Évaporateurs [PAC]

Ce type d’évaporateurs s’utilise lorsque la source froide est… l’air.

Le fluide frigorigène circule dans un tube qui traverse de nombreuses ailettes d’aluminium (en général rectangulaires, mais aussi parfois circulaires ou hélicoïdales). Les tubes sont disposés en série, formant une nappe, et les différentes nappes sont associées en parallèle. On peut avoir deux configurations des tubes en ce qui concerne l’alimentation en fluide frigorigène :

• Soit, les nappes sont assemblées en parallèle à l’entrée et à la sortie de l’évaporateur. Le collecteur d’entrée est alors alimenté par le détendeur.

• Soit, les nappes sont assemblées en parallèle seulement à la sortie. Le détendeur est alors un capillaire d’alimentation et il y a un distributeur de liquide à l’entrée de l’évaporateur. Ce dernier répartit le fluide en quantités égales dans chacun des circuits. La sortie de chaque circuit aboutit au collecteur d’aspiration.

Dans ces évaporateurs, il peut y avoir de la ventilation (c’est-à-dire de la convection forcée) ou de la convection naturelle. Les ailettes alimentées par ventilation seront très rapprochées les unes des autres, les ailettes alimentées par convection naturelle seront très espacées.

En pratique, l’on procède souvent à une filtration de l’air avant l’évaporateur. Le ventilateur peut être de type centrifuge ou hélicoïdal.

Condensation et givre

Lorsque la température des parois extérieures de l’évaporateur devient inférieure à la température de rosée de l’air, il se produit le phénomène de condensation ou de givrage sur l’évaporateur (condensation si la température de paroi est supérieure à 0 °C et givrage si non). Une chaleur latente, résultant de l’apparition d’eau ou de glace, s’ajoute à la chaleur sensible captée sur l’air. Ceci influence directement les échanges thermiques.

Au fur et à mesure qu’il se forme, le givre a pour effet de produire une isolation thermique de l’évaporateur conduisant à une chute du coefficient d’échange thermique. Il contribue également à la diminution du passage d’air, conduisant à une augmentation de la perte de charge côté air et par suite à une diminution du débit d’air. On cherchera donc à éliminer le givre.

La condensation a pour effet de mouiller l’évaporateur. Il convient d’éliminer l’eau condensée et d’éviter son entraînement dans les circuits d’air. On choisira donc des vitesses de passage d’air inférieures à 3 m/s.
Dans certains cas de refroidissement, il ne se produit ni givrage ni condensation, et ce, même lorsque la température de paroi est négative.

Les différents évaporateurs à eau qui existent sont listés dans cette section. Pour comprendre les notions d’évaporateurs à surchauffe ou noyés, cliquer ici !.

Évaporateurs coaxiaux en spirale (ou évaporateurs double tube) = Évaporateurs à surchauffe

Dans ces évaporateurs, deux tubes de cuivre coaxiaux sont enroulés en spirale. Le fluide frigorigène qui se vaporise circule dans le plus petit tube (le tube intérieur) et le fluide caloporteur (eau glycolée) circule à contre-courant dans l’espace annulaire entre les deux tubes.

Ces évaporateurs présentent des difficultés d’entretien et il faut utiliser de l’eau propre non entartrante.

Évaporateurs à plaques brasées = Évaporateurs à surchauffe

Ils se composent d’une série de plaques d’acier inoxydable assemblées par brasure (= avec un métal d’apport). L’eau glycolée et le fluide frigorigène en évaporation circulent à contre-courant de chaque côté de ces plaques.

La conception de ces échangeurs favorise des coefficients d’échange thermique très élevés avec une différence de température très faible entre les deux fluides. Ceci en fait des appareils très performants et compacts, en plus d’être robustes. Un autre avantage est les pertes de charge sur l’eau qui sont en général assez faibles. Ces évaporateurs sont aussi suffisamment étanches pour permettre l’utilisation de fluides frigorigènes.

La petite taille des canaux facilite cependant l’encrassement. Les circuits doivent donc être très propres ou alors on peut prévoir des filtres à l’entrée de l’eau glycolée dans l’évaporateur. Un autre inconvénient est la non-résistance au gel de ces échangeurs. De l’antigel doit donc être présent en quantité suffisante et de façon homogène dans les circuits de capteurs enterrés.

Évaporateurs multitubulaires = Évaporateurs à surchauffe ou noyés

• Les évaporateurs multitubulaires noyés sont constitués d’un faisceau de tubes métallique soudé sur des plaques à l’intérieur d’un corps cylindrique en acier. L’eau de la source froide circule dans les tubes intérieurs et le fluide frigorigène s’évapore dans le corps principal à l’extérieur des tubes. Il y a un séparateur de gouttelettes dans l’évaporateur pour éviter les entraînements de liquide vers le compresseur. Malgré cela, il faut en plus prévoir une bouteille anti-coups de liquide pour protéger le compresseur. Ces évaporateurs présentent un autre problème : celui de piéger l’huile de lubrification (si elle est présente dans l’installation).

• Les évaporateurs multitubulaires à surchauffe sont aussi appelés évaporateurs à épingles (à cause de la forme du faisceau tubulaire) ou évaporateur Dry-Ex. Ici le fluide frigorigène circule dans les tubes, à l’inverse de l’évaporateur multitubulaire noyé. Les tubes sont en général munis d’ailettes intérieures afin d’augmenter la surface d’échange. L’évaporateur est alimenté par un détendeur thermostatique, qui permet d’adapter le débit de fluide frigorigène entrant dans l’évaporateur et donc de contrôler la surchauffe des vapeurs. Cet évaporateur ne montre pas de problème de piégeage d’huile, car elle se dirige vers le carter du compresseur si elle est entraînée par le fluide frigorigène.

Évaporateurs à serpentin = Évaporateurs noyés

Dans ce cas, les tubes (le plus souvent en cuivre) de l’évaporateur sont noyés dans un réservoir d’eau (de nappe phréatique, d’étang, etc.). Ils sont enroulés en spirale ou suivant la forme du bac. L’eau pénètre dans le réservoir et peut déborder. Cette technique permet d’éviter les problèmes de gel car la glace se forme autour des tubes sans dégrader l’évaporateur.

Ce type d’évaporateur, facilement nettoyable, autorise l’usage d’eau de mauvaise qualité sur le plan de la propreté (sable, débris de feuilles,…). Par contre, les coefficients d’échange thermique sont assez faibles, ce qui nécessite de grandes longueurs de tubes et conduit à un encombrement important.