Les compresseurs Scroll dédiés aux applications de réfrigération

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1 Les compresseurs Scroll dédiés aux applications de réfrigération Le compresseur est le cœur de toute installation de froid à compression. Il aspire les vapeurs du fluide frigorigène à partir d un niveau bas de pression (côté aspiration - basse pression) pour le comprimer à un niveau haut de pression (côté refoulement - haute pression). On peut distinguer différents types de compresseurs. Par exemple, les compresseurs Scroll (à spirales), les compresseurs à vis, les compresseurs rotatifs à palette, les compresseurs centrifuges et les compresseurs alternatifs à pistons. Aujourd hui, nous nous intéresserons tout particulièrement aux compresseurs Scroll dans les applications de réfrigération. Les compresseurs Scroll sont très largement utilisés dans le cadre de systèmes de climatisation et de conditionnement d air (l application la plus courante étant les groupes de production d eau glacée). De même, les compresseurs Scroll prennent une part de marché de plus en plus importante dans le secteur des pompes à chaleur. Cependant, les compresseurs Scroll ont également un rôle prépondérant dans les applications de réfrigération. Compresseur Scroll MLZ MLZ en coupe Construction et principe Dans les compresseurs Scroll Danfoss, l arbre est positionné verticalement. Le jeu de spirales est situé en partie haute de celui-ci. Le jeu de spirales est constitué d une spirale fixe et d une spirale mobile. Ces deux spirales sont emboitées l une dans l autre, contribuant à comprimer le fluide frigorigène par l intermédiaire d un mouvement orbital, à partir de la périphérie de la spirale vers le centre de cette dernière. Le principe de cette technologie consiste à mettre en œuvre plusieurs niveaux de compression (différenciés par le volume des «poches» dans lesquelles la compression est réalisée) aux différentes étapes du processus de compression. Comparés aux compresseurs à pistons, les compresseurs Scroll mettent en œuvre de plus faibles quantités du fluide frigorigène, mais cela plus souvent. Pour les installateurs, cela signifie que la mise en place de silencieux, pour atténuer les pulsations, s avère être, dans bien des cas, non nécessaire. Les compresseurs Scroll, montés sur des systèmes frigorifiques, évitent les nuisances sonores et les phénomènes vibratoires liés aux pulsations.

2 Quand le compresseur est en fonctionnement, l une des deux spirales est en contact avec l autre grâce à la pression intermédiaire dans la «poche» du jeu de spirales, alors que la compression n est pas encore totalement effectuée. Cela participe au «rodage» des deux spirales l une par rapport à l autre. A noter qu il faut compter un maximum de 72 heures de fonctionnement avant que cette «phase de rodage» ne soit totalement effectuée. Dans la pratique, les deux spirales réagissent, l une par rapport à l autre, de manière souple, et cette interaction participe automatiquement au processus d optimisation de l ensemble. Il est donc important de noter que lors des premiers temps de fonctionnement, les performances des compresseurs MLZ seront légèrement inférieures à celles escomptées. Après ce laps de temps de «rodage», le compresseur donnera pleinement ses performances.

