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RÉSUMÉ
Parmi les cycles frigorifiques à compression, les cycles multiétagés et notamment biétagés sont utilisés dans des domaines variés : la congélation en général, l'industrie chimique et la lyophilisation. Après des indications générales sur ces cycles, les cycles biétagés, et en particulier, les cycles à injection partielle, à injection totale, et à économiseur sont à l'étude. Le choix de la pression intermédiaire est important car il influe sur la consommation énergétique de l'ensemble des deux étages. La production des très basses températures, les cycles en cascades CO2 associés à d'autres fluides et les différents cycles à mélange zéotropes sont présentés.
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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
La bonne connaissance des cycles frigorifiques à compression est d'une importance majeure, ce qui justifie le développement qui leur est réservé.
Après avoir donné des indications générales sur les systèmes frigorifiques dans le dossier [BE 9 730], le dossier [BE 9 731] étudie les cycles frigorifiques à un étage de compression mécanique.
Ce dossier [BE 9 732] est consacré aux cycles frigorifiques à compression multiétagée et, singulièrement, aux machines biétagées que l'on retrouve dans les domaines aussi variés que ceux de la congélation en général, de l'industrie chimique et de la lyophilisation. Une étude des cycles frigorifiques en cascade complète ce texte.
Le dossier suivant [BE 9 733] porte sur les fluides actifs des machines à compression : les frigorigènes et leur impact sur l'environnement.
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1. Intérêt de la compression multiétagée. Limites
Dans une machine frigorifique ou une pompe à chaleur, les températures de la source froide q F et de la source chaude q C s'éloignent l'une de l'autre :
-
soit parce que, à température de condensation q C à peu près constante, la température d'évaporation q F diminue (machine frigorifique pour la production de froid à basse température, congélation) ;
-
soit parce que, à température d'évaporation q F à peu près constante, la température de condensation q C s'élève (pompe à chaleur pour la production de chaleur à haute température ) ;
Le taux de compression τ = p C/p F (rapport des pressions) imposé au compresseur s'élève alors car :
-
si q F décroît, p F décroît ;
-
si q C augmente, p C augmente.
L'accroissement du taux de compression τ s'accompagne de divers inconvénients :
– le rendement volumétrique η v du compresseur s'abaisse si c'est un compresseur volumétrique et, pour aspirer le débit-volume nécessaire, il faut un compresseur dont le débit-volume balayé croît, ce qui augmente son prix. Bien que l'on ne puisse pas parler de rendement volumétrique à leur égard, les turbocompresseurs sont également affectés par l'augmentation du taux de compression. En effet, la hauteur manométrique qu'ils doivent fournir augmente alors, affectant ainsi le débit de vapeur déplacée ;
– le rendement effectif η eff du compresseur s'abaisse généralement (il faut en effet des taux de compression τ très petits pour que η eff s'accroisse quand τ augmente). Lorsque le rendement effectif diminue, le comportement énergétique du compresseur réel s'éloigne de plus en plus de celui du compresseur parfait, ce qui est défavorable ;
– la qualité thermodynamique du cycle frigorifique se dégrade :
-
les pertes thermodynamiques dues à la détente isenthalpique, celles dues à la surchauffe des vapeurs, s'accroissent (même si l'on avait affaire à un cycle mettant en œuvre un compresseur parfait),
-
la température de refoulement s'élève (tout...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DUMINIL (M.) - Cours de génie frigorifique. Institut français du froid industriel et du génie climatique. - Conservatoire national des arts et métiers (1988).
-
(2) - DUMINIL (M.), VRINAT (G.) - Systèmes frigorifiques et pompes à chaleur. - Travaux de recherches. Institut International du Froid Éd. Tome 1 : Cycles à compression – Systèmes et fluides actifs, 128 p. ; Tome 2 : Caloporteurs – Échanges thermiques – Échangeurs, 161 p. ; Tome 3 : Compresseurs et moteurs – Détendeurs et régulation, 71 p. ; Tome 4 : Pompes à chaleur à sorption et chimiques, à gaz, hybrides – Applications industrielles des pompes à chaleur, 139 p. ; Tome 5 : Annuaire des centres de recherches mondiaux, 50 p.
-
(3) - * - Bulletin bibliographique de l'Institut International du Froid (Revue bilingue français-anglais sur les travaux internationaux relatifs au froid).
-
(4) - INSTITUT INTERNATIONAL DU FROID (IIF), PARIS - Cycles à compression pour systèmes frigorifiques, climatisation et pompes à chaleur préservant l'environnement. - 169 p. (1993). Économie d'énergie en matière de froid, 224 p. (1982). Collection des comptes rendus des commissions de l'IIF,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Refprop http://www.nist.gov/srd/nist23.cfm
Solkane https://solkane-refrigerants.software.informer.com/T%C3%A9l%C3%A9charger/
Colopack http://www.et.web.mek.dtu.dk/Coolpack/Files/CoolPack.exe
Kotza international http://www.kotza-international.com
HAUT DE PAGE
Alliance Froid Climatisation Environnement (réglementation) http://www.afce.asso.fr/
Datafluides (textes sur les réfrigérants réglementés) http://www.datafluides.fr
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