Une machine à glace refroidie à l’eau congèle l’eau en transférant sa chaleur vers un réfrigérant, puis en évacuant cette chaleur vers de l’eau circulant dans le condenseur. Dans une machine à glace refroidie à l’eau, l’eau de condensation remplace l’air ambiant comme milieu final évacuant la chaleur hors du système frigorifique.
Le processus complet implique trois circuits fluides distincts. Comprendre leurs interactions aide les ingénieurs et les acheteurs à évaluer la configuration de la machine, les équipements requis, les conditions d’installation et les paramètres de fonctionnement.
Qu’est-ce qu’une machine à glace refroidie à l’eau ?
Une machine à glace refroidie à l’eau est un fabricant de glace dont le système frigorifique utilise de l’eau circulant dans un condenseur pour évacuer la chaleur du réfrigérant. L’eau de condensation ne gèle pas et doit rester strictement séparée de l’eau potable utilisée pour la fabrication de glace.
« Refroidie à l’eau » désigne lecondenseur, et non l’évaporateur ni la forme de la glace produite. Les machines par lots et les machines continues peuvent toutes deux utiliser des condenseurs refroidis à l’eau. Les machines industrielles à glace en tubes, par exemple, peuvent adopter cette configuration lorsque le site fournit un débit d’eau de condensation adapté ainsi qu’un rejet thermique satisfaisant. machines à glace en tubes, par exemple, peuvent adopter cette configuration lorsque le site fournit un débit d’eau de condensation adapté ainsi qu’un rejet thermique satisfaisant.
Les trois circuits qui permettent le fonctionnement d’une machine à glace refroidie à l’eau
La machine transfère la chaleur via trois circuits synchronisés. L’eau destinée à la fabrication de glace cède sa chaleur, le réfrigérant transporte cette chaleur, et l’eau de condensation l’évacue hors du système frigorifique. Ces fluides remplissent des fonctions différentes et ne se mélangent généralement pas.
Le circuit d’eau de fabrication de glace
De l’eau potable ou approuvée pour un usage industriel entre dans un réservoir, un distributeur ou un ensemble évaporateur. Selon la conception de la machine, une pompe peut la faire circuler sur une plaque, un tambour, un cylindre ou des tubes verticaux. Une partie de l’eau gèle à la surface de l’évaporateur tandis que le reste retourne au réservoir ou s’évacue via une purge contrôlée.
La qualité de l’eau influence la formation de tartre, la transparence de la glace, l’hygiène et la fréquence des opérations de nettoyage. Le traitement de l’eau doit être adapté à la qualité de l’eau d’alimentation ainsi qu’aux limites fixées par le fabricant de la machine ; une déminéralisation excessive peut également modifier la formation de la glace ou perturber la détection du niveau d’eau sur certains modèles.
Le circuit du réfrigérant
Le réfrigérant absorbe la chaleur à l’évaporateur et la rejette au condenseur. Le compresseur élève la pression et la température de la vapeur de réfrigérant. Dans le condenseur, cette vapeur cède sa chaleur et se transforme en liquide. Un détendeur abaisse ensuite la pression du réfrigérant avant qu’il ne réintègre l’évaporateur.
Le fluide frigorigène reste confiné dans un circuit étanche. Ses pressions de fonctionnement, sa méthode de régulation, sa charge et les règles d’entretien applicables dépendent du fluide frigorigène spécifié et de la conception du système.
Circuit d’eau du condenseur
L’eau du condenseur circule dans un échangeur de chaleur et absorbe la chaleur provenant du fluide frigorigène chaud. Cette eau peut être renvoyée vers une tour de refroidissement ou un autre système de rejet thermique à recirculation. Une configuration à passage unique évacue l’eau réchauffée après un seul passage, mais cette disposition peut entraîner une consommation importante d’eau et faire l’objet de restrictions locales.
Le débit d’eau est souvent régulé afin de maintenir les conditions requises de condensation. Un débit insuffisant, une température élevée de l’eau d’entrée, des dépôts ou une vanne fermée peuvent augmenter la pression de condensation et réduire la capacité.
Comment fonctionne une machine à glace à condensation par eau, étape par étape ?
