Dégivrage

L’air ambiant autour de l’évaporateur contient de l’eau. Cette eau givre au contact des surfaces froides de l’évaporateur lorsque la température dans la batterie est inférieure à 0°.

Du côté de la chambre froide ou du meuble frigorifique

Le givre diminue le transfert thermique entre l’air et la surface extérieure de la batterie.
Le givre sur les tubes à ailettes de l’évaporateur gêne la circulation de l’air soufflé par le ventilateur. Le débit d’air diminue puisque la résistance à l’écoulement de l’air au travers de la batterie givrée s’accroît. L’apport de froid vers la chambre se fait moins bien. La température de la chambre froide monte quelque peu.

Du côté du circuit frigorifique

Les résultats de ces effets sont :

• Suite à la résistance thermique qui se crée entre la batterie et l’air (c’est une “couche isolante” entre l’échangeur et la chambre froide), le réfrigérant ne s’évapore pas entièrement dans l’évaporateur.

• La quantité de vapeur produite diminue, mais le compresseur continue d’aspirer puisque la température de consigne n’est pas atteinte. La pression à l’entrée du compresseur (BP) diminue. Si la pression diminue, la température d’évaporation diminue également. À court terme, cela augmente le froid donné à la chambre (l’écart de température “chambre-évaporateur” augmente), mais cela augmente l’effet de givrage.

• Le détendeur va réagir : il constate que la surchauffe des gaz est trop faible, il imagine que c’est parce que la charge frigorifique dans la chambre a diminué et il diminue le débit de fluide. La quantité de vapeur produite diminue encore, la Basse Pression diminue également et le givrage s’accentue.

• Au point que la conduite d’aspiration vers le compresseur peut complètement givrer. Quelques gouttes liquides de réfrigérant peuvent alors se retrouver à l’entrée du compresseur, avec le risque de créer des “coups de liquide” au compresseur.

Globalement, le compresseur de la machine frigorifique travaille avec une mauvaise efficacité énergétique : la couche de glace sur l’évaporateur peut être comparée à une couverture posée sur un radiateur (pour obtenir la même chaleur, il faudra augmenter la température de l’eau et diminuer le rendement en chaudière).

Voici la séquence de dégivrage la plus utilisée :

1. Arrêt du fluide frigorigène dans la batterie à dégivrer

On coupe l’alimentation électrique de la vanne magnétique qui se trouve sur le circuit juste avant l’évaporateur. La vanne se ferme. La Basse Pression au compresseur descend et le compresseur s’arrête dès que le niveau réglé sur le pressostat Basse Pression est atteint.

Quand il n’y a pas de vanne magnétique, le compresseur est directement arrêté électriquement (contacteur). Mais dans ce cas, une migration de réfrigérant peut se produire et encore continuer à s’évaporer, ce qui peut poser problème.

2. Arrêt de la ventilation de l’évaporateur

En arrêtant la ventilation, on évite une diffusion dans la chambre froide de la chaleur dégagée par l’évaporateur en cours de dégivrage.

Des fabricants d’évaporateurs ont même imaginé des manchons souples en fibre polyester (encore appelés “shut up”), placés à la sortie du ventilateur de l’évaporateur et d’environ 50 cm de long. Lorsque la ventilation est à l’arrêt, ce manchon retombe et se rabat sur la surface de pulsion du ventilateur. Une barrière physique autour de la chaleur produite dans l’évaporateur est créée.

3. Réchauffage de la batterie jusqu’à une température supérieure à 0°C pour faire fondre la glace

Le positionnement d’une sonde de fin de dégivrage est nécessaire dans la batterie pour permettre le contrôle de la température à 0° et permettre à la production de froid de reprendre. En pratique, la position idéale de la sonde n’est pas facile à déterminer, car le givre n’est pas toujours uniforme sur l’évaporateur.

4. Remise en circulation du fluide frigorigène

Après disparition du givre et égouttage soigné de la batterie pour éliminer l’eau de fusion, le fluide frigorigène est remis en circulation pour refroidir la batterie.

Pour s’assurer du parfait égouttage, une temporisation est prévue entre la fin du dégivrage et l’ouverture de la vanne magnétique permettant à la production frigorifique de reprendre.

5. Remise en fonctionnement de la ventilation

C’est seulement après l’ouverture de la vanne magnétique et après une deuxième temporisation (permettant à la batterie d’atteindre une température moyenne inférieure ou égale à celle de l’enceinte) que les ventilateurs de l’évaporateur sont remis en fonctionnement (technique encore appelée “snap freeze”).

À défaut, la remise en route prématurée des ventilateurs peut envoyer de la chaleur dans la chambre froide et/ou des gouttelettes d’eau encore présentes.

6. Reprise du cycle normal de refroidissement

Le réchauffage de la batterie pour assurer la fusion du givre peut se faire de diverses façons.

