Récupération de la chaleur

Sous-refroidisseur

Une façon d’augmenter l’efficacité des systèmes de refroidissement est d’utiliser des échangeurs de chaleur comme sous-refroidisseurs. En réduisant la température du réfrigérant liquide avant qu’il ne se détende et ne soit acheminé vers l’évaporateur, il est possible d’augmenter l’efficacité et la capacité de refroidissement. La chaleur cédée à l’environnement pendant la phase de sous-refroidissement est réintroduite dans le circuit frigorifique. Un avantage supplémentaire du sous-refroidissement est la possibilité de permettre des baisses de pression dans la ligne d’alimentation en réfrigérant du condenseur à la vanne de détente sans formation de vapeurs.

Économiseur

Les échangeurs de chaleur à plaques brasées peuvent également être utilisés comme économiseurs (sous-refroidisseurs régénératifs) pour sous-refroidir le réfrigérant. De cette façon, un effet de compression à deux étages est obtenu avec un seul compresseur, ce qui augmente l’efficacité globale du système. Dans le cas des systèmes à injection de vapeur optimisée (EVI), le compresseur doit être conçu pour injecter de la vapeur afin d’atteindre la température d’alimentation accrue. Par conséquent, le compresseur nécessite moins de puissance, ce qui réduit les coûts d’exploitation du système.

Les systèmes dotés d’un économiseur nécessitent le montage de composants supplémentaires tels que des tuyauteries et des compresseurs avec une entrée supplémentaire au niveau de la moyenne pression (compresseur axial / compresseur à vis). Les coûts d’investissement associés à ces exigences d’installation signifient que ces systèmes ne sont principalement adaptés qu’aux grands systèmes de refroidissement. Lorsqu’un système économiseur utilise deux compresseurs, on parle d’un système à deux étages.

Refroidisseur de vapeur surchauffée

Les systèmes de refroidissement équipés de condenseurs à air produisent de l’énergie résiduelle en rejetant l’énergie de condensation dans l’air ambiant.
En montant un échangeur de chaleur supplémentaire en amont du condenseur, une grande partie de l’énergie résiduelle peut être utilisée comme eau chaude sanitaire, eau chaude de service, eau de nettoyage ou chauffage des locaux.

Un refroidisseur de gaz surchauffé sous forme d’échangeur de chaleur à plaques brasées placé entre le compresseur et le condenseur permet d’utiliser l’énergie à haute température du réfrigérant surchauffé. L’utilisation d’un échangeur de chaleur supplémentaire dans le système de refroidissement composé de trois zones (sous-refroidissement, condensation et extraction de la chaleur du sous-refroidissement) permet de chauffer l’eau chaude sanitaire à une température plus élevée que celle qui serait possible dans un condenseur typique.

Selon les conditions de fonctionnement, le condenseur peut condenser le réfrigérant. Dans ce cas, le liquide doit être introduit dans le condenseur en dessous du refroidisseur afin que le gaz condensé ne s’accumule pas dans le refroidisseur. En pratique, cependant, il est monté au-dessus. Ensuite, dans un échangeur de chaleur à plaques brasées, le réfrigérant est entraîné par le flux de gaz. Un tuyau correctement conçu reliant le refroidisseur au condenseur (pour des vitesses de gaz de 5–10 m/s) évitera l’accumulation de gaz condensé.

Systèmes COR

Les systèmes COR doivent leur nom au réfrigérant du cycle organique de Rankine (en anglais : Organic Rankine Cycle). Dans les systèmes COR, la vapeur est remplacée par des milieux organiques qui s’évaporent à des températures (et des pressions) relativement basses. Cela permet d’utiliser des sources de chaleur à basse et moyenne températures dans les circuits COR. La chaleur résiduelle (du condenseur) du circuit de refroidissement est utilisée pour produire de l’électricité.

Le principe de fonctionnement des systèmes COR est similaire à celui d’une turbine à vapeur dans les centrales électriques. Le réfrigérant liquide est pompé dans l’évaporateur, où il est vaporisé. La vapeur du réfrigérant est ensuite dirigée vers la turbine qui est couplée au générateur par un arbre. L’énergie du fluide gazeux entraîne les pales du rotor pour produire de l’électricité. Après avoir traversé la turbine, le fluide gazeux entre dans le condenseur. Sous forme condensée, il est pompé vers l’évaporateur, où le cycle recommence. L’efficacité du système COR peut être encore augmentée en montant un récupérateur. Dans ce cas, le fluide gazeux qui quitte la turbine à l’état surchauffé transfère sa chaleur au liquide qui est produit par la condensation ultérieure de ce fluide gazeux dans le condenseur.

Par le passé, l’optimisation des systèmes COR nécessitait des solutions coûteuses. Aujourd’hui, la plupart des problèmes peuvent être résolus à l’aide d’échangeurs de chaleur. Leurs caractéristiques garantissent de bonnes performances du système et un fonctionnement fiable et silencieux. Un fluide organique dont la température d’évaporation est inférieure à celle de l’eau permet d’obtenir de l’électricité à partir de la combustion de la biomasse, du biogaz ou de la chaleur des déchets industriels.

Sous-refroidisseur avec fonction de surchauffe du gaz

Le liquide de condensation chaud du condenseur peut être utilisé pour surchauffer le gaz de l’évaporateur en utilisant un échangeur de chaleur. L’échangeur de chaleur à plaques brasées assure un niveau plus élevé de sous-refroidissement du gaz condensé après le condenseur. Il en résulte une réduction de la teneur en vapeur du réfrigérant en aval de la vanne d’expansion, ce qui améliore la distribution du réfrigérant dans l’évaporateur et augmente son efficacité. En outre, l’échangeur surchauffe le gaz évaporé après l’évaporateur, ce qui réduit la probabilité que du liquide ne pénètre dans le compresseur. L’échangeur de chaleur agit comme un sous-refroidisseur dont la fonction est de surchauffer la vapeur après l’évaporateur.