Cycles frigorifiques : Cycle transcritique simple au CO₂

 

I. Introduction et positionnement de l’articles

Le dioxyde de carbone, désigné par la référence R744, peut être utilisé comme Fluide frigorigène dans des cycles à compression mécanique de vapeur. Le principe général reste celui déjà présenté dans les articles précédents : le fluide absorbe de la chaleur à basse pression, est comprimé, rejette de la chaleur à haute pression, puis est détendu avant de revenir dans l’évaporateur.

 

I.1. Périmètre de l’article

Le CO₂ peut être employé dans plusieurs types d’architectures frigorifiques :

 

I.2. Pourquoi le Cycle transcritique nécessite une lecture spécifique

Dans un cycle subcritique conventionnel, la pression haute est associée à une température de saturation. Le fluide se Désurchauffe, se condense, puis peut être sous-refroidi avant la détente. Cette lecture ne s’applique plus lorsque le CO₂ fonctionne au-dessus de sa pression critique.

Dans le refroidisseur de gaz, ou plus communément gas cooler :

 

I.3. La problématique centrale : le réglage de la haute pression

Dans un cycle conventionnel, la HP résulte principalement du niveau de condensation nécessaire pour rejeter la chaleur vers la source chaude. En régime transcritique, plusieurs niveaux de pression peuvent être envisagés pour une même température de sortie du gas cooler. La haute pression devient donc un degré de liberté de régulation.

 

II. Définition et principe du Cycle transcritique au CO2

II.1. Point critique et disparition de la condensation

Le Point critique du CO₂ se situe aux environs de :

 

II.2. Architecture du Cycle transcritique simple

Dans sa forme la plus simple, le Cycle transcritique au CO₂ repose sur quatre fonctions principales : l’évaporation ; la compression ; le refroidissement du fluide à haute pression ; la détente.

 

II.3. Architecture du Cycle transcritique simple

Le Cycle transcritique simple peut être représenté par quatre points principaux :

 

II.4. Différences avec un cycle à condensation

Le tableau suivant résume les principales différences de lecture.

 

II.5. Conséquence principale pour le pilotage du cycle