• Par résistance chauffante
  Des résistances chauffantes sont imbriquées dans les tubes en cuivre qui composent la batterie de l’évaporateur. Leur position et leur puissance sont étudiées par le fabricant de manière à répartir uniformément la chaleur produite à l’ensemble de la batterie.

• Par introduction de vapeurs refoulées par le compresseur
  Cette technique, encore appelée dégivrage par “vapeurs chaudes” ou par “gaz chauds”, consiste à inverser le cycle et à faire fonctionner l’évaporateur, le temps du dégivrage, en condenseur.

• Par aspersion d’eau sur la surface externe, givrée, de la batterie
  
  

• Par circulation d’air de la chambre
  De l’air provenant soit de l’intérieur de la chambre même, soit de l’extérieur, est envoyé sur l’échangeur. Dans le premier cas, le dégivrage est très lent. Dans le second, il faut isoler l’évaporateur de la chambre, ce qui n’est pas pratique.
  L’inertie des produits stockés suffit à maintenir l’ambiance dans une fourchette de température acceptable.

La régulation par horloge

C’est la méthode la plus simple : les opérations de début et de fin de dégivrage sont commandées par de simples horloges à contacts.

La régulation électronique intelligente

La programmation des opérations de dégivrage est plus délicate qu’il n’y paraît. La commande optimale de ces opérations exige que l’initiation du dégivrage soit commandée par la présence effective de givre déposée sur la batterie, et que la fin du dégivrage soit commandée par la vérification que tout le givre a disparu de sa surface. Encore faut-il disposer des capteurs adéquats.

Voici les principes de fonctionnement rencontrés chez deux fabricants.

Première technique

Initialement, une programmation horaire traditionnelle des dégivrages est organisée.

Le régulateur analyse la courbe de montée en température : s’il n’aperçoit pas de plancher horizontal lui indiquant une phase de fusion de la glace (pendant laquelle la température reste constante), il en déduit qu’il n’y avait pas de givre et ralentira la cadence des dégivrages ! En pratique, il enregistre le temps total de montée en température : si ce temps est très court, il sait qu’il n’y a pas eu de période de fusion. La programmation initiale reste, mais en fonction d’une statistique établie sur la mesure du temps des 10 derniers dégivrages, il décide de sauter ou non le dégivrage suivant. Le nombre de dégivrages diminue sensiblement.

La durée d’une période de dégivrage dépend :

• de l’échauffement et du refroidissement de l’évaporateur (fixe),
• de l’échauffement et de la fusion du givre (variable).

Seconde technique

Ce second système associe, en fait, une régulation de dégivrage proprement-dite à un choix d’une technique de dégivrage (dégivrage par résistance chauffante ou par circulation d’air de la chambre).

Au niveau de la régulation du dégivrage proprement-dite, une sonde sert à mesurer la température ambiante de la chambre (reprise d’air à l’évaporateur), l’autre est placée dans les ailettes de l’évaporateur. Cette dernière peut déduire des températures enregistrées la présence de glace, selon une technique qui ne nous a pas été détaillée.
Chez ce fabricant, le critère d’arrêt du dégivrage classique est une température d’évaporateur de 10 °C. Cela semble élevé mais c’est, semble-t-il, une sécurité par rapport à l’absence totale de glace.

Quant au choix de la technique de dégivrage, le système part d’un raisonnement fort intéressant :

En “temps normal”, il ne faut pas faire fondre cette glace par une source de chaleur extérieure, mais bien par l’air de la chambre. Toute l’énergie latente contenue dans la glace sera restituée à l’ambiance. Le compresseur s’arrête et le ventilateur continue à pulser l’air ambiant sur la batterie.

• Si la chambre est positive (stockage de fruit et légumes, de viandes, .), l’air à + 4 ou + 5 °C fera fondre la glace et restituera le froid vers l’ambiance. À noter que l’humidité est également restituée, entraînant une teneur en eau plus forte dans la chambre, ce qui est favorable à la conservation des victuailles.

• S’il s’agit d’un congélateur à – 20 °C, la glace présente sur l’échangeur est une glace à – 25.- 27 °C, glace fort poudreuse qui ne “colle” pas fortement à l’évaporateur. Il semble que l’air de la chambre à – 20 °C va alors provoquer la sublimation de la glace (passage de l’état solide à l’état vapeur).

Par contre, si une entrée importante de marchandises est organisée, un dégivrage classique par résistance chauffante aura probablement lieu : il n’est pas possible d’attendre la fusion de la glace par l’air ambiant, le compresseur fonctionnant à pleine charge.

Quel que soit le système de régulation intelligente, la souplesse de ces appareils par rapport aux thermostats mécaniques permet d’affiner les réglages et de proposer des fonctions complémentaires :

• alarmes,
• possibilité de faire fonctionner le congélateur avec une consigne abaissée de 5°C la nuit (pour bénéficier du courant de nuit),
• possibilité de délester durant la pointe 1/4 horaire,
• …