Variante du cycle mono-étagé - Cycle avec échangeur interne liquide-aspiration

 

Le cycle mono-étagé sec à détente directe constitue la configuration de base étudiée jusqu’ici. Une variante fréquente consiste à ajouter un échangeur interne liquide-aspiration. Dans ce montage, la ligne liquide en sortie de Condenseur ou de réservoir liquide échange thermiquement avec la ligne d’aspiration en sortie d’évaporateur.

Le liquide est alors davantage sous-refroidi avant détente, tandis que la vapeur aspirée par le Compresseur est davantage surchauffée. L’échangeur interne modifie donc simultanément deux zones du cycle :

 

I. Étude RefriHVAC

Les simulations sont réalisées avec l’outil Cycle frigorifique mono-étagé de RefriHVAC. Les paramètres communs aux trois cas sont les suivants :

 

II. Résultats comparatifs

 

II.1. Cas 1 - Cycle mono-étagé de base

Le premier calcul correspond au cycle mono-étagé sec à détente directe, sans échangeur interne. Il s’agit du cas de référence déjà utilisé dans les sections précédentes : fluide R134a, température d’évaporation de -5 °C, température de condensation de 40 °C, rendement Isentropique de 70 %, surchauffe de 5 K et sous-refroidissement de 5 K.

II.2. Cas 2 - Échangeur interne idéal : gain énergétique faible mais effet liquide favorable

Dans le second calcul, l’échangeur interne est activé. La température des vapeurs en sortie de l’échangeur interne, c’est-à-dire à l’entrée du Compresseur, est imposée à 9°C. La vapeur sort donc de l’évaporateur à 0°C, puis est réchauffée dans l’échangeur interne jusqu’à 9°C. Les pertes de charge côté vapeur et côté liquide sont supposées nulles.

II.3. Cas 3 — Échangeur interne avec pertes de charge : cas défavorable

Le troisième calcul reprend le même principe d’échange thermique que le cas précédent, avec une température vapeur en sortie d’échangeur interne toujours fixée à 9°C. En revanche, l’échangeur interne est cette fois considéré comme un composant réel introduisant des pertes de charge internes :

 

III. Lecture des diagrammes P-h

Les diagrammes P-h illustrent bien le double effet de l’échangeur interne.

 

IV. Conclusion

Cette étude de cas avec le logiciel RefriHVAC met en évidence le caractère ambivalent de l’échangeur interne liquide-aspiration. Dans le cas idéal sans pertes de charge, l’échangeur interne permet de sous-refroidir davantage le liquide avant détente. Le titre vapeur à l’entrée de l’évaporateur diminue de 27,52 % à 23,65 %, et le débit massique nécessaire pour produire 10 kW de froid diminue d’environ 4,9 %. L’EER progresse légèrement, de 3,459 à 3,478.