Les composants frigorifiques pour le CO2 (R744)

Le CO2 est un fluide frigorigène qui est de plus en plus utilisé car il est considéré comme un fluide écologique : son impact sur la couche d’ozone est nul (ODP = 0) et son impact sur l’effet de serre est faible (GWP = 1).
Ses caractéristiques thermodynamiques sont excellentes et permettent d’envisager un bel avenir pour ce fluide, malgré les pressions de service beaucoup plus élevées que celles des HFC.

Le CO2 est un fluide non inflammable, non explosif et non dangereux.
Ses caractéristiques thermodynamiques à basse température permettent de réduire les volumes des circuits frigorifiques et les consommations énergétiques. La température critique de 30,98°C limite son utilisation.

Dans une installation frigorifique avec une condensation à air, le cycle peut fonctionner au dessus de cette température critique ; le cycle est appelé transcritique.

Dans le cas où le CO2 est employé pour la réfrigération basse température, il est utilisé soit comme fluide caloporteur, soit en cascade avec un autre fluide frigorigène (R404A, NH3, R134a etc.).
Le cycle fonctionne alors en dessous de la température critique ; il est appelé cycle subcritique.

Les pressions de fonctionnement du CO2 sont élevées, environ 140 bar pour les cycles transcritiques et entre 40 bar et 52 bar pour les cycles subcritiques.
Les pressions de service des composants doivent permettre de supporter la pression liée à la température ambiante dans le cas de l’arrêt du système frigorifique.
Par exemple, si la température ambiante est de l’ordre de 32°C (Réf ENV 378-2), la pression à l’intérieur du système frigorifique sera supérieure à 74 bar.
Les systèmes frigorifiques, fonctionnant en régime subcritique avec du CO2, peuvent être maintenus en température par un groupe frigorifique annexe ou en évacuant l’excès de pression vers un réservoir de stockage.

Les composants frigorifiques

1) Cycle transcritique

Les systèmes frigorifiques fonctionnant en cycle transcritique sont principalement les pompes de chaleur, les distributeurs de boissons et les centrales de réfrigération moyennes températures.
La réfrigération commerciale tend à utiliser de plus en plus des centrales frigorifiques en cascade fonctionnant avec du CO2, en régime transcritique pour l’étage moyenne température et en régime subcritique pour l’étage basse température.

L’utilisation du CO2 en cycle transcritique nécessite des produits dont les pressions de service sont :

Position sur le circuit	Pression maxi de service (bar)	Température maxi de service (°C)	Produits concernés
Refoulement compresseur	140 bar	160°C	Silencieux, séparateurs d’huile, clapets
Sortie  « gaz cooler »	140 bar	60°C	Filtres déshydrateurs, réservoirs de liquide, voyants de liquide, clapets
Sortie évaporateur	40 bar	30°C	Bouteilles anti-coup de liquide, filtres d’aspiration, clapets

Les aciers au carbone, utilisés habituellement, sont totalement compatibles avec les applications transcritiques. Seules les épaisseurs des matériaux sont à adapter afin de résister à des pressions et températures élevées.
CARLY peut proposer sur demande un filtre déshydrateur et un voyant pour les applications transcritiques.

2) Cycle subcritique

Les installations fonctionnant avec un cycle subcritique sont destinées à la réfrigération basse température (-25°C à -45°C) commerciale ou industrielle.
Contrairement aux fluides synthétiques (CFC, HCFC HFC etc.), le CO2 fonctionne avec des pressions de service très élevées, particulièrement en basse température.
Les composants, situés sur la ligne liquide ou sur la ligne d’aspiration, sont soumis à de fortes pressions et à des températures très basses.
La résilience des aciers au carbone usuels ne permet pas de les utiliser en toute sécurité avec des températures basses et des pressions élevées.
Il convient donc d’utiliser, soit des aciers basses températures (LTCS), soit des aciers inoxydables dont la résilience est particulièrement adaptée.

L’utilisation du CO2 en cycle subcritique nécessite des produits dont les pressions de service sont :

Position sur le circuit	Pression maxi de service  (bar)	Température  mini de service (°C)	Température  maxi de service (°C)	Produits  concernés
Refoulement compresseur	40 (52)*	0	150	Silencieux, séparateurs d’huile, flexibles, clapets
Ligne liquide	40 (52)*	-20	0	Filtres déshydrateur, réservoirs de liquide, voyants de liquide, filtres à impuretés, clapets
Ligne d’aspiration	28	-50	-20	Bouteilles anti-coup de liquide, filtres d’aspiration, flexibles

(*) Evolution des pressions de service pour prendre en compte l’augmentation des températures de condensation.

CARLY propose toute une gamme de produits compatibles (voir tableau ci-dessous) avec les applications CO2 subcritiques.
Des produits sont en cours de développement en acier inoxydable (Boitiers filtres déshydrateurs, filtres déshydrateurs, bouteilles anti-coup de liquide) afin de répondre aux attentes du marché.

Produits CARLY compatibles avec les applications CO2 subcritique :