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Cycle frigorifique à compression de vapeur

1834
  • Oliver Evans
  • Jacob Perkins
  • Alexander Twining
Système de réfrigération à compression de vapeur dans un laboratoire de génie mécanique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Le cycle de compression de vapeur est le thermodynamique Le procédé utilisé par la plupart des pompes à chaleur comprend quatre étapes : la compression d'une vapeur de fluide frigorigène, sa condensation en un liquide à haute pression avec dégagement de chaleur, sa détente à travers une soupape pour obtenir un mélange liquide/vapeur à basse pression, et son évaporation en un gaz à basse pression avec absorption de chaleur. Ce cycle permet ainsi de déplacer l'énergie thermique à contre-courant.

Le cycle de compression de vapeur est la pierre angulaire de la réfrigération et du chauffage modernes. pompe technologie. Elle exploite le principe physique de chaleur latente de vaporisation, un processus au cours duquel une substance absorbe ou libère une grande quantité d'énergie lors de son changement d'état entre liquide et gazeux. Ce cycle utilise un fluide volatil appelé réfrigérant.

Le processus commence au niveau du compresseur, qui aspire de la vapeur de fluide frigorigène à basse pression et basse température et la comprime en une vapeur surchauffée à haute pression et haute température. Cette opération nécessite un important travail mécanique. Ensuite, la vapeur chaude pénètre dans le condenseur, un échangeur de chaleur où elle cède sa chaleur à l'environnement plus chaud (par exemple, l'air extérieur en été) et se condense en un liquide à haute pression. La troisième étape est le détendeur (ou un tube capillaire), où le liquide à haute pression subit une chute de pression rapide, provoquant une vaporisation instantanée. Il en résulte un mélange de liquide et de vapeur à basse pression et basse température. Enfin, ce mélange froid entre dans l'évaporateur, un autre échangeur de chaleur, où il absorbe la chaleur de l'environnement plus froid (par exemple, l'air intérieur en été), provoquant l'évaporation du liquide restant. Cette vapeur à basse pression retourne ensuite au compresseur, et le cycle se répète. En inversant les rôles du condenseur et de l'évaporateur, le système peut produire du chauffage au lieu du refroidissement.

UNESCO Nomenclature: 3322
- Ingénierie mécanique

Taper

Cycle thermodynamique

Perturbation

Révolutionnaire

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Compréhension de la chaleur latente par Joseph Black
  • La loi de Boyle et la loi de Charles décrivent le comportement des gaz
  • développement des premiers compresseurs mécaniques pour les procédés industriels
  • découverte que les fluides volatils comme l'éther provoquent un refroidissement lors d'une évaporation rapide

Applications

  • réfrigérateurs et congélateurs domestiques
  • systèmes de climatisation pour bâtiments et véhicules
  • Réfrigération à échelle industrielle pour les usines de transformation alimentaire et chimique
  • cryogénie pour liquefaction of gases like nitrogen and oxygen
  • refroidisseurs pour grands systèmes de climatisation commerciaux

Brevets:

  • GB Patent 6662 (Jacob Perkins, 1834)

Idées d'innovations potentielles

  • compresseurs à paliers magnétiques sans huile pour éliminer les pertes par frottement et améliorer la fiabilité
  • Échangeurs de chaleur à microcanaux pour condenseurs et évaporateurs afin d'augmenter la surface et l'efficacité du transfert de chaleur
  • Détendeurs électroniques pour un contrôle précis du débit de réfrigérant, améliorant l'efficacité dans une plage de conditions plus étendue.
  • refrigerant-free cycles using magnetic (magnetocaloric) or acoustique (thermoacoustic) principles
  • Cycles de compression de vapeur miniaturisés pour le refroidissement des appareils électroniques personnels et de la microrobotique
  • Les systèmes de réfrigération en cascade utilisent plusieurs cycles imbriqués avec différents fluides frigorigènes pour atteindre des températures ultra-basses.
  • cycles frigorifiques à éjecteur amélioré qui utilisent la chaleur résiduelle pour réduire la charge de travail du compresseur
  • développement de fluides frigorigènes à faible potentiel de réchauffement global (PRG) pour remplacer les HFC traditionnels
  • cycles hybrides absorption-compression alimentés par énergie solaire thermique
  • systèmes intégrés qui utilisent la chaleur résiduelle du cycle frigorifique pour le chauffage de l'eau sanitaire
Related to: vapor-compression, refrigeration cycle, refrigerant, compressor, condenser, expansion valve, evaporator, thermodynamics, phase change, heat transfer.

Contexte historique

Cycle frigorifique à compression de vapeur

-500
1750
1788
1834
1850
1850
1850
-500
1700
1761
1807-01-01
1850
1850
1850
1850

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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