Frigorigènes pour cycles à compression
Théorie des machines frigorifiques - Machine à compression mécanique

1 - Machine frigorifique et pompe à chaleur. Généralités

• 1.1 - Coefficients de performance
• 1.2 - Machine consommant de l’énergie mécanique. Système au moins ditherme
  Figure 1 - Principe d’une machine frigorifique et d’une pompe à chaleur Figure 2 - Système ditherme
• 1.3 - Machine consommant de l’énergie thermique. Systèmes au moins trithermes
  Figure 3 - Coefficients de performance et rendement en fonction des températures des milieux froid et chaud Figure 4 - Principe d’une machine frigorifique (ou d’une pompe à chaleur) tritherme avec TM > TC > TF Figure 5 - Principe d’une pompe à chaleur tritherme avec TC > TM >TF
• 1.4 - Phénomènes endothermiques et exothermiques utilisés
  Figure 6 - Principe d’une machine frigorifique à effet Peltier Tableau 1
• 1.5 - Utilisation de la vaporisation et de la condensation d’un frigorigène
• 1.6 - Variance d’un système. Loi de Gibbs. Pression de vapeur
  Figure 7 - Système frigorifique fermé
• 1.7 - Machine utilisant la vaporisation d’un frigorigène
  Figure 8 - Courbes pression-température à l’équilibre liquide-vapeur Figure 9 - Machines frigorifiques utilisant la vaporisation d’un frigorigène et modes d’aspiration des vapeurs formées dans l’évaporateur Figure 10 - Organigramme des diverses familles de systèmes frigorifiques

2 - Machines frigorifiques monoétagées

• 2.1 - Classification des cycles frigorifiques à compression mécanique
• 2.2 - Cycle fondamental à compression monoétagée d’un frigorigène pur
  Figure 11 - Cycle frigorifique monoétagé d’Evans-Perkins Figure 12 - Cycle frigorifique monoétagé réel
• 2.3 - Rendements du compresseur
  Figure 13 - Cycles des compresseurs Figure 14 - Influence du taux de compression sur le retard à l’ouverture du clapet d’aspiration Figure 15 - Influence du taux de compression sur le rendement volumétrique (source IFFI) Figure 16 - Variation du rapport... Figure 17 - Rendements effectifs de groupes de compresseurs à pistons, d’après « Économie d’énergie en matière de froid » (source IIF) Figure 18 - Rendements effectifs de compresseurs à vis pour trois valeurs de taux de réduction de volume et deux frigorigènes NH3 et R 22. Comparaison avec un compresseur rapide à pistons
• 2.4 - Calcul d’une machine
  Figure 19 - Détermination de la température de la source froide à partir du pincement de l’évaporateur Figure 20 - Variation de l’humidité relative dans une chambre froide en fonction de l’écart de température... Figure 21 - Détermination de la température de condensation à partir de l’échauffement de l’eau... Figure 22 - Éléments à prendre en compte pour établir le bilan thermique d’une pompe à chaleur eau-eau Figure 23 - Double conduite ascendante Figure 24 - Influence des chutes de pression hydrostatique et d’écoulement Figure 25 - Exemples de graphe permettant d’obtenir la puissance frigorifique d’un groupe frigorifique motocompresseur Figure 26 - Exemple d’abaque donnant les puissances frigorifique et effective d’un groupe frigorifique Tableau 2 Tableau 3 Tableau 4
• 2.5 - Conditions de fonctionnement et caractéristiques d’une machine
  Figure 27 - Cycles de machine frigorifique monoétagée fonctionnant entre une même température de condensation et, respectivement, trois températures d’évaporation Figure 28 - Cycles de machine frigorifique monoétagée fonctionnant entre une même température d’évaporation et, respectivement, trois températures de condensation Figure 29 - Sous-refroidissement accentué. Schéma de principe et incidence sur le cycle Tableau 5
• 2.6 - Variation de la puissance thermique
  Figure 30 - Représentation graphique classique de la puissance frigorifique réduite Tableau 6

3 - Machines frigorifiques polyétagées

• 3.1 - Intérêt de la compression polyétagée. Ses limites
  Figure 31 - Intérêt thermodynamique de la compression polyétagée
• 3.2 - Cycle frigorifique biétagé
  Figure 32 - Principe de la compression biétagée Figure 33 - Cycle frigorifique biétagé à injection totale Figure 34 - Comparaison d’un cycle monoétagé et d’un cycle biétagé à injection totale Figure 35 - Cycle frigorifique biétagé à injection partielle avec bouteille intermédiaire Figure 36 - Circuit d’un cycle frigorifique biétagé à injection partielle pour frigorigènes miscibles à l’huile Figure 37 - Abaissement de la température de refoulement... Figure 38 - Recherche du minimum de consommation énergétique de l’ensemble des deux étages de compression Figure 39 - Schéma de principe d’un compresseur à pistons biétagé Figure 40 - Recherche d’un rapport donné entre le nombre de cylindres basse pression et le nombre de cylindres haute pression Figure 41 - Production de froid à deux niveaux de température... Figure 42 - Cycle à compresseur auxiliaire Figure 43 - Cycle biétagé à économiseur
• 3.3 - Cycles frigorifiques polyétagés
  Figure 44 - Installation polyétagée avec deux compresseurs polyétagés Figure 45 - La multiplication du nombre des étages de compression devient de moins en moins favorable Figure 46 - Variation typique du rendement effectif en fonction du taux de compression Figure 47 - Installation pentaétagée
• 3.4 - Cycles frigorifiques (ou de pompes à chaleur) en cascade
  Figure 48 - Machine en cascade à cinq cellules monoétagées Figure 49 - Machine en cascade à deux cellules monoétagées Figure 50 - Recherche de l’optimum énergétique Figure 51 - Recherche de l’optimum de taille des compresseurs
• 3.5 - Valorisation de la chaleur issue du condenseur d’une machine frigorifique
  Figure 52 - Association en cascade directe d’une machine frigorifique utilisant le frigorigène FR et d’une pompe à chaleur utilisant le frigorigène FR’ Figure 53 - Association en cascade indirecte d’une machine frigorifique et d’une pompe à chaleur

4 - Frigorigènes pour cycles à compression

• 4.1 - Familles de produits
  Tableau 7
• 4.2 - Hydrocarbures fluorés et chlorés
  Figure 54 - Composés fluorochlorés dérivés du méthane Figure 55 - Diagramme des températures d’ébullition du méthane et de ses dérivés fluorochlorés Figure 56 - Composés fluorochlorés dérivés de l’éthane Figure 57 - Diagramme des températures d’ébullition de l’éthane et de ses dérivés fluorochlorés les plus symétriques
• 4.3 - Frigorigènes naturels
  Figure 58 - Dégradation de l’efficacité du cycle à compression, à l’approche du point critique
• 4.4 - Choix d’un frigorigène
  Figure 59 - Selon les frigorigènes, les variations de surchauffe au cours de la compression sont très différentes Figure 60 - Production frigorifique volumique en fonction des pressions d’aspiration de divers frigorigènes Figure 61 - Différents cas de miscibilité du frigorigène avec l’huile Tableau 8 Tableau 9 Tableau 10 Tableau 11