3 Processus de compression Installation et service Tous les compresseurs Scroll Danfoss sont refroidis à 100% par les gaz aspirés. Cela signifie que la mise en place d une housse acoustique, sur le compresseur, peut être envisagée sans aucun problème la totalité de la chaleur étant «évacuée» par le fluide frigorigène lui-même. Sur ces compresseurs, les raccordements frigorifiques sont positionnés l un au dessus de l autre, avec le tube d aspiration en partie basse (diamètre le plus important) et le tube de refoulement en partie haute (diamètre le plus faible). Ces deux raccordements sont de type à braser, et sont intégrés directement au compresseur. A l intérieur de la «tête du compresseur Scroll», se trouve un clapet anti-retour permettant d éviter le phénomène de rotation inversée, lors de l arrêt du compresseur. Les compresseurs Scroll sont montés sur des plots de suspension en caoutchouc. Si vous montez, pour la première fois, un compresseur Scroll, vous devez garder à l esprit que la partie haute de ce type de compresseur (20% du compresseur), est à la température de refoulement (gaz à haute température). Ceci n est pas le cas pour les compresseurs hermétiques à pistons. Dans le cas qui nous intéresse, toutes les parties de l enveloppe du compresseur (à l exception du haut) sont à la pression d aspiration, et donc non soumises à une température élevée. La température de refoulement, en particulier, est toujours un point délicat pour les compresseurs Scroll. En ce qui concerne les compresseurs Scroll MLZ, il ne peut nullement y avoir de problème, au niveau de la température de refoulement, dans la mesure où la température d évaporation se situe aux alentours de -10 C. Cela signifie que la température n excédera la valeur de 100 C que dans des conditions exceptionnelles aucun problème pour ce qui concerne le compresseur, les paliers, le jeu de spirales et l huile. Cependant, si un compresseur de ce type fonctionne durant de longues périodes à une pression d aspiration bien inférieure aux limites de l enveloppe d application, des températures de refoulement excessives peuvent en résulter. Il est vivement recommandé d envisager, dès l origine, un dispositif de sécurité placé au refoulement de ces compresseurs Scroll ou d en prévoir un, dans le cas d installations non pourvues au départ de cette sécurité. Un simple thermostat mécanique avec une sonde à distance (par ex. «KP81») permettra de répondre à ce problème. Il n est pas nécessaire de prévoir une température de coupure proche du point de fonctionnement (135 C maximum, généralement une valeur de 120 C pourrait être retenue).

4 Compresseurs multi-fluides Les compresseurs Scroll de réfrigération MLZ sont qualifiés pour un fonctionnement au R404A, R507 et R134a. Pour une application au R404A ou au R507, les limites de fonctionnement permettent des températures d évaporation allant de -30 C (sous certaines conditions de température de condensation) à +10 C, avec une température de condensation pouvant atteindre 60 C. Plage d évaporation du MLZ pour le R404A et le R507 Avec une réduction de la pression de condensation, (comme c est souvent le cas pour les installations de réfrigération récentes) il est possible de fonctionner sur une plage d évaporation de -30 C à -10 C, voire +10 C. Nombreux sont les compresseurs à pistons qui ne peuvent atteindre de tels critères. Les compresseurs «MLZ» au R134a peuvent fonctionner sur une plage d évaporation de -15 C à +15 C. Des températures de condensation atteignant 74 C peuvent également être envisagées avec les «MLZ» dans les applications pompes à chaleur et de récupération d énergie. Le R404A présente des performances énergétiques supérieures à celles offertes avec le R134a. En conséquence, un compresseur fonctionnant au R404A, pour une même température d évaporation, aura une puissance frigorifique nettement supérieure par rapport au même modèle fonctionnant au R134a. Plage d évaporation du MLZ pour le R134a

5 Ces différences de performances frigorifiques, résultant directement des caractéristiques physiques des fluides frigorigènes, peuvent également présenter des avantages commerciaux. Un de ces avantages est d offrir au client une plus grande souplesse au niveau de son choix. Par exemple, une installation de réfrigération équipée de compresseurs «MLZ» peut, à l origine, être définie au R134a, pour ensuite évoluée, dans le temps, vers du R404A, si les besoins en froid ont augmentés entre temps. Et cela, tout en conservant les compresseurs «MLZ» retenus et installés au départ, en procédant tout simplement au remplacement de fluide frigorigène. Pour les applications de réfrigération commerciale, par ex. magasins de stations service, etc., les compresseurs MLZ sont, dès à présent, disponibles sur les groupes de condensation «Optyma Plus». Ces unités de condensation entièrement équipées disposent d un variateur de vitesse de rotation des ventilateurs de condenseur, d une carrosserie résistant aux intempéries, d un sectionneur général, d un filtre déshydrateur, d un voyant de liquide, de vannes à boisseau sphérique, d un contacteur,... Choisir Optyma Plus, c est économiser du temps sur site, pour la mise en œuvre de votre installation frigorifique. Lubrification En usine, les compresseurs sont chargés avec la quantité d huile nécessaire. Dès que le compresseur est installé, et après une période de fonctionnement, il est recommandé de vérifier le niveau d huile au travers du voyant qui se trouve en partie basse du compresseur. Le niveau d huile devra se situer approximativement au milieu du voyant. Cependant, un niveau d huile entre ¼ et ¾ reste tout à fait acceptable. En partie basse du compresseur se trouve un raccord permettant de vidanger l huile sans avoir à démonter le compresseur. Pour procéder à une vidange de l huile, vous n avez qu à créer une légère surpression à l intérieur de la cuve côté aspiration du compresseur, et l huile s écoulera directement par le raccord prévu à cet effet. Les compresseurs «MLZ» sont chargés en usine avec de l huile PVE (polyvinyle ester). Contrairement aux huiles POE (polyester) conventionnelles, les PVE offrent l avantage de ne pas réagir chimiquement avec l eau, en formant des acides. Concernant l aspect hygroscopique, ces huiles PVE, bien que comparables aux huiles POE, ont des propriétés spécifiques qui permettent d extraire et d évacuer assez facilement l humidité pouvant se trouver dans le circuit frigorifique. Sa compatibilité avec le R22 est un atout supplémentaire. Cela permet une certaine forme de flexibilité, lorsqu il s agit de répondre à des demandes liées à l export sur des régions telles que l Amérique Latine, où l utilisation du R22 reste encore courante. Afin d assurer une lubrification optimale des pièces internes et d assurer un bon retour de l huile au compresseur, le nombre de démarrages pour un compresseur Scroll doit être limité à moins de 12 par heure. De même, après chaque arrêt, une période d au moins 1 minute doit être respectée avant d envisager un redémarrage du compresseur.

