Responsables de l’échange de chaleur entre l’environnement interne et externe.

Nous avons déjà parlé lors des éditions précédentes de divers composants du système de refroidissement : compresseur, condenseur, évaporateur et éléments de contrôle. Le temps est venu de décrire les fluides frigorigènes en détail.

Chez les équipements dont le fonctionnent repose sur la compression mécanique de la vapeur, le cycle de réfrigération repose sur le processus changement d’état ou de phase du fluide frigorigène : de liquide à gazeux, et de gazeux au liquide. Ces changements de phase se déroulent suivant les cycles de fonctionnement des systèmes de réfrigération.

 Il est également nécessaire que ces substances répondent aux critères d’inflammabilité, de toxicité, d’impacts environnementaux et de performance. C’est sur ces bases que les fluides frigorigènes sont choisis.

 Le processus de refroidissement débute alors que le fluide frigorigène est sous forme gazeuse à basse pression. Le fluide provient de l’évaporateur, d’où il a enlevé la chaleur, passant de liquide à gazeux, et pénètre dans le compresseur par l’orifice d’aspiration.

 Ensuite, le compresseur augmente la pression du gaz et sa température et le propulse ainsi dans le condenseur, où il devient liquide par échange d’air et de chaleur.

 Lors de son passage dans l’élément de contrôle (tube capillaire ou détendeur), le fluide devient liquide à basse pression, déjà dans le milieu ambiant à refroidir, dans l’évaporateur. En sortant de l’évaporateur, il retourne dans le compresseur et le cycle recommence et se répète indéfiniment.

 

Types existants

 Par le passé, diverses substances ont été utilisées comme fluides frigorigènes, jusqu’aux alentours de 1930, quand les CFC (chlorofluorocarbures), tels que le R12, ont commencé à être utilisés. Ils ont été considérés pendant de nombreuses années comme la solution idéale pour le refroidissement pour leurs caractéristiques techniques, d’inflammabilité et de toxicité zéro.

Mais, des décennies plus tard, les chercheurs ont montré que cette substance avait un impact direct sur la réduction de la couche d’ozone de l’atmosphère, dont le rôle de filtrer le rayonnement solaire est fondamental à la vie terrestre. Cette découverte a donné lieu à un accord international pour contrôler son utilisation et établir des objectifs visant à l’éliminer de manière progressive. C’est le protocole de Montréal qui a mis fin à la production de CFC dans le monde entier.

C’est ainsi que les chercheurs ont commencé à chercher des solutions alternatives. Parmi les fluides frigorigènes synthétiques, les fluides suivants se distinguaient des autres :

• les HCFC (hydrochlorofluorocarbures), comme le R22
• les HFC (hydrofluorocarbures) comme le R134a ;
• Les mélanges de fluides frigorigènes différents, tels que :

            – Mélanges de HCFC et HFC : R401a, R401b, R409

-Mélanges de différents HFC :  R404A, R407C, R410A, R508b.

Les HCFC ont été largement utilisés, et il est encore fréquent de les trouver dans les systèmes de réfrigération avec le R22, par exemple. Cependant, les HCFC nuisent à la couche d’ozone en raison de leur PDO (voir encadré ci-dessous).

Les HFC, à leur tour, même s’ils n’ont pas d’impact sur la couche d’ozone, ont été visés par des restrictions en raison d’un autre aspect négatif : leur potentiel de réchauffement global (PRG) élevé.

Les mêmes problèmes se posent pour les différents types de mélange, étant composés principalement de fractions de HCFC et de HFC.

Pour définir la génération suivante de réfrigérants, les chercheurs ont cherché des alternatives ayant un PDO de zéro et un PGR faible. Les meilleures options trouvées ont été les fluides frigorigènes dits naturels, y compris :

[box side= »alignleft » color= »box-vermelho » pos= »horizontal”]CONCEPTS CLÉS POUR COMPRENDRE LES CHEMINS DES FLUIDES FRIGORIGÈNES :

PDO : Acronyme de Potentiel de Destruction de l’Ozone, ou le potentiel de destruction de la couche d’ozone. Le PDO d’une substance montre les dommages qu’elle peut causer à la couche d’ozone, par rapport à CFC-11. Cet indice varie de 0 à 1. Plus le PDO est proche de zéro, moins l’impact sur la couche d’ozone est important.

PGR : Acronyme de Potentiel de Réchauffement Global. C’est une mesure qui montre combien une masse donnée de gaz à effet de serre contribue au réchauffement climatique (ou quelle est sa capacité à retenir la chaleur dans l’atmosphère) relativement à la même masse d’équivalent CO₂.  La valeur PRG est toujours calculée pour une période de temps donnée (par exemple, 20, 50 ou 100 ans). Le CO₂ est le gaz de référence utilisé pour ce calcul et son PRG est de 1. Les autres gaz sont calculés en fonction de CO₂.  Plus le PRG est élevé, plus l’impact sur le réchauffement climatique est important.[/box]

• Les HC (hydrocarbures) comme le R600a, le R290 et le R170 ;
• Le CO₂ (dioxyde de carbone) ou le R744 ;  
• L’ammoniac (NH₃) ou R717 ; 
• L’air, ou R729.

Parmi ces options, en raison de leurs propriétés physico-chimiques, l’utilisation des hydrocarbures a été consolidée et est en train de gagner une présence croissante dans le monde entier. Ils constituent une bonne solution d’un point de vue technique et deviennent encore plus avantageux du fait qu’ils n’ont pas d’effet sur l’environnement.

Le R600a, ou isobutane, est indiqué pour les appareils ménagers et les petites applications commerciales, et remplace le R134a.  Alors que le R290, ou propane, représente une solution alternative pour les applications commerciales légères, et remplace plusieurs applications qui utilisent le R134a, R404A, et dans certains cas le R22.

 Outre l’amélioration de l’efficacité du système de réfrigération, les charges de R290 et R600a sont 40 % à 60 % inférieures aux charges de R134a et R404A.

 Il existe encore une certaine résistance à l’encontre de son utilisation, principalement due à son inflammabilité, mais l’intégralité du circuit électrique de ces produits est conçue pour éviter de créer des étincelles avec ces gaz inflammables. De plus, la charge de gaz est limitée à 150 g. Plus les informations sont divulguées à ce sujet, plus ce problème sécuritaire est surmonté.

Les hydrocarbures : utilisation sécuritaire

Il convient de se rappeler que, dans les marchés exigeants comme le marché européen, ces deux gaz sont utilisés depuis de nombreuses années sans qu’on enregistre des cas d’accidents découlant de leur utilisation.

Il est à noter que la charge d’hydrocarbures dans un réfrigérateur est très faible : environ 80 grammes pour les installations domestiques et jusqu’à 150 g pour les systèmes commerciaux. À titre de comparaison : la masse d’hydrocarbures dans un réfrigérateur représente environ 1 % du total existant dans une bonbonne de gaz de 13 kg, telle qu’on en utilise couramment dans les cuisines.

Lorsque vous effectuez un entretien de ces systèmes contenant des liquides inflammables, n’oubliez pas de prendre quelques précautions :

• Quand vous soudez, tout le frigorigène contenu dans le système doit être libéré dans un espace bien aéré, ou recueilli dans un récipient fermé. La tuyauterie doit être complètement vidée de tout l’isobutane et le propane avant que le chalumeau puisse être utilisé, ou bien avoir été scellée avec une pince-étau pour fermer le tube d’entretien.
• Il faut également être attentif aux appareils électriques, qui doivent être conformes à l’inflammabilité de ces fluides frigorigènes.