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1 - GAZ

2 - EAU ET SAUMURES

3 - MÉLANGES EAU-ALCOOL ET EAU-AMMONIAQUE

4 - FLUIDES ORGANIQUES

5 - DIOXYDE DE CARBONE

6 - FLUIDES FRIGOPORTEURS DIPHASIQUES LIQUIDE-SOLIDE

7 - PERFORMANCES ÉNERGÉTIQUES DES FLUIDES FRIGOPORTEURS : COMPARAISON ET CHOIX

8 - CRITÈRES DE CHOIX D'UN FLUIDE FRIGOPORTEUR

9 - CONCLUSION

10 - GLOSSAIRE - DÉFINITIONS

Article de référence | Réf : BE9572 v2

Fluides frigoporteurs – Propriétés

Auteur(s) : Christophe MARVILLET

Relu et validé le 24 févr. 2020

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RÉSUMÉ

Un fluide frigoporteur assure le transport de la puissance frigorifique de l'évaporateur d'un groupe de production de froid au dispositif utilisateur en respectant des contraintes, de sécurité et de respect de l'environnement, et économiques. Les principaux fluides frigoporteurs sont les gaz, avec un médiocre pouvoir calovecteur et caloporteur mais valorisables pour des usages notamment alimentaires. Pour le froid industriel ou commercial, de -40°C à l'ambiante, les solutions aqueuses et les fluides organiques sous forme d'huile minérale ou synthétique sont privilégiés. Les fluides diphasiques se développent, compte tenu des performances énergétiques élevées et de la réduction importante des débits véhiculés.

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ABSTRACT

Low temperature heat transfer fluids. Properties

A heat transfer fluid transports cooling capacity from the evaporator of a refrigerating group to users, under different constraints: safety, environment, cost. The most common fluids are gases with poor performance but that are cost-effective for food applications. For industrial and commercial refrigeration (from -40 ° C to ambient temperature) aqueous solutions and organic fluids, either mineral or synthetic, are chosen. Two-phase fluids are attracting growing interest, given their high energy performance and significantly lower pumping energy consumption.

Auteur(s)

  • Christophe MARVILLET : Professeur du Cnam (Conservatoire national des arts et métiers) - Directeur de l'IFFI (Institut français du froid industriel et du génie climatique) Paris, France

INTRODUCTION

Lintérêt porté aux fluides frigoporteurs et à la recherche de fluides à haute performance pour les applications à basse température est récent de par les contraintes environnementales qui tendent à limiter les charges en fluide frigorigène des installations de production de froid. Traditionnellement, les ingénieurs frigoristes ont fait appel à trois catégories de fluides frigoporteurs pour les usages courants :

  • les gaz, et tout particulièrement l'air pour un très grand nombre d'applications (tunnel de surgélation...) et l'azote gazeux lorsque les niveaux de température (notamment pour des températures inférieures à la température du point triple du CO2) l'imposaient ;

  • les saumures qui sont des solutions aqueuses à base de sels inorganiques tels que le chlorure de calcium, le carbonate de potassium ou, plus rarement, le chlorure de sodium pour certains usages alimentaires ;

  • les mélanges d'eau et d'antigel à base d'alcools tels que le monoéthylèneglycol et le propylèneglycol, voire, plus rarement, des mélanges d'eau et d'ammoniaque (eau ammoniacale appelée aussi alcali).

La recherche combinée de performances énergétiques élevées des systèmes de production/distribution de froid et de fluides à faible impact environnemental a poussé les ingénieurs frigoristes à s'intéresser à de « nouveaux fluides » frigoporteurs. Sont apparus sur le marché de nouveaux fluides qui s'ajoutent aux précédents :

  • des solutions aqueuses avec des sels tels que l'acétate de potassium, le formate de potassium, voire des mélanges d'acétate et de formate de potassium ;

  • des mélanges d'eau et d'alcool de type éthanol, méthanol, glycérol, ou des mélanges à base éthanol/glycérol ;

  • des solutions aqueuses à base de bétaïne et de d propanediol ;

  • des fluides organiques divers comparables à ceux décrits comme fluides caloporteurs [BE 9 571] : huiles aromatiques, huiles silicones, hydrofluoroéther, terpène à base d'agrume...

Plus récemment, on note l'émergence de fluides frigoporteurs « diphasiques » de deux types distincts :

  • les frigoporteurs diphasiques « liquide-vapeur » parmi lesquels le dioxyde de carbone est le fluide dont l'usage se développe depuis quelques années ;

  • les frigoporteurs diphasiques « liquide-solide » qui permettent également d'associer à la fonction de distribution de « froid » entre le dispositif de production et l'usage, une fonction de stockage thermique considérée comme essentielle pour une meilleure gestion des systèmes thermiques.

Cet article est le dernier volet de l'étude concernant les fluides caloporteurs et frigoporteurs.

Pour les définitions générales, les critères de choix ainsi que pour consulter le tableau des notations et symboles, le lecteur se reportera à l'article [BE 9 570].

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KEYWORDS

fluid properties   |   energy efficiency cooling systems   |   industrial refrigeration   |   air conditioning   |   heat exhangers   |   distric heating   |   district cooling

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-be9572


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   *  -  Ashrae Handbook Fundamentals (2010).

  • (2) - HILLERNS (F.) -   Thermophysical properties and corrosion behavior of secondary coolants.  -  ASHRAE Winter meeting (2001).

  • (3) -   Thermophysical properties of liquid secondary refrigerants.  -  IIF/IIR, Paris.

  • (4) -   *  -  Association française du Froid. Guide technique pour le refroidissement indirect http://www.association-francaise-du-froid.fr/ouvrages.php

  • (5) -   *  -  Compte rendu des colloques de l'IIF sur les fluides naturels et du groupe de travail sur coulis et PCM.

1 Outils logiciels

COOLPACK, logiciel de calcul de propriétés physiques de fluide et de calcul de cycles thermodynamiques http://en.ipu.dk/lhdhold/refrigeration-and-energy-technology/coolpack.aspx

REFPROP, logiciel du NIST (États-Unis) pour le calcul des propriétés des fluides frigorigènes

EES, solveur d'équations contenant une base de données fluides

ECHTHERM, logiciel développé par le GRETh pour le calcul d'échangeurs thermiques et intégrant une base de données fluides http://www.greth.fr/

HAUT DE PAGE

2 Annuaire

HAUT DE PAGE

2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Glycol et alcool

Dow Chemical Company http://www.dow.com

Clariant International Ltd http://www.clariant.com

BASF http://www.basf.com

Tyforop Chimie Gmbh http://www.chemie.de

Kemetyl http://www.kemetyl.se

Binol

Saumures

Clariant...

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