Qu’est-ce qu’un évaporateur ?
Un évaporateur est un dispositif qui permet l’évaporation d’un liquide ou d’un solide en un gaz en le dépressurisant. Lorsque la chaleur de vaporisation est utilisée à ce moment-là, on parle d’échangeur de chaleur. Il est utilisé dans les systèmes de climatisation et les réfrigérateurs. Ils sont également utilisés dans les équipements de distillation pour évaporer, collecter et éliminer les solvants, et dans les équipements d’évaporation sous vide utilisés pour former des couches minces.
Dans les échangeurs de chaleur, le fluide du côté refroidi est un gaz tel que l’air ou la vapeur, ou un liquide tel que l’eau, la saumure, le lait ou l’huile. Du côté refroidi par la chaleur de vaporisation par décompression et évaporation se trouvent des réfrigérants, de l’eau et des solvants liquides, où l’échange de chaleur a lieu entre les fluides des deux côtés.
Utilisations des évaporateurs
Les évaporateurs font partie d’un système, comme un système de climatisation, et sont donc utilisés en combinaison avec d’autres équipements plutôt que seuls. Dans les systèmes de climatisation, les évaporateurs sont utilisés pour souffler de l’air froid à l’intérieur d’une habitation ou d’un véhicule. Par exemple, les climatiseurs domestiques, les climatiseurs automobiles ou les climatiseurs commerciaux.
Dans le domaine de la réfrigération et de la congélation, ils sont utilisés pour refroidir l’intérieur des réfrigérateurs électriques, des vitrines réfrigérées, des distributeurs automatiques, des véhicules réfrigérés, des entrepôts à basse température, etc. Dans les applications industrielles, il s’agit de groupes frigorifiques et de turbo-refroidisseurs pour entre-autre la production d’eau glacée, de refroidisseurs d’huile pour les machines-outils, et de refroidisseurs à absorption.
Dans le domaine des équipements physiques et chimiques, les équipements de distillation sont utilisés pour éliminer les solvants. L’intérieur de l’équipement est dépressurisé par une pompe à vide pour évaporer le solvant, puis le gaz est refroidi et récupéré. Dans le domaine des semi-conducteurs, les évaporateurs sont également utilisés dans les systèmes d’évaporation sous vide, où les matériaux filmogènes tels que les métaux et les oxydes métalliques sont chauffés sous vide pour les faire fondre, les évaporer ou les sublimer afin de former des couches minces à la surface d’un substrat.
Principe de l’évaporateur
Lorsque la pression d’un liquide ou d’un solide est réduite, la teneur en vapeur saturée diminue et le liquide s’évapore pour devenir un gaz. Les évaporateurs sont des appareils qui utilisent activement cet effet pour réaliser l’évaporation. Dans le cas des solides, ils s’évaporent et se subliment. Dans le domaine de la réfrigération et de la climatisation, les composés fluorés, les hydrocarbures, l’eau, le dioxyde de carbone et l’ammoniac sont utilisés comme réfrigérants.
Lorsqu’un liquide est évaporé dans un évaporateur dépressurisé, la pression augmente et l’évaporation s’arrête en l’état. Pour une évaporation continue, l’évaporateur doit être relié à un dispositif qui réduit la pression et fait circuler le liquide. Un exemple de ce dispositif est le cycle réfrigération-climatisation.
À titre d’exemple, nous expliquons ce qu’est un climatiseur à évaporation à usage domestique : l’échangeur de chaleur à l’intérieur de l’unité intérieure montée sur le mur de la pièce est l’évaporateur. L’intérieur de l’évaporateur est dépressurisé et le réfrigérant s’évapore, évacuant la chaleur de vaporisation. Le flux d’air provenant de la soufflerie est alors refroidi par l’évaporateur et soufflé dans la pièce sous forme d’air froid. L’unité extérieure comprend un compresseur, un condenseur et une soufflerie, qui sont reliés à l’unité intérieure par des tuyaux pour former un cycle de réfrigération et de conditionnement d’air. Le compresseur aspire le réfrigérant gazeux évaporé de l’évaporateur et maintient l’évaporateur à basse pression. Lorsque le réfrigérant comprimé est refroidi par l’air extérieur ou l’eau, il devient liquide. Cet échangeur de chaleur est le condenseur. Le réfrigérant liquéfié circule vers l’évaporateur pour poursuivre l’action d’évaporation. À l’entrée de l’évaporateur, un dispositif d’étranglement tel qu’un détendeur ou un tube étroit sert de limite entre les côtés basse et haute pression.