Condenseurs [Chauffage, PAC]

Le principe de fonctionnement du condenseur[1]Cette page est principalement basée sur J. Bernier “La pompe à chaleur – déterminer – installer – entretenir”

Le condensation du fluide frigorigène transmet la chaleur à l’environnement à chauffer.

Trois phases se succèdent le long d’un échangeur de chaleur à contre-courant (le fluide frigorigène et le fluide à chauffer vont dans des sens opposés) : la désurchauffe, la condensation proprement dite et le sous-refroidissement.

  1. Pendant la désurchauffe, le fluide frigorigène à l’état de vapeur qui vient du compresseur se refroidit à pression constante en cédant de sa chaleur sensible au fluide extérieur.
  2. La condensation commence quand la première goutte de liquide frigorigène apparaît, et se produit à pression et température constantes. Lors de cette phase, les vapeurs qui se condensent cèdent leur chaleur latente de condensation au fluide extérieur qui se réchauffe.
  3. Lorsque toute la vapeur a été condensée, le liquide frigorigène va se sous-refroidir à pression constante en cédant de nouveau de la chaleur sensible au fluide extérieur.

Cependant, en pratique, les trois phases coexistent dans une même section de l’échangeur de chaleur. Le fluide frigorigène circule dans un tube en contact avec l’eau ou l’air. La partie du fluide frigorigène qui touche le tube est liquide et se sous-refroidit. Le fluide qui est en contact avec ce liquide condense à son tour. Le gaz frigorigène qui est au centre du tube désurchauffe simplement.

En résumé, la quantité de chaleur évacuée au condenseur comprend la chaleur sensible de la vapeur surchauffée, la chaleur latente de condensation du fluide frigorigène et la chaleur sensible de sous-refroidissement du liquide frigorigène.

Les condenseurs à air

On utilise ce type de condenseur lorsque le fluide extérieur à chauffer est de l’air. On se trouve alors dans le cas d’une pompe à chaleur air/air ou eau/air.

Le condenseur à air le plus couramment utilisé comprend des tubes à ailettes, un ventilateur centrifuge de brassage d’air et un filtre. Les tubes sont reliés parallèlement les uns aux autres entre deux collecteurs. Un de ces collecteurs alimente les tubes en vapeur frigorigène surchauffée, l’autre évacue le liquide.

Les condenseurs à eau

Dans ce cas la source chaude est de l’eau. On distingue quatre types de condenseurs à eau :

  • Les condenseurs à serpentins : Le serpentin en cuivre forme une spirale à l’intérieur d’une enveloppe d’acier soudé. L’eau de la source chaude circule dans le serpentin et le fluide frigorigène dans l’enveloppe d’acier. Le fluide frigorigène se condense dans l’enveloppe au contact de la surface du serpentin.
  • Les condenseurs à tubes coaxiaux : Les tubes concentriques en cuivre sont enroulés ensemble en forme de spirale. L’eau circule dans le tube intérieur et le fluide frigorigène se condense à l’extérieur.
  • Les condenseurs à plaques brasées : Cet échangeur se compose de plaques en acier inoxydable assemblées par brasage. Le fluide frigorigène en condensation circule dans une plaque sur deux, et l’eau à réchauffer dans les autres plaques.

  • Les condenseurs multitubulaires : Un grand nombre de tubes, dans lequel circule l’eau à chauffer, sont placés à l’intérieur d’un anneau. La condensation du fluide frigorigène s’effectue sur la surface extérieure des tubes, à l’intérieur de l’enveloppe. À chaque extrémité de l’anneau se trouvent des boîtes à eau qui distribuent l’eau en série et parallèle dans les divers tubes. Les tubes sont souvent équipés de petites ailettes afin d’augmenter le coefficient d’échange thermique.

Les coefficients d’échange des condenseurs à eau vont de 700 à 1 100 [W/m².K].

Sources[+]