Le cycle frigorifique à compresseur à deux étages utilise généralement deux compresseurs, à savoir un compresseur basse pression et un compresseur haute pression.
1.1 Le processus d'augmentation de la pression du gaz réfrigérant, de la pression d'évaporation à la pression de condensation, est divisé en 2 étapes
Premier étage : Compression à la pression intermédiaire par le compresseur de l’étage basse pression :
Deuxième étape : le gaz sous pression intermédiaire est comprimé davantage jusqu'à la pression de condensation par le compresseur haute pression après refroidissement intermédiaire, et le cycle alternatif achève un processus de réfrigération.
Lors de la production de basses températures, le refroidisseur intermédiaire du cycle frigorifique à compression bi-étagée réduit la température d'entrée du fluide frigorigène dans le compresseur de l'étage haute pression, et réduit également la température de refoulement de ce même compresseur.
Le cycle frigorifique à compression bi-étagée divise le processus de réfrigération en deux étapes. Le taux de compression de chaque étape est ainsi bien inférieur à celui d'une compression mono-étagée, ce qui réduit les exigences en matière de robustesse des équipements et améliore considérablement le rendement du cycle. Selon la méthode de refroidissement intermédiaire, ce cycle se divise en un cycle de refroidissement complet et un cycle de refroidissement incomplet. S'il repose sur la détente, on distingue alors un premier cycle de détente et un second cycle de détente.
1.2 Types de réfrigérants à compression bi-étagée
La plupart des systèmes frigorifiques à compression bi-étagée utilisent des fluides frigorigènes à moyenne et basse température. Des études expérimentales montrent que le R448A et le R455a constituent de bons substituts au R404A en termes d'efficacité énergétique. Comparé aux hydrofluorocarbures, le CO₂, fluide frigorigène respectueux de l'environnement, représente une alternative potentielle aux hydrofluorocarbures et présente de bonnes caractéristiques environnementales.
Mais le remplacement du R134a par du CO2 détériorera les performances du système, en particulier à des températures ambiantes plus élevées, la pression du système CO2 étant assez élevée et nécessitant un traitement spécial des composants clés, notamment du compresseur.
1.3 Recherche d'optimisation sur la réfrigération par compression à deux étages
À l'heure actuelle, les résultats des recherches d'optimisation du système de cycle frigorifique à compression à deux étages sont principalement les suivants :
(1) En augmentant le nombre de rangées de tubes dans l'échangeur intermédiaire, et en réduisant celui de l'échangeur d'air, on accroît la surface d'échange thermique de l'échangeur intermédiaire tout en diminuant le débit d'air induit par un grand nombre de rangées dans l'échangeur d'air. Grâce à ces améliorations, la température d'entrée de l'échangeur intermédiaire peut être abaissée d'environ 2 °C, tout en préservant l'efficacité du refroidissement de l'échangeur d'air.
(2) En maintenant constante la fréquence du compresseur basse pression et en modifiant celle du compresseur haute pression, on fait varier le débit de gaz refoulé par ce dernier. Lorsque la température d'évaporation est maintenue à -20 °C, le COP maximal atteint 3,374 et le débit de gaz maximal correspondant est de 1,819.
(3) En comparant plusieurs systèmes de réfrigération à compression transcritique à deux étages au CO2 courants, on conclut que la température de sortie du refroidisseur de gaz et l'efficacité du compresseur de l'étage basse pression ont une grande influence sur le cycle à une pression donnée. Par conséquent, si vous souhaitez améliorer l'efficacité du système, il est nécessaire de réduire la température de sortie du refroidisseur de gaz et de sélectionner un compresseur de l'étage basse pression à rendement de fonctionnement élevé.
Date de publication : 22 mars 2023