fermé. Le fréon, quant à lui, change d'état grâce à des dispositifs spéciaux, collecte la chaleur à l'intérieur et la transporte vers l'extérieur.

Le cycle de travail dans le système se répète jusqu'à ce que les valeurs de température définies par les programmes système soient atteintes, et reprend lorsque leur augmentation est détectée.

Après refroidissement jusqu'aux paramètres souhaités, le thermostat arrête le moteur en ouvrant le circuit électrique.

Lorsque la température dans les compartiments commence à augmenter, les contacts se referment et le moteur électrique du compresseur est mis en action par le relais de protection et de démarrage. C'est pourquoi, pendant le fonctionnement du réfrigérateur, le bourdonnement du moteur apparaît puis s'éteint constamment.

Recommandations d'utilisation et d'entretien

L'utilisation de l'équipement n'a rien de complexe : il fonctionne en mode automatique 24 heures sur 24. La seule chose à faire lors de la première mise en marche et à ajuster périodiquement en cours d'utilisation est de régler la température optimale dans les conditions données.

La température souhaitée est définie par le thermostat. Dans un système électromécanique, les valeurs sont réglées à vue ou en tenant compte des recommandations indiquées dans le manuel du fabricant. Il faut également prendre en compte le type et la quantité de produits stockés dans le réfrigérateur.

La poignée du régulateur est généralement un mécanisme rond avec plusieurs graduations, ou, dans les modèles plus récents et plus chers, la commande peut se faire via un panneau tactile.

Pour évaluer le degré de congélation, les experts conseillent de placer d'abord le régulateur en position médiane, puis, après un certain temps, de le tourner vers la droite ou la gauche si nécessaire.

Chaque repère sur une telle poignée correspond à un certain mode de température : plus la graduation est élevée, plus la température est basse. Le bloc électronique permet quant à lui de régler la température avec une précision maximale d'un degré à l'aide d'un régulateur rotatif ou de boutons.

Par exemple, réglez la valeur à -14 degrés dans le compartiment congélateur. Tous les paramètres saisis s'afficheront sur l'écran numérique.

Pour prolonger au maximum la durée de vie de votre réfrigérateur domestique, il faut non seulement comprendre son fonctionnement, mais aussi en prendre soin correctement. L'absence d'entretien adéquat et une utilisation inappropriée peuvent entraîner une usure rapide des pièces importantes et un fonctionnement défectueux.

On peut éviter des conséquences indésirables en suivant un certain nombre de règles :

1. Nettoyer régulièrement le condenseur de la saleté, de la poussière et des toiles d'araignée dans les modèles avec une grille métallique ouverte à l'arrière. Pour ce faire, utilisez un chiffon légèrement humide ou un aspirateur avec un petit embout.
2. Installer correctement l'appareil. Veillez à ce que la distance entre le condenseur et le mur de la pièce soit d'au moins 10 cm. Cette mesure permettra d'assurer une circulation d'air sans entrave.
3. Dégivrer en temps voulu, sans laisser se former une couche de glace excessive sur les parois des compartiments. Pour éliminer les croûtes de glace, il est interdit d'utiliser des couteaux ou d'autres objets tranchants qui pourraient facilement endommager et mettre hors service l'évaporateur.

Il faut également tenir compte du fait que le réfrigérateur ne doit pas être placé à proximité d'appareils de chauffage ou dans des endroits susceptibles d'être exposés directement aux rayons du soleil. Une influence excessive de la chaleur externe nuit au fonctionnement des principaux composants et aux performances générales de l'appareil.

Pour le nettoyage des pièces de l'appareil en acier inoxydable, seuls les produits spéciaux recommandés par le fabricant dans le mode d'emploi de l'appareil conviennent.

Si un transport d'un endroit à un autre est prévu, il est préférable de transporter l'équipement dans un camion avec un fourgon haut, en le fixant en position strictement verticale.

Ainsi, on peut éviter les pannes, les fuites d'huile du compresseur qui pénètre directement dans le circuit de circulation de l'agent de refroidissement.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo #1. Comment fonctionne le groupe frigorifique :

Vidéo #2. Explication détaillée du fonctionnement des réfrigérateurs à compression :

Vidéo #3. Informations sur le fonctionnement des machines à absorption :

Tant que l’équipement frigorifique fonctionne correctement, les consommateurs s’intéressent rarement à sa structure. Cependant, ces connaissances ne doivent pas être négligées. Elles sont très précieuses car elles permettent d’identifier rapidement la cause d’une panne et de localiser le problème, évitant ainsi des dysfonctionnements graves.

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