NOTIONS FRIGORIFIQUES

Définitions de base

• Échangeur (échange de chaleur)

– 2 corps de température différente sont en contact ou au
voisinage l ’un de l ’autre
– Échange de chaleur du corps chaud vers le corps froid qui tend
à rapprocher leurs températures jusqu ’à l ’équilibre
– La puissance transmise au cours de cet échange est définie
• P = K x S x DT
avec P : puissance (W)
K : coefficient d ’échange (W/m².K)
- matériaux (conduction)
- fluides (convection)
- encrassement
S : surface d ’échange (m²)
DT : écart de température entre les fluides (K)
 Définitions de base

• État d ’un corps

LIQUIDE

Solidification Liquéfaction
(condensation)
Fusion Ébullition
(évaporation)

Solidification
SOLIDE VAPEUR
Sublimation

– Changement d ’état par « apport » ou « retrait » d ’une

certaine quantité d ’énergie à température constante
 Définitions de base

• Évaporateur (évaporation)

– Une quantité de chaleur est apportée au fluide évaporer

– L ’évaporation produit du froid
 Définitions de base

• Condenseur (condensation)

– Une quantité de chaleur est cédée par le fluide condensé

– La condensation produit du chaud
 Définitions de base

• Relation pression - température

– La pression et la température sont liées pour un fluide à l ’état

liquide - vapeur
 Définitions de base

• Relation pression - température

– Des diagramme visualisent la relation pression - température

évaporation

1.00108 bar

condensation

Exemple
Exemple :: R22
eau

-100°c
41°c
Définitions de base
 Diagramme enthalpique

• Le diagramme pression - température ne permet pas de

quantifier l ’énergie d ’un fluide
• C ’est une des possibilités du diagramme enthalpique
 Notions frigorifiques :
Diagramme enthalpique

LIQUID
VAPOR

LIQUID + VAPOR
CYCLE FRIGORIFIQUE
 La machine frigorifique

• Évaporateur
 La machine frigorifique
• Comprimer (compression)
– Élève le niveau de pression d ’un corps en phase gazeuse
– L ’aspiration d ’un compresseur est appelée BP (basse pression)

– Le refoulement d ’un compresseur est appelée HP (haute pression)

– L ’énergie fournie sur l ’arbre est partiellement transmise au fluide, son
enthalpie augmente avec la pression
 La machine frigorifique

• Compresseur
 La machine frigorifique
• Condenseur
 La machine frigorifique
• Détendeur
 La machine frigorifique
• Cycle frigorifique
FLUIDES FRIGORIGENES
 Notions frigorifiques :
Fluides frigorigènes
• Désignation
R 4 0 7 C

Type de la symétrie
des molécules

Nbre d ’atome de fluor

Nbre d ’atome d ’hydrogène + 1

Nbre d ’atome de carbone - 1

Réfrigérant
 Fluides frigorigènes

• Constituants chimiques :
– carbone
– chlore
– hydrogène
– fluor
• Principales familles
– C.F.C.
• chloro-fluoro-carbone (R11, R12, …)
– H.C.F.C.
• hydro-chloro-fluoro-carbone (R22, …)
– H.F.C.
• hydro-fluoro-carbone (R407C, R134a, R410A…)
 Fluides frigorigènes
• Action sur l ’environnement

– La couche d ’ozone
• corps très instable
• absorbe la plus grande part des rayonnements ultraviolets de
courtes longueurs d ’onde en provenance du soleil et empêche que
ceux-ci ne parviennent au sol et infligent aux êtres vivants des
troubles graves
• les fluides incriminés dans sa destruction sont ceux qui comportent
des atomes de chlore et de brome
• notion de potentiel d’impact sur la couche d’ozone
– ODP : Ozone Depletion Potential
 Fluides frigorigènes
Ozone Depletion Potential : impact sur la couche d’ozone
Le chlore est responsable dans la destruction de la couche d’ozone

CFC : -Chloro-Fluoro-Carbon
MONTREAL
HCFC : Hydro-Chloro-Fluoro-Carbon
PROTOCOL
HFC : Hydro- -Fluoro-Carbon

