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RÉSUMÉ
Cet article est consacré aux fluides utilisés dans les machines à compression mécanique. La désignation alphanumérique des frigorigènes permet d'identifier les différentes familles de fluides. Le choix d'un frigorigène dépend des critères thermodynamiques, de la sécurité et de critères techniques et économiques. Une synthèse de toutes ces contraintes est proposée pour les fluides actuellement utilisés dans leurs domaines d'application. La distribution, l'accumulation et le stockage du froid sont traités en fin d'article.
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Maxime DUMINIL : Ancien professeur de l'Institut français du froid industriel et du génie climatique, au CNAM - Ancien professeur à l'École centrale de Paris - Expert honoraire près la Cour d'Appel de Paris
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Jean-Pierre DOMBLIDES : Maître de conférences au Conservatoire National des Arts et Métiers et à l'IFFI institut français du froid industriel et du génie climatique - Président de la commission formation de l'association française du froid (AFF)
INTRODUCTION
Pour absorber la chaleur d'un milieu à refroidir (machines frigorifiques) ou chauffer un milieu avec de la chaleur gratuite dont on a élevé la température (pompes à chaleur), les divers systèmes thermodynamiques mettent en œuvre des frigorigènes, substances qui subissent des variations de température et de pression ou des transitions de phases au cours des transformations thermodynamiques (ou thermochimiques dans certains cas) des systèmes qui les exploitent. Ces frigorigènes sont :
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soit des solides qui subissent, selon leur type, des variations mécaniques, électroniques ou magnétiques s'accompagnant de phénomènes thermiques. Indéplaçables aisément dans les systèmes, les chaleurs qu'ils absorbent ou qu'ils dégagent nécessitent l'usage de fluides calo ou frigoporteurs. Les systèmes qui les mettent en œuvre sont encore très peu répandus ;
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soit des fluides, c'est le cas le plus fréquent et les systèmes qui les exploitent sont largement répandus. Ces frigorigènes sont facilement déplaçables dans les systèmes, ce qui est un grand avantage. Ils peuvent subir des transformations thermodynamiques, parfois importantes, sans changer d'état physique. Il en est ainsi, par exemple, des frigorigènes (ou « cryogènes ») – utilisés dans les cycles frigorifiques ou cryogéniques pour la production des très basses températures – qui restent gazeux en permanence. Les systèmes à compression qui nous occupent ici utilisent tous des frigorigènes qui changent d'état physique au cours des cycles, bénéficiant ainsi des importantes enthalpies de transformation liquide ↔ vapeur.
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