La séquence ci-dessous décrit principalement le cycle de congélation et de récolte utilisé par les machines par lots, telles que les machines à glaçons cubiques, tubulaires et certaines machines à glace en plaques. Les machines continues à glace en flocons utilisent le même cycle frigorifique de base, mais forment et évacuent la glace de façon continue, sans étape distincte de récolte.
Étape 1 : Remplissage et circulation de l’eau de fabrication de glace
La vanne d’eau remplit le réservoir ou l’évaporateur jusqu’au niveau de fonctionnement requis. Une pompe ou un système de distribution achemine ensuite l’eau uniformément vers la surface de congélation. Les dispositifs de commande vérifient le niveau d’eau requis avant de poursuivre normalement le cycle de congélation.
Une mauvaise répartition de l’eau peut provoquer une formation inégale de glace, allonger le cycle ou laisser certaines parties de l’évaporateur à sec. Cela peut résulter d’une pression d’alimentation trop faible, de passages obstrués, d’entartrage ou d’un réglage incorrect du niveau d’eau.
Étape 2 : Compression du fluide frigorigène
Le compresseur aspire la vapeur de fluide frigorigène à basse pression provenant de l’évaporateur et la comprime en une vapeur à haute pression et haute température. Cette différence de pression permet au fluide frigorigène de s’évaporer à basse température et de se condenser à une température plus élevée. Le compresseur injecte de l’énergie dans le circuit ; le condenseur doit donc évacuer non seulement la chaleur extraite de l’eau, mais aussi la chaleur associée à l’énergie fournie au compresseur.
Étape 3 : Évacuation de la chaleur par l’eau du condenseur
Le fluide frigorigène chaud entre dans le condenseur refroidi à l’eau. La chaleur traverse la paroi du condenseur pour passer dans l’eau en circulation, ce qui provoque la condensation du fluide frigorigène sous forme de liquide à haute pression. La température et le débit de l’eau du condenseur doivent rester dans les limites de fonctionnement spécifiées pour la machine. machine à glace tubulaire de 10 tonnesutilise un condenseur refroidi à l’eau, bien que ses besoins exacts en eau et en énergie dépendent de la configuration finale.
Étape 4 : Injecter le fluide frigorigène dans l’évaporateur
Le fluide frigorigène liquide traverse une vanne de détente ou un autre dispositif de régulation du débit. La chute de pression abaisse sa température de saturation et produit un mélange froid liquide-vapeur adapté à l’absorption de chaleur dans l’évaporateur.
Une vanne de détente thermostatique régule le débit en fonction de la surchauffe à la sortie de l’évaporateur. Les systèmes inondés utilisent des dispositions différentes pour l’alimentation en liquide et la régulation du niveau ; la sélection des composants doit donc correspondre à la conception frigorifique.
Étape 5 : Congeler l’eau à l’épaisseur requise
Le fluide frigorigène à basse pression absorbe de la chaleur à travers la paroi de l’évaporateur et entre en ébullition. L’eau située du côté opposé se refroidit jusqu’à son point de congélation et forme de la glace. La géométrie de l’évaporateur, la répartition de l’eau, la durée de congélation et l’action de récolte déterminent la forme finale de la glace.
La phase de congélation peut être arrêtée à l’aide d’une sonde d’épaisseur, d’une minuterie, d’un régulateur de pression, d’un régulateur de niveau ou d’une séquence programmée. La relation technique entre la surface de congélation et la formation de glace est expliquée plus en détail dans ce guide consacré à l’ évaporateur des machines à glace.
Étape 6 : Récolter la glace et redémarrer le cycle
La machine libère ou évacue la glace terminée, puis rétablit les conditions normales de congélation. Les machines par lots peuvent utiliser du gaz frigorigène chaud ou de l’eau de récolte pour réchauffer suffisamment l’évaporateur afin que la glace se détache. Les machines à tubes peuvent également couper la glace évacuée à la longueur spécifiée.
Les machines continues à glace en flocons fonctionnent différemment : la glace se forme et est évacuée mécaniquement pendant que la réfrigération continue. Les machines par lots utilisent des commandes pour initier et arrêter la récolte, tandis que les machines continues emploient des commandes de fonctionnement et de sécurité pour réguler l’alimentation en eau, la réfrigération, l’évacuation de la glace et les conditions d’arrêt.
