Dans son dernier ouvrage « Les installations frigorifiques au CO2 », Patrice Delcourt consacre un chapitre au transcritique bi-étagé dans lequel il aborde le point de la régulation que nous reproduisons ici.

 

RPFR1099_026_BA456940_Page_1_Image_0002.jpg

Patrice Delcourt, agrégé hors classe de sciences de l’inégnieur, enseigne, depuis 1989, la conception des installations frigorifiques en B.T.S froid et climatisation, au lycée Edmond Labbée de Douai (59). Lire aussi son inteview dans les pages suivantes, suite à la publication de son dernier ouvrage sur les intallations au CO2 dont il est question ici.

 

 

Comme le souligne l’auteur en préambule de ce chapitre, les solutions bi-étagées en compression alimentant aussi bien les postes à température négative qu’à température positive se développent, notamment dans les supermarchés et les entrepôts frigorifiques. Ce chapitre commence par aborder les quatre grands types de conception de machine dans ce domaine avec leurs différences marquées essentiellement par le nombre et l’emplacement des échangeurs sous-refroidisseurs mais aussi par le matériel utilisé pour évacuer les vapeurs de la bouteille séparatrice de liquide. Puis l’auteur développe la régulation dans ses différentes composantes comme le reprend la suite de notre article.

1. Régulation du refroidisseur de gaz sans récupération de chaleur

La régulation du refroidisseur de gaz est divisée en trois parties. Lorsque la température extérieure est inférieure ou égale à 14 °C, le régulateur permet un fonctionnement en subcritique. La pression de refoulement est alors inférieure à la pression critique et le refroidisseur devient un condenseur. L’algorithme de l’automate maintient alors une différence de 5 à 6 °C entre la température de condensation et la température extérieure et un sous-refroidissement du liquide de 2 à 3 °C.

À l’approche de la température critique, l’algorithme change en augmentant progressivement le sous-refroidissement pour combler l’écart entre la régulation conventionnelle et la régulation transcritique (voir figure 1).

REgulation.jpg
Figure 1

Lorsque les conditions transcritiques sont atteintes, la pression de refoulement est adaptée par le régulateur en fonction de la température extérieure de façon à maintenir le meilleur COP possible pour l’installation. En effet la quantité de liquide dans le mélange diphasique injecté dans le séparateur de liquide dépend aussi de la pression de refoulement et de la température de sortie du refroidisseur de gaz et l’objectif est de produire le moins de vapeur possible en sortie de la vanne de détente.

Les informations transmises au régulateur par les sondes 2 sur l’air et 3 sur le CO2 permettent la régulation du débit d’air en intervenant, soit sur le nombre de ventilateurs en fonctionnement, soit en faisant varier la vitesse de rotation des moteurs de ces ventilateurs ou soit les deux (voir figure 2). La pression minimale dans le refroidisseur de gaz est maintenue par le régulateur en agissant sur le degré d’ouverture de la vanne de détente 5 à partir de la valeur obtenue du transmetteur de pression 4.

REgul_Refroidisseur_Gaz.jpg
Figure 2

À noter que le refroidisseur de gaz peut être équipé de rampes de pulvérisation d’eau au niveau de l’entrée d’air permettant un refroidissement adiabatique avec une diminution de température d’air perçue de 5 à 15 °C.

2. Régulation du séparateur de liquide

La figure 3 montre que la pression dans le séparateur de liquide doit être réduite autant que possible pour diminuer la quantité de liquide dans la conduite d’évacuation de gaz vers l’aspiration du compresseur MT. En effet, ce liquide pourrait non seulement occasionner des dégâts au niveau du compresseur mais aussi et surtout, il diminue le COP de l’installation. Une pression comprise entre 30 et 36 bars absolus est raisonnable car on limite alors la quantité de liquide de 1 à 2 % et il reste ainsi une différence de pression au niveau des détendeurs électriques de 4 à 10 bars suffisante pour leur fonctionnement. La pression dans le séparateur de liquide 4 est régulée par le régulateur 1, en fonction de la valeur obtenue du transmetteur de pression 2. Il agit sur le degré d’ouverture de la vanne 3 munie d’un moteur pas à pas (voir figure 4).

REgul_Separateur_Liquide_1.jpg
REgul_REservoir.jpg
Figure 3 /Figure 4

Pour que les détendeurs alimentés par le liquide contenu dans ce réservoir puissent fonctionner une pression minimum est nécessaire. Dans le cas où la pression ne serait pas suffisante, le régulateur 1 peut forcer l’ouverture progressive de la vanne 5.

Pour éviter une pression trop importante dans la bouteille séparatrice 4, le régulateur 1 peut forcer la vanne 5 à se fermer progressivement.

Si la régulation de la pression dans ce réservoir est importante, il ne faut pas non plus négliger la conception de cet appareil qui est avant tout un séparateur de liquide et doit donc être conçu en tant que tel. En effet, sans une séparation complète du liquide et de la vapeur qui est injectée par la vanne de détente on court le risque de voir du liquide passer par la conduite de dégazage.

3. Gestion de l’huile

Le régulateur de la partie MT peut gérer la récupération et le retour de l’huile des compresseurs MT et BT. La vidange du séparateur d’huile est alors réalisée par un certain nombre d’impulsions d’une durée par exemple d’une seconde suivie d’une pause d’une minute. L’information fournie au régulateur peut provenir soit du contacteur de niveau du séparateur d’huile, soit du transmetteur de pression du réservoir d’huile, soit des deux (voir figure 5).

Gestion_Huile002.jpg
Figure 5

Principe de régulation de l’évacuation de l’huile du séparateur vers le réservoir

Le niveau d’huile dans le séparateur peut être régulé par un ou deux détecteurs de niveau. L’huile est envoyée dans le réservoir au moyen d’une électrovanne à impulsion.

Principe de régulation de la pression dans le réservoir d’huile

En cas d’absence de différence de pression pour alimenter en huile les carters des compresseurs MT, l’électrovanne s’ouvre selon les impulsions définies par l’utilisateur et la pression monte sous l’effet de la pression régnant dans le séparateur. La longueur d’impulsion et la durée entre les impulsions sont déterminées par le système.

  Régulation de niveau d’huile dans le carter des compresseurs

Pour alimenter les carters des compresseurs avec la juste quantité d’huile, on utilise des régulateurs électriques de niveau d’huile tel que les modèles Traxoil d’Emerson Climate Technologies (voir figure 6).

Regulateur_Niveau_Huile.JPG
Figure 6

4. Récupération de chaleur

En fonction des informations de la sonde de température 9, le régulateur 8 autorisera le fonctionnement de la pompe de circulation du liquide à chauffer et agira sur le degré d’ouverture de la vanne trois voies 10. Le régulateur 1 permettra de maintenir la température et la pression du CO2 à la sortie du refroidisseur de gaz pour obtenir les conditions maximales de fonctionnement en fonction des informations obtenues des sondes de température 2, 3, 6 et du transmetteur de pression 4, en agissant sur le degré d’ouverture de la vanne trois voies 7, le débit d’air des ventilateurs et le degré d’ouverture de la vanne de détente 5 (voir figure 7).

REgul_Recup_Chaleur.jpg
Figure 7
">