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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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Intérêt de la compression multiétagée. Limites
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6. Cycles à mélanges zéotropes de frigorigènes
Pour éviter les inconvénients des systèmes en cascade classiques, notamment la multiplicité des compresseurs, on peut faire usage de cycles à mélanges zéotropes (ou non azéotropiques) de frigorigènes ne comportant qu'un seul compresseur. Avec ces types de mélanges, on peut mettre en œuvre :
-
des cycles à mélange sans séparateur de phases et à échangeur de récupération ;
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des cycles à mélange avec séparateurs de phases, cycles du type « à cascade intégrée ».
6.1 Cycles à mélanges zéotropes sans séparateur de phases et à récupérateur
La figure 23 a représente le schéma d'un tel système utilisant un mélange zéotrope binaire A + B de fluides à pression de vapeur très différentes et la figure 23 b montre l'évolution du mélange frigorigène dans le diagramme thermodynamique température-concentration massique, x B , du mélange en constituant le plus volatil, B.
Sur cette figure, on remarque deux « fuseaux » correspondant aux deux pressions du cycle : la basse pression p F d'aspiration du compresseur et la haute pression p C de refoulement. Ces « fuseaux » sont limités :
-
vers le bas, par les « courbes de bulle » p (B)F et p (B)C donnant, au chauffage, les températures de vaporisation commençante des divers mélanges x B sous les pressions p F et p C ;
-
vers le haut, par les « courbes de rosée » p (R)F et p (R)C représentant, au refroidissement, les températures de condensation commençante des mélanges sous ces mêmes pressions.
Pour les corps purs A et B, ces « fuseaux » se ferment sur les points qui correspondent aux températures de saturation de ces fluides sous les pressions p F et p C . Il en est ainsi, pour le composant A, de ApF et ApC et, pour le composant B, de BpF et B pC .
Le mélange zéotrope binaire A + B, de titre x 0 en constituant...
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Cycles à mélanges zéotropes de frigorigènes
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
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Alliance Froid Climatisation Environnement (réglementation) http://www.afce.asso.fr/
Datafluides (textes sur les réfrigérants réglementés) http://www.datafluides.fr
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