Les composants d’un chiller sont classés selon leurs fonctions :
Composants du cycle de réfrigération
Composants impliqués dans le fonctionnement et le contrôle du cycle de réfrigération.
| Composant | Types |
|---|---|
| Compresseur | Piston, Scroll, Vis, Centrifuge |
| Évaporateur | Carcasse et tubes (inondé), Carcasse et tubes (sec), Carcasse et serpentins, Double tube, Baudelot, Plaques |
| Condenseur | Carcasse et tubes, Plaques brasées, Tube coaxial, Tubulaire |
| Détendeur | Vanne à bulbe, Vanne électronique à contrôle temporel, Vanne électronique à débit variable |
| Vannes de contrôle du réfrigérant | Électrovannes, Vannes de régulation de pression, Clapets anti-retour |
| Réservoir de réfrigérant | Réservoir de liquide à la sortie du condenseur, Accumulateur de liquide avant le compresseur |
| Filtre déshydrateur | Placé avant le détendeur |
| Pressostats | Haute pression, Basse pression |
| Capteurs de pression | Capteur basse pression, Capteur haute pression |
| Capteurs de température | NTC/PTC, PT100, PT1000 |
Composants de distribution d’eau
Parties impliquées dans la distribution de l’eau glacée.
| Composant | Types |
|---|---|
| Échangeurs de chaleur (Air/Eau) | Ventilo-convecteur, Centrale de traitement d’air (CTA) |
| Détecteurs de débit | À palette |
| Vannes de contrôle de débit | Électrovannes, Clapets anti-retour, Vannes à bille, Vannes de régulation de débit |
| Filtre à eau | Filtre en Y |
| Pompe primaire | Centrifuge, Centrifuge à vitesse variable (VFD) |
| Pompe secondaire | Centrifuge, Centrifuge à vitesse variable (VFD) |
| Pompe de la tour de refroidissement | Centrifuge, Centrifuge à vitesse variable (VFD) |
| Tours de refroidissement | Tirage induit, Tirage forcé, Flux croisé |
Composants clés d’un Chiller
- Évaporateur : Élimine la chaleur de l’eau, la transférant au réfrigérant pour produire de l’eau glacée.
- Compresseur : Transfère le réfrigérant chargé de chaleur de l’évaporateur au condenseur sous haute pression.
- Condenseur : Libère la chaleur absorbée par le réfrigérant vers l’environnement.
- Détendeur : Réduit la pression du réfrigérant, abaissant sa température avant de revenir à l’évaporateur.
- Tours de refroidissement : Refroidissent l’eau circulant vers le condenseur du chiller.
- Système de contrôle : Optimise et gère le cycle de réfrigération.
Détails sur les évaporateurs
- Évaporateur à carcasse et tubes inondé :
- Contient le réfrigérant liquide dans une carcasse où la chaleur de l’eau glacée fait évaporer le réfrigérant.
- Caractéristiques : Niveau constant de réfrigérant grâce à une vanne à flotteur, haute efficacité thermique, conception robuste pour fluides de faible viscosité (~6 cP).
- Évaporateur à carcasse et tubes sec :
- Le réfrigérant circule dans les tubes, l’eau glacée à l’extérieur.
- Déflecteurs augmentant la turbulence pour améliorer le transfert de chaleur.
- Évaporateur à carcasse et serpentins :
- Bobines en spirale enfermées dans une carcasse, adaptées aux besoins de faible capacité.
- Évaporateur double tube :
- Tubes concentriques avec réfrigérant dans l’espace annulaire et liquide dans le tube intérieur.
- Évaporateur Baudelot :
- Tubes horizontaux avec du liquide s’écoulant sur leur surface, souvent utilisés dans l’industrie alimentaire.
- Évaporateur à plaques :
- Plaques en acier inoxydable pour l’échange thermique via un contre-courant de fluides.
Considérations clés pour les évaporateurs
- Évaporateurs inondés : Haute efficacité, idéaux pour fluides de faible viscosité mais nécessitent une charge élevée de réfrigérant.
- Évaporateurs secs : Plus compacts, nécessitent moins de réfrigérant, mais efficacité légèrement inférieure.
- Évaporateurs à plaques : Parfaits pour des approches de température étroites et des applications hygiéniques.
Cette analyse approfondie met en lumière les composants essentiels des chillers et leurs variantes fonctionnelles pour garantir des performances optimales dans diverses applications industrielles.
Description of Water-Cooled Chiller Components
A water-cooled chiller consists of various essential components for proper operation. Key parts include the condensers, cooling tower, compressor, and expansion valve. Below is a detailed description of each:
1. Condensers in Water-Cooled Chillers
Condensers are crucial for transferring heat from the refrigerant to the water. There are three main types:
- Shell and Tube Condenser
- The most common type used in water-cooled chillers.
- Refrigerant is contained in the shell, while water flows through copper tubes.
- Advantages: high efficiency, easy maintenance and cleaning, low likelihood of fouling.
- Disadvantages: not ideal for limited space applications, higher cost.
- Brazed Plate Condenser
- Compact design, ideal for space-constrained environments.
