Comment fonctionnent les machines à glaçons

Coca avec des Glaçons

Il y a seulement un siècle, la glace était difficile à trouver dans la plupart des régions du monde. Dans les climats plus chauds, vous deviez acheter votre glace auprès d’un service de livraison, qui importait des blocs lourds d’un climat plus froid ou d’une usine de réfrigération industrielle. Le prix de la glace était relativement élevé, mais si vous vouliez garder vos aliments froids, vous n’aviez pas vraiment le choix. Dans les régions les plus chaudes du monde, la glace était un luxe rare. Dans un pays équatorial, on peut vivre toute sa vie sans même voir un morceau de glace.

Tout cela a changé au début du XXe siècle. Les réfrigérateurs compacts et abordables permettent de conserver les aliments et de produire de la glace à la maison et dans les dépanneurs. Dans les années 1960, de nouvelles machines à glaçons automatiques ont rendu la vie encore plus facile. De nos jours, la plupart des Américains tiennent la glace pour acquise, même pendant les jours les plus chauds de l’été.

Dans cet article, nous allons découvrir ce qu’il y a à l’intérieur d’une machine à glaçons domestique typique, ainsi que les grandes machines à glaçons commerciales que vous pourriez trouver dans un hôtel ou une épicerie. Comme nous le verrons, le processus de base de fabrication de la glace est très simple – il suffit de congeler de l’eau – mais cracher des glaçons de forme parfaite est un processus assez complexe.

Le prédécesseur de la machine à glaçons domestique était le bac à glaçons en plastique. C’est assez évident comment cet appareil fonctionne : Vous versez l’eau dans un moule, vous le laissez au congélateur jusqu’à ce qu’il devienne solide, puis vous en extrayez les glaçons. Une machine à glaçons fait exactement la même chose, mais le processus de versement de l’eau et d’extraction des cubes est entièrement automatisé. Une machine à glaçons domestique est une chaîne d’assemblage de glaçons.

La plupart des machines à glaçons utilisent un moteur électrique, un robinet d’eau à commande électrique et une unité de chauffage électrique. Pour alimenter tous ces éléments, vous devez brancher la machine à glaçons au circuit électrique qui alimente votre réfrigérateur. Vous devez également raccorder la machine à glaçons à la plomberie de votre maison, afin de fournir de l’eau fraîche pour les glaçons. La ligne électrique et le tube de prise d’eau passent tous les deux par un trou à l’arrière du congélateur.

Dans la prochaine section, nous examinerons le cycle qu’une machine à glaçons doit suivre pour fabriquer de la glace.

Le fonctionnement de la machine à la maison

Lorsque tout est branché, la machine à glaçons commence son cycle. Le cycle est généralement contrôlé par un simple circuit électrique et une série d’interrupteurs. Dans le diagramme ci-dessous, vous pouvez voir comment la machine à glaçons se déplace tout au long de son cycle.

Au début du cycle, un interrupteur temporisé dans le circuit envoie brièvement du courant à une électrovanne à eau. Dans la plupart des modèles, la vanne d’eau est en fait placée derrière le réfrigérateur, mais elle est reliée au circuit central par des fils électriques. Lorsque le circuit envoie du courant dans ces fils, la charge déplace un solénoïde (un type d’électro-aimant), qui ouvre la vanne.

  • La valve n’est ouverte que pendant environ sept secondes ; elle laisse entrer juste assez d’eau pour remplir le moule à glace. Le moule à glace est un puits en plastique, avec plusieurs cavités reliées entre elles. Typiquement, ces cavités ont la forme d’un demi-cercle incurvé. Chacune des parois de la cavité comporte une petite encoche, de sorte que chaque glaçon sera fixé au glaçon qui se trouve à côté.
  • Une fois le moule rempli, la machine attend que l’eau du moule gèle. L’unité de refroidissement dans le réfrigérateur fait le travail de congélation de l’eau, et non la machine à glaçons elle-même (voir Comment fonctionnent les réfrigérateurs pour plus de détails). La machine à glaçons est équipée d’un thermostat intégré qui surveille le niveau de température de l’eau dans les moules. Lorsque la température descend à un niveau particulier – disons, 9 degrés Fahrenheit (-13 degrés Celsius) – le thermostat ferme un interrupteur dans le circuit électrique (voir Comment fonctionnent les thermostats domestiques pour plus de détails sur cette opération).
  • En fermant cet interrupteur, le courant électrique circule dans une bobine de chauffage sous la machine à glaçons. Lorsque le serpentin chauffe, il réchauffe le fond du moule à glace, détachant ainsi les glaçons de la surface du moule.
  • Le circuit électrique active alors le moteur de la machine à glaçons. Le moteur fait tourner un engrenage, qui fait tourner un autre engrenage fixé à un long arbre en plastique. L’arbre possède une série de pales d’éjection qui s’étendent à partir de l’arbre. Au fur et à mesure que les lames tournent, elles ramassent les glaçons hors du moule et les poussent vers l’avant de la machine à glaçons. Comme les cubes sont reliés les uns aux autres, ils se déplacent comme une seule unité.
  • À l’avant de la machine à glaçons, il y a des encoches en plastique dans le boîtier qui correspondent aux lames de l’éjecteur. Les lames passent à travers ces encoches et les cubes sont poussés vers un bac de récupération sous la machine à glaçons.
  • L’arbre tournant a une came en plastique crantée à sa base. Juste avant que les cubes ne soient poussés hors de la machine à glaçons, la came retient le bras d’arrêt en le soulevant. Une fois les cubes éjectés, le bras retombe. Lorsque le bras atteint sa position de repos la plus basse, il lance un interrupteur dans le circuit, qui active la vanne d’eau pour commencer un autre cycle. Si le bras ne peut pas atteindre sa position la plus basse parce qu’il y a des glaçons empilés sur le chemin, le cycle est interrompu. Cela empêche la machine à glaçons de remplir tout votre congélateur de glace ; elle ne fera plus de cubes que lorsqu’il y aura de la place dans le bac de récupération.