CFC R11 est la référence avec ODP = 1.0

HCFC R22 ODP = 0.05

R134a ODP = 0.00

HFC R407c ODP = 0.00

R410a ODP = 0.00

 Fluides frigorigènes

• Réglementation
– Les fluides nocifs pour l ’environnement comme les CFC (R11,
R12, …) et les HCFC (R22, …) voient ou ont vu leur utilisation et
leur production réglementé
• protocole de Montréal
• protocole de Copenhague
• réglementation européenne
 Fluides frigorigènes

• Réglementation sur la production des fluides pour l ’Europe

– Interdiction définitive d ’utilisation des C.F.C depuis janvier 2001
– Gel des productions des H.C.F.C basé sur 1997 en janvier 2000
– Utilisation de H.C.F.C pour l ’Europe
• L ’utilisation de H.C.F.C neuf pour la maintenance est autorisée jusqu ’au
01/01/2010
• L ’utilisation de H.C.F.C recyclé pour la maintenance pourrait être autorisée
jusqu ’en 2015 au plus tard en fonction des solutions alternatives

• Réglementation sur la production des machines pour l ’Europe

– Fabrication de machine pour l ’Europe
• Interdiction de fabriquer des unités avec H.C.F.C après le 31/12/2003
 Fluides frigorigènes

• Recommandation pour l ’utilisation

– Réduction de l ’émission à toutes étapes
• réduire les charges des installations neuves
• Cahier de contrôle obligatoire pour les installations de plus de 2 kg
• Récupération des fluides à chaque intervention
• Recycler pour réutilisation ou destruction
• Formation
• Confiner les installations
 Fluides frigorigènes
• Propriétés demandées aux fluides écologiques
– ODP = 0
– pressions de condensation peu élevées
– pressions d ’évaporation supérieur à la pression
atmosphérique
– chaleur latente de vaporisation importante
– compatible avec les huiles de graissage
– manipulation aisée
– approvisionnement facile et bon marché
– absence d ’action corrosive sur les métaux en l ’absence de
vapeur d ’eau
– bonne tenue du caoutchouc synthétique
– dissolution de l ’eau
 Fluides frigorigènes
• Action sur l ’environnement (suite)
– L ’effet de serre
• indispensable à la vie
Soleil

Atmosphère

48%
31%
21%
 Fluides frigorigènes

• Action sur l ’environnement (suite)

– L ’effet de serre
• Gaz à effet de serre
– CO2, CH4, ozone, CFC, HFC, etc.
• Les gaz à effet de serre sont naturellement très peu abondant par
contre les émissions de polluants gazeux liées à nos activités sont de
moins en moins négligeables
• Il en résulte une augmentation de la température moyenne de
l ’atmosphère
• notion de potentiel d ’action sur l ’effet de serre
– GWP : Global Warming Potential
 Fluides frigorigènes

Global Warming Potential : compare to CO 2 GWP = 1

R11 GWP = 4000

R410a GWP = 1890

R22 GWP = 1700

R407c GWP = 1610

R134a GWP = 1300

 Fluides frigorigènes

• Les nouveaux fluides

– « vieux nouveau » : l ’ammoniac (R717)
• très bonne performance
– transfert de chaleur
– transfert de masse
• pas compatible avec le cuivre ou ses alliages
• aucun risque pour l ’environnement (ODP et GWP = 0)
• mortel pour l ’homme
– Le CO2 (R744)
• inoffensif pour l ’environnement
• en phase d ’expérimentation
• bonnes caractéristiques thermodynamiques
• application actuelle dans les avions (conservation de la nourriture)
 Fluides frigorigènes

• Les nouveaux fluides (suite)

– Les hydrocarbures : propane (HC290), isobuthane (R600a)
• performances intéressantes
• poussé sous l ’action des pays nordiques
• application limité à ce jour aux appareil domestiques (30% du marché Europe)
• contraintes de sécurité trop importantes pour les grosses puissances
• quelques applications dans l ’industrie de la chimie
– Les corps purs : R134a
• même performance que l ’ancien fluide R12
• utilisation d ’huile polyol ester
• reconception des compresseurs
– Les mélanges : R407C et R410A
• mélange azéotrope (glissement de température)
• performance identique à celle du R22
• utilisation d ’huile polyol ester
• reconception des compresseurs et des échangeurs
 Fluides frigorigènes

• Les nouveaux fluides (suite)