Principaux composants d’une machine à glace à refroidissement par eau
L’assemblage exact varie selon le type et la capacité de glace, mais les composants suivants assurent les fonctions opérationnelles fondamentales.
| Composant | Fonction |
| Évaporateur | Transfère la chaleur de l’eau destinée à la fabrication de glace vers le fluide frigorigène et forme la glace |
| Compresseur | Fait circuler le fluide frigorigène et élève la pression et la température de la vapeur |
| Condenseur à refroidissement par eau | Transfère la chaleur du fluide frigorigène vers l’eau de condensation |
| Dispositif de détente | Réduit la pression du fluide frigorigène et contrôle son débit vers l’évaporateur |
| Réservoir, lorsqu’il est installé | Stocke le fluide frigorigène liquide sous haute pression et assure une alimentation liquide stable |
| Pompe ou distributeur d’eau | Achemine l’eau destinée à la fabrication de glace sur ou à travers l’évaporateur |
| Réservoir d’eau et régulateur de niveau | Maintient le volume requis d’eau destinée à la fabrication de glace |
| Régulation de l’eau de condensation, lorsqu’elle est installée | Utilise une vanne, une commande par pompe ou une commande par système externe afin de maintenir le débit d’eau de condensation requis ou les conditions de condensation. |
| Système de récolte | Libère ou élimine la glace une fois qu’elle a atteint les conditions requises. |
| Contrôleur et capteurs | Gestion séquentielle des opérations de remplissage, de congélation, de récolte, de protection et de redémarrage. |
Ces fonctions décrivent le système plutôt qu’une liste universelle de pièces. Une installation industrielle à inondation, une machine à glaçons cubiques préassemblée et une machine continue à glace en flocons peuvent utiliser des dispositifs de régulation du fluide frigorigène et des équipements de récolte différents.
Vérifier la configuration du condenseur et du site
Avant de sélectionner une machine à glace refroidie à eau, vérifiez les configurations et exigences suivantes relatives au site :
- Configuration du condenseur :Déterminer si la machine intègre un condenseur refroidi à eau intégré ou nécessite un équipement séparé d’évacuation de chaleur.
- Exigences relatives à l’eau de condensation :Vérifier le débit requis, la température maximale admissible à l’entrée, la pression de l’eau, les dimensions des raccords, les limites de qualité de l’eau, la charge d’évacuation de chaleur et la disposition de la vanne de régulation.
- Méthode d’évacuation de l’eau :Vérifier si l’eau réchauffée sera renvoyée vers un circuit de tour de refroidissement ou évacuée via un système à passage unique. Les systèmes à tour de refroidissement nécessitent une capacité suffisante, une hauteur manométrique adéquate pour les pompes, un traitement de l’eau et une protection contre le gel, tandis que les systèmes à passage unique doivent respecter la réglementation locale relative à l’utilisation et à l’évacuation de l’eau.
- Conditions nominales de fonctionnement :Ne supposez pas qu’une machine à glace refroidie à eau atteindra systématiquement sa production nominale dans toutes les conditions de site. La production dépend également du type de glace, de la température de l’eau d’alimentation, des conditions de condensation, du système frigorifique et de la base de calcul de la puissance nominale.
- Périmètre du devis :Comparez les propositions dans les mêmes conditions de fonctionnement et vérifiez si les pompes auxiliaires, les tours de refroidissement, les canalisations et les équipements de traitement de l’eau sont inclus.
Pour un examen de projet, fournissez au fournisseur la capacité journalière requise, le type de glace, la tension et la fréquence sur site, les températures ambiante et d’eau d’alimentation, les conditions d’alimentation et de retour de l’eau de condensation, ainsi que la disposition disponible pour l’évacuation de chaleur. Le fournisseur devra ensuite confirmer la production nominale, les besoins énergétiques, les équipements inclus et le périmètre du devispour la configuration proposée.
Sources externes
- Fabricants automatiques commerciaux de glace — Département américain de l’Énergie
- Acheter des machines à glace refroidies à eau économes en énergie — Département américain de l’Énergie
- Chapitre 38 du Manuel ASHRAE : Compresseurs
- Chapitre 11 du Manuel ASHRAE : Dispositifs de régulation du fluide frigorigène
