Cycles frigorifiques : Architecture en cascade HT/BT

I. Spécificités thermodynamiques et régulation

I.1. Bilans thermiques, débits et performance globale

L’évapo-Condenseur assure le couplage thermique entre les deux circuits. En l’absence de pertes, la puissance cédée par l’étage BT est égale à la puissance absorbée par l’étage HT.

Dans cet échangeur, le fluide de l’étage BT se condense en cédant de la chaleur, tandis que le fluide de l’étage HT s’évapore en récupérant cette même chaleur. En négligeant les pertes thermiques de l’échangeur, le bilan s’écrit :

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$$ {\dot{Q}}_{\mathrm{cascade}}={\dot{Q}}_{\mathrm{cond,}} = {\dot{Q}}_{evap,HT} $$

I.2. Température intermédiaire et échangeur cascade

L’évapo-Condenseur constitue l’interface thermique entre les deux circuits. Il assure simultanément :

La condensation du fluide de l’étage BT ;
L’évaporation du fluide de l’étage HT ;
La séparation physique des deux fluides ;
Le transfert de la charge frigorifique BT et du travail du Compresseur BT vers l’étage HT.

I.3. Principales variables de pilotage

Le fonctionnement d’une cascade repose sur plusieurs boucles de régulation coordonnées. Chaque circuit conserve ses propres organes de contrôle, mais leur fonctionnement est interdépendant au niveau de l’évapo-Condenseur.

II. Domaines d’application

L’architecture en cascade est utilisée lorsque la température demandée devient trop basse pour un cycle simple efficace ou compatible avec l’enveloppe des compresseurs.