Détendeurs thermostatiques de machines frigorifiques : Comportement dynamique et modélisation
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The development of a refrigerating machine operating with a variable-speed compressor requires the knowledge of the dynamic behaviour of every component, more particularly of the thermostatic expansion valve. The cooling capacity of the refrigerating system, with R-22 as refrigerant, is 6 kW. The behaviour of various thermostatic expansion valves (ballast charge, adsorbent charge and Moderated Operating Pressure or MOP charge) has been studied for compressor speed variations between 20% and 200%. This study bas shown the disadvantages of these expansion valves during dynamic operation. The decrease of the evaporating pressure, consecutive to a step or a ramp of the compressor speed, allows the suction of a two-phase fluid in the compressor. This phenomenon takes place particularly either for the low evaporating temperatures or for great variations of the compressor speed, more than 50%. To improve the operating conditions, many solutions have been considered as an electrical heating of the bulb. The best performances of the machine are obtained with the ballast charge expansion valve: cooling and heating outputs are respectively of 6 kW and 7,8 kW with a compressor power of 1,6 kW. The cooling capacity changes from 1 to 2,7 as the compressor speed is increased from 1000 to 3000 rpm. A steady-state mathematical model of a thermostatic expansion valve bas been developed. Simulation results are consistent with experimental data.
Abstract FR:
Le développement d'une machine frigorifique à compression utilisant un compresseur à puissance variable nécessite la connaissance du comportement dynamique de chaque composant en particulier du détendeur. L'installation frigorifique, fonctionnant avec du R22, a une puissance frigorifique de 6 kW. Le comportement de différents détendeurs thermostatiques (charges ballast, (adsorptive et MOP) a été étudié pour différentes variations de vitesse de rotation du compresseur, de 20% à 200%. Cette étude a permis de mettre en évidence leurs inconvénients lorsqu'ils fonctionnent en régime variable. La décroissance de la pression d'évaporation, consécutive au déclenchement d'un échelon ou d'une rampe de vitesse de rotation, conduit à l'aspiration par le compresseur d'un fluide diphasique. Ce phénomène se produit plus particulièrement soit dans le cas de faibles température, d'évaporation, soit pour des variations de vitesse supérieures à 50%. Pour remédier à cette anomalie, plusieurs solutions ont été envisagées dont l'assistance du bulbe du détendeur par chauffage électrique. Les meilleures performances de la machine sont obtenues avec le détendeur à charge ballast : les puissances frigorifique et calorifique sont respectivement de 6 kW et 7,8 kW pour une puissance du compresseur de 1,6 kW. La puissance frigorifique varie dans un rapport de 1 à 2,7lorsque la vitesse de rotation du compresseur varie de 1000 à 3000 tr/min. Un modèle de connaissance d'un détendeur thermostatique fonctionnant en régime permanent a été élaboré et validé.