Ce système est efficace pour faire de la glace à la maison, mais il ne produit pas assez de glace à des fins commerciales, comme les restaurants et les machines à glace en libre-service des hôtels. Dans la prochaine section, nous examinerons un modèle plus grand et plus puissant de machine à glaçons.

Fabricants de glace commercial

Il y a plusieurs façons de configurer une grande machine à glaçons autonome – tout ce dont vous avez besoin, c’est d’un système de réfrigération, d’une alimentation en eau et d’un moyen de recueillir la glace qui se forme.

L’un des systèmes professionnels les plus simples utilise un grand bac à glaçons en métal, positionné verticalement. Vous pouvez voir comment ce système fonctionne dans le diagramme ci-dessous.

Dans ce système, le bac à glace en métal est relié à un ensemble de tuyaux d’échange de chaleur en spirale comme ceux qui se trouvent à l’arrière de votre réfrigérateur. Si vous avez lu Comment fonctionnent les réfrigérateurs, alors vous savez comment fonctionnent ces tuyaux. Un compresseur entraîne un flux de fluide frigorigène dans un cycle continu de condensation et d’expansion. Fondamentalement, le compresseur force le réfrigérant à travers un tube étroit (appelé condenseur) pour le condenser, puis le libère dans un tube plus large (appelé évaporateur), où il peut se dilater.

La compression du réfrigérant augmente sa pression, ce qui augmente sa température. Lorsque le réfrigérant passe à travers les serpentins étroits du condenseur, il perd de la chaleur vers l’air plus frais à l’extérieur et se condense en un liquide. Lorsque le fluide comprimé passe à travers la soupape de détente, il s’évapore – il se dilate pour devenir un gaz. Ce processus d’évaporation aspire l’énergie thermique des tuyaux métalliques et de l’air autour du réfrigérant. Cela permet de refroidir les tuyaux et le bac à glace en métal qui y est fixé.

La machine à glaçons est équipée d’une pompe à eau qui aspire l’eau d’un puisard de collecte et la verse sur le bac à glaçons refroidi. Au fur et à mesure que l’eau s’écoule sur le plateau, elle gèle graduellement et forme des glaçons dans le puits du plateau. Lorsque vous congelez l’eau couche par couche de cette façon, elle forme de la glace transparente. Lorsque vous congelez tout en même temps, comme dans la machine à glaçons domestique, vous obtenez de la glace trouble (voir Comment faire des glaçons transparents ? pour en savoir plus).

Au bout d’un certain temps, la machine à glaçons déclenche une électrovanne reliée aux serpentins d’échangeurs de chaleur. La commutation de cette vanne modifie la trajectoire du fluide frigorigène. Le compresseur arrête de forcer le gaz chauffé du compresseur dans le condenseur étroit ; au lieu de cela, il force le gaz dans un large tube by-pass. Le gaz chaud est renvoyé à l’évaporateur sans condensation. Lorsque vous forcez ce gaz chaud dans les tuyaux de l’évaporateur, les tuyaux et le bac à glace se réchauffent rapidement, ce qui détache les glaçons.

Généralement, les cavités cubiques individuelles sont inclinées de façon à ce que la glace lâche glisse d’elle-même dans un bac de collecte situé en dessous. Certains systèmes ont un piston cylindrique qui pousse un peu le plateau et libère les cubes.

Ce type de système est populaire dans les restaurants et les hôtels parce qu’il permet de fabriquer des glaçons de forme et de taille standard. D’autres entreprises, comme les épiceries et les entreprises de recherche scientifique, ont besoin de plus petits flocons de glace pour emballer les denrées périssables. Nous examinerons ensuite les machines à glaçons en écailles.

Stimulateurs à glace en écailles

Dans la dernière section, nous avons examiné la conception d’une machine à glaçons cubique standard. Les machines à glace en écailles fonctionnent selon le même principe de base que les machines à glace en cubes, mais elles ont un composant supplémentaire : le broyeur à glace. Vous pouvez voir comment fonctionne un système de flocons typique dans le diagramme ci-dessous.

Comme la conception de la machine à glaçons que nous avons examinée dans la dernière section, cette machine utilise un ensemble de serpentins échangeurs de chaleur et un jet d’eau pour former une couche de glace. Mais dans ce système, les bobines sont positionnées à l’intérieur d’un grand cylindre métallique. L’eau passe à travers le cylindre, ainsi que sur ses bords extérieurs. L’eau qui passe forme progressivement une grande colonne de glace qui entoure le cylindre de l’intérieur et de l’extérieur.

Comme dans le cas d’une machine à glaçons, une électrovanne libère du gaz chaud dans les conduites de refroidissement au bout d’un certain temps. La colonne de glace se détache et tombe dans le broyeur à glace en dessous. Le concasseur à glace casse le cylindre de glace en petits morceaux, qui passent dans un bac de collecte.

La taille des morceaux de glace dépend du mécanisme du concasseur. Certains concasseurs broient la glace en fins flocons, tandis que d’autres produisent des morceaux de glace plus gros et de forme irrégulière.

Il existe de nombreuses variantes de ces modèles, mais l’idée de base est la même dans tous les cas. Un système de réfrigération accumule une couche de glace et un système de récolte éjecte la glace dans un bac de collecte. Au niveau le plus élémentaire, c’est tout ce qu’il y a à faire avec une machine à glaçons.

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