- Non-ferrous construction resistant to corrosion and highly efficient in heat transfer.
- Advantages: cost-effective, thermal efficiency.
- Disadvantages: prone to clogging, complex cleaning if fouled.
- Coaxial Tube Condenser
- Compact with a counterflow design for maximum heat transfer.
- Advantages: anti-fouling characteristics, effective under high pressure and temperature conditions.
- Disadvantages: chemical cleaning required for fouling, higher cost.
2. Cooling Tower
A critical component for releasing heat into the environment. This system operates independently of the chilled water circuit, transferring heat from the hot water coming from the condenser to the surrounding air.
- Operation: Cold water is pumped from the cooling tower to the condenser, raising its temperature by approximately 10°F after absorbing the refrigerant’s heat.
3. Chiller Compressor
The compressor is the heart of the chiller, with various types suited for different capacities and applications:
- Piston Compressor: Less commonly used due to lower energy efficiency.
- Scroll Compressor: Ideal for low-capacity chillers; multiple units can increase cooling capacity.
- Screw Compressor: Suitable for medium to high-capacity chillers, known for low vibration and long service life.
- Centrifugal Compressor: Exclusively used in high-capacity chillers with water-cooled condensers.
4. Expansion Valve
Regulates the refrigerant flow into the evaporator, ensuring the low pressure needed for the cooling process. Two main types are available:
- Bulb Expansion Valve
- Operates using a special fluid in the bulb to regulate pressure.
- Maintains a 10°F temperature difference (superheat) for optimal performance.
- Electronic Expansion Valve
- More precise, using temperature and pressure sensors connected to a controller.
- Types:
- Time-based opening and closing control (e.g., Danfoss AKV series).
- Variable step, with precise positioning via stepper motor (e.g., Danfoss ETS series).
This set of components ensures efficient operation of water-cooled chillers in industrial and commercial applications.
Contrôleur Électronique du Chiller
Les caractéristiques du contrôleur électronique d’un chiller sont les suivantes :
- Conception modulable :
- Peut être composé de plusieurs cartes électroniques.
- Dans les chillers de petite capacité, toutes les fonctions peuvent être intégrées sur une seule carte.
- Les chillers avec plusieurs cartes incluent une carte principale et des cartes esclaves.
- Cartes esclaves :
- Dédiées à des contrôles spécifiques : compresseurs, ventilateurs, pompes, etc.
- Communiquent avec la carte principale via un bus de communication interne.
- Carte de compresseur :
- Contrôle un compresseur ou une station de compresseurs selon les instructions de la carte principale.
- Évite les fonctionnements irréguliers, permet d’ajuster le temps minimal et maximal de fonctionnement.
- Équilibre le temps d’utilisation entre tous les compresseurs.
- Offre des options de connexion séquentielle (premier activé, dernier désactivé) ou cyclique (temps d’allumage équilibré).
- Contrôle électronique de l’évaporateur :
- Permet de gérer une vanne d’expansion électronique pour augmenter la pression d’aspiration et réduire la consommation électrique.
- Assure un surchauffe minimale pour maximiser l’efficacité.
- Modules électroniques spécifiques :
- Gestion des ventilateurs de condenseur, tours de refroidissement, pompes à eau, pompes à huile ou vannes supplémentaires pour la réfrigération des moteurs.
- Contrôle de la vitesse des pompes à eau pour ajuster la capacité à la demande.
- Lecture des capteurs : pression d’huile, pression d’économiseur, température de condensation, température de récupération, etc.
Capteurs dans le système de contrôle du chiller
Les capteurs les plus courants dans les chillers sont :
- Capteurs de température :
- Utilisés pour mesurer la température à divers points et transmettre les données au microprocesseur.
- Emplacements fréquents :
- Sortie de l’évaporateur.
- Sortie du compresseur.
- Condenseur.
- Eau en sortie et en entrée du refroidisseur (cooler).
- Moteur du compresseur.
- RTD (Resistance Temperature Detector) :
- Types : PT100, PT1000.
- Fonctionnement : Résistance linéaire et directe avec la température. Précis et fiable.
- Caractéristiques :
- Fabriqués en platine, insensibles au décalibrage.
- En cas de panne, les capteurs RTD génèrent une alarme.
- Thermistors :
- Types : NTC, PTC.
- Fonctionnement : Résistance variable non linéaire avec la température.
- NTC : Résistance diminue avec l’augmentation de température. Courbe exponentielle.
- PTC : Résistance augmente avec l’augmentation de température. Courbe exponentielle.
- Capteurs de pression :
- Fonctionnement : Génèrent des signaux de tension ou de courant proportionnels à la pression.
- Types courants :
- Traducteurs de pression AKS32, AKS32R (signaux de tension).
- Traducteurs AKS33 (signaux de courant).
Composants du Circuit Hydraulique des Installations à Chillers
- Interrupteur de débit d’eau :
- Nécessaire pour protéger l’évaporateur contre une baisse de débit d’eau glacée.
- Prévient le risque de gel de l’évaporateur.
- À installer de préférence sur une section rectiligne de la tuyauterie, selon les recommandations du fabricant.