6 Compresseur Scroll MLZ dans un groupe OPTYMA PLUS Raccordements électriques Si le compresseur est installé à l extérieur ou s il peut être soumis à des températures ambiantes relativement basses, la mise en place d une résistance de carter est vivement recommandée. Cette résistance de carter doit être opérationnelle à l inverse du fonctionnement du compresseur. A savoir, compresseur à l arrêt résistance de carter alimentée et inversement, compresseur en fonctionnement résistance de carter désactivée. Les compresseurs Scroll «MLZ» sont généralement définis pour une alimentation en triphasé 400V. Le raccordement est relativement aisé, dans la mesure où, intérieurement la connexion se fait par l intermédiaire du point étoile du moteur et qu aucun pont n est à prévoir extérieurement au niveau du boîtier électrique. Les trois phases d alimentation provenant du contacteur doivent être directement raccordées aux trois bornes du compresseur. Il est impératif de s assurer que le compresseur Scroll va tourner dans le bon sens. Si un niveau sonore élevé, au niveau de la mécanique, apparaît et si une différence de pression inhabituelle est remarquée entre la basse et la haute pression, cela revient à dire que nous sommes, probablement, confrontés à une rotation inversée. Pour solutionner ce problème, il convient d inverser deux des phases dans le boîtier électrique du compresseur. Vous pouvez vérifier le bon ordre des phases en utilisant un voltmètre sur les bornes d alimentation du compresseur. Les fils d alimentation externes (mesurés phase par phase) doivent toujours mettre en évidence une tension d environ 400V. Une protection additionnelle contre les températures excessives et les intensités trop élevées est implantée au point étoile des enroulements du moteur. Il s agit d un bilame dont l intervention conduit à l ouverture simultanée des trois phases. D une façon générale, à partir du moment où une valeur de «résistance infinie» est relevée entre les trois bornes du compresseur, lesquelles sont connectées directement aux trois enroulements du moteur, cela signifie que le système de protection interne du moteur est ouvert (veiller à avoir coupé l alimentation générale du compresseur, avant d effectuer cette opération). Dès que le compresseur se sera refroidi, le bimétal de la protection se refermera et l alimentation électrique sera de nouveau opérationnelle. En temps normal, les valeurs ohmiques des trois résistances du moteur sont quasiment identiques. A 50Hz, en monophasé, s agissant d un moteur à deux pôles, la vitesse de rotation de ces compresseurs est d environ 2900 tours par minute. En 60 Hz, par exemple, le compresseur tournera à une vitesse supérieure (approximativement 3480 tours par minute) par rapport à un fonctionnement en 50Hz (rappel : Fréquence Hz, cela signifie qu en courant alternatif en 50Hz, le courant change de sens 50 fois par seconde).