L’utilisation des compresseurs de refroidisseur à pistons devient de moins en moins fréquente dans les centrales de production d’eau glacée à haute efficacité. Cependant, ces refroidisseurs sont encore présents, notamment dans les systèmes de faible capacité et dans les installations plus anciennes avec des charges thermiques moyennes.
Comment Fonctionne un Refroidisseur à Pistons ?
Un refroidisseur à pistons fonctionne selon un cycle de réfrigération classique par compression.
- Processus de Compression :
La vapeur de fluide frigorigène est comprimée par un piston situé dans un cylindre. Une fine couche d’huile empêche la vapeur de s’échapper de la chambre de compression, lubrifie le système et réduit les frottements.
Le piston est relié au vilebrequin par une bielle. Lorsque le vilebrequin tourne, le piston effectue un mouvement de va-et-vient dans le cylindre. Ce mouvement alternatif aspire la vapeur de fluide frigorigène dans le cylindre, la comprime, puis l’expulse vers le condenseur du refroidisseur. - Fonctionnement des Soupapes :
Le compresseur à pistons possède deux soupapes : une soupape d’aspiration et une soupape de refoulement.- Pendant la course d’aspiration, le piston s’éloigne de la soupape de refoulement, créant un effet de vide qui réduit la pression dans le cylindre en dessous de celle de l’évaporateur. Cette différence de pression force l’ouverture de la soupape d’aspiration, permettant à la vapeur de fluide frigorigène de pénétrer dans le cylindre.
- Pendant la course de compression, le piston change de direction et comprime la vapeur, augmentant la pression dans le cylindre. Lorsque la pression dépasse celle du condenseur, la soupape de refoulement s’ouvre, laissant la vapeur comprimée s’écouler vers le condenseur.
Régulation de la Capacité des Refroidisseurs à Pistons
Pour garantir un fonctionnement optimal, il est essentiel de réguler la capacité du compresseur à pistons, en particulier lorsque la charge de refroidissement diminue ou que la température extérieure est basse.
- Problèmes en Conditions de Charge Partielle :
En l’absence de régulation, le compresseur à pistons fonctionne à une température d’évaporation plus basse, ce qui peut entraîner le gel de l’eau circulant dans l’évaporateur. La température de l’évaporateur diminue lorsque la vitesse d’aspiration de vapeur par le compresseur dépasse le taux de vaporisation dans l’évaporateur. - Régulation par Dérivation de Gaz Chaud :
Certains refroidisseurs à pistons utilisent une soupape de dérivation de gaz chaud située dans la zone de refoulement du compresseur. Lorsque la pression de l’évaporateur descend en dessous d’une valeur prédéfinie, cette soupape s’ouvre et redirige une partie du fluide frigorigène de refoulement vers le côté aspiration. Cela simule une charge thermique et maintient la capacité nominale du compresseur.- Avantages et Limitations :
Cette méthode permet de contrôler la capacité avec précision, mais elle ne réduit que peu ou pas la consommation d’énergie du compresseur en cas de demande de refroidissement réduite. Une application incorrecte peut entraîner une surchauffe excessive du gaz aspiré, provoquant une surchauffe du compresseur.
L’envoi du gaz chaud dérivé vers l’entrée de l’évaporateur peut réduire cette surchauffe et maintenir une vitesse de fluide suffisante pour permettre le retour de l’huile au compresseur.
- Avantages et Limitations :
- Déchargement des Cylindres :
Les compresseurs à pistons de grande taille, généralement supérieurs à 10 tonnes (35 kW), sont équipés de dispositifs de déchargement des cylindres. Ces dispositifs ajustent le débit de fluide frigorigène pour répondre aux besoins de l’application.- En réponse à une diminution de la charge, un contrôleur électronique active une électrovanne qui redirige le fluide frigorigène pressurisé vers le sommet de certains cylindres. Cela empêche la vapeur de fluide frigorigène d’entrer dans la zone d’aspiration de ces cylindres. Bien que les pistons continuent de se déplacer, ils ne réalisent plus de compression.