– Conclusion
• aucun de ces fluides cités sont des fluides substitution directs
• reconception des machines nécessaire
– compresseurs
– échangeurs
– organes de régulation
• La molécule chimique simple présentant toutes les caractéristiques souhaitables
n ’existe pas encore
– non toxique
– non inflammable
– durée de vie faible dans l ’atmosphère
– non polluante
– performance thermodynamique élevée
• Nous avons plusieurs solutions pour plusieurs applications
– froid négatif (congélation, surgélation)
– froid positif (conservation frigo)
– climatisation (confort publique)
 Fluides frigorigènes
• Aujourd’hui chez LENNOX

R407C R410A
 Fluides frigorigènes
• Aujourd’hui chez LENNOX

R407C R410A
23% - R32 50% - R32
25% - R125 50% - R125
52% - R134a Pas de R134
 R407c Dew point
T°c de rosée = 2°c

Bubble point
T°c d’ébulition = -4°c
Glide =
6°c
 R410A

Bubble point Dew point

T°c d’ébulition = 0°c T°c de rosée = -0.1°c

Glide = 0.1°c
 Refrigerant
R407c

Pression et Volume Massique R410a

30 bars
50°C

21 bars

11 bars 10°C

37.5 dm3/kg
7 bars

24.9 dm3/kg

H4 ( H1 - H4 ) R407c = ( H1 – H4 ) R410a H1

Même puissance => Volume massique R410A / R407c = 24.9 / 37.5 = 66%

=> Tube R410A = 66% Tube R407c

=> diamètre des tubes R410A = 80% diamètre des tubes R407c
TECHNOLOGIES FRIGORIFIQUES
Compresseur hermétique pistons
Compresseur hermétique scroll
Compresseur hermétique scroll

Simple spirale

Double spirale
Compresseur hermétique scroll

Aspiration

Compression

Refoulement
Compresseur semi-hermétique piston
 Compresseur semi-hermétique vis
Vis mâle

Refoulement
Vis femelle
Filtre
d’aspiration

Double paroi

Moteur

Séparateur d’huile
Roulements
Compresseur semi-hermétique vis

Refoulement

Compression

Aspiration
Compresseur semi-hermétique vis
Compresseur semi-hermétique vis

• Vannes de réduction de puissance

– 0 – 25 – 50 – 75 – 100%

CR1 CR2

CR3 CR4
Compresseur semi-hermétique vis

CR1
Aspiration

CR2

CR3

CR4

Eco
Pression d’huile
Refoulement
Compresseur semi-hermétique vis
BP BP

Régulation de puissance (CR) HP ECO

Huile

Ajustement du Vi
 Échangeurs

• Évaporateurs ou condenseurs
– À air

Air

Fluide frigorigène
 Échangeurs (suite)

• Évaporateurs ou condenseurs
– Eau
Eau
• tubulaire

Fluide frigorigène Eau

Eau
Fluide frigorigène
 Échangeurs (suite)

• Évaporateurs ou condenseurs
– Eau
• plaques
 Échangeurs (suite)

• Évaporateurs ou condenseurs
– Eau
• plaques
Détendeur thermostatique
Sortie fréon

BP HP
Entrée fréon

Évaporateur

Sortie BP

Entrée HP
 Détendeur électronique

BP

HP
 Déshydrateurs

Double sens (PAC)

Sens unique

Démontable
 Inversion de cycle (PAC)
Compresseur

Compresseur
Batterie B Batterie A
= Évaporateur = Condenseur
 Inversion de cycle (PAC)
Compresseur

Compresseur
Batterie B Batterie A
= Condenseur = Évaporateur
TECHNOLOGIES CHILLER
 Descriptif
• Évaporateur ou condenseur

Plaques Tubulaire
 Descriptif

• Batterie condenseur ou évaporateur (p.a.c)

 Descriptif
• Ventilateur
 Descriptif

• Armoire électrique

Interrupteur (option)

Repérage des composant

Ventilateur d ’armoire
 Descriptif
• Régulation par microprocesseur CLIMATIC
– Production LENNOX
• 20 ans d’expérience
• Régulation chiller et roof top
– Afficheur convivial
• Numérique
• alphanumérique
– Connexion GTC
– Gestion de l’énergie
– Fonction hebdomadaire et journalière