Détendeur

Images of expansion valves

Introduction

Le but du dispositif d’expansion est de réduire rapidement la pression du réfrigérant liquide produit dans l’unité de condensation dans le cycle de réfrigération. Cela permet au réfrigérant de refroidir rapidement avant d’entrer dans l’évaporateur.

Détendeur thermostatique

Le détendeur thermostatique (TEV) contrôle la quantité de réfrigérant liquide injectée dans l’évaporateur d’un système. Son fonctionnement est basé sur la température et la pression de sortie de l’évaporateur (surchauffe).

Détendeur thermostatique avec égalisation interne de la pression

Le TEV s’efforce de maintenir un niveau stable de surchauffe à l’intérieur de l’évaporateur quelles que soient les conditions en ajustant le débit massique du réfrigérant en fonction de la charge de l’évaporateur. Pour ce faire, une membrane située à l’intérieur du boîtier du détendeur compare la température en amont et en aval de l’évaporateur. Le détendeur thermostatique est relié par un capillaire à un élément thermostatique, qui agit comme un capteur de température. Un diaphragme à l’intérieur de la tête de vanne équilibre la différence de pression entre la pression à l’entrée de l’évaporateur et celle à l’intérieur de l’élément thermostatique. Ce type de détendeur thermostatique ne tient pas compte des pertes de pression dans l’évaporateur, et la pression qui équilibre le diaphragme est la pression derrière la buse du détendeur (à l’entrée de l’évaporateur). La conséquence de cette solution est une moindre précision de la mesure de la surchauffe.

Détendeur thermostatique avec égalisation externe de la pression

Ce type de vanne, outre les orifices d’entrée et de sortie du réfrigérant, contient un orifice supplémentaire auquel est fixée une ligne d’égalisation (tube capillaire supplémentaire). Elle est installée à la sortie de l’évaporateur, juste à côté de l’élément thermostatique. Ainsi, la valeur de surchauffe est influencée non seulement par la température mesurée, mais aussi par la pression, ce qui augmente la précision du contrôle. Les composants d’un TEV et d’un bulbe sont représentés sur le dessin. Le bulbe, qui transmet la pression correspondante du gaz surchauffé, est constitué d’un récipient métallique creux rempli d’un fluide frigorigène. Un tube capillaire relie le bulbe au boîtier du détendeur. Le bulbe est monté en contact direct avec le tuyau d’aspiration, à la sortie de l’évaporateur.

Si la surchauffe augmente, la pression à l’intérieur du bulbe augmente, car une plus grande quantité de réfrigérant s’évapore à l’intérieur de celui-ci. La pression accrue est transmise par le tube capillaire et abaisse la membrane à l’intérieur de la tête du TEV.

Cela déplace l’aiguille, ouvrant l’orifice de la vanne et augmentant ainsi le débit massique du réfrigérant. L’équilibre de la membrane est ajusté à l’aide d’un ressort qui peut être réglé manuellement ou en usine. Plus le ressort est rigide, plus le niveau de surchauffe nécessaire à l’ouverture de la vanne est élevé.

Détendeur électronique (EEV)

Les détendeurs électroniques sont principalement utilisés dans les très grands systèmes et dans ceux exigeant un réglage précis. On distingue les détendeurs électroniques modulants (pas à pas), dont l’orifice se règle en continu, et les détendeurs électroniques marche/arrêt (à impulsion), dont l’électrovanne s’ouvre et se ferme périodiquement.

Détendeurs électroniques modulants

Les détendeurs électroniques modulants sont contrôlés par des capteurs de température ou de pression. Les groupes de condensation transcritical iCOOLTM CO2 sont équipés de ce type de détendeurs. Le contrôleur peut être programmé pour corriger les différences de température et de pression en tout point du système. Comme l’actionneur électrique ne réagit qu’aux signaux du régulateur, il y a plus de chances d’obtenir un niveau de surchauffe plus faible qu’avec un détendeur thermique. Les différences de pression entre la vanne et le capteur causées par les systèmes de distribution du réfrigérant sont également corrigées. En outre, la même vanne peut être utilisée pour différents réfrigérants après reprogrammation. L’actionneur électrique commande l’obturateur pour ajuster la surface de l’orifice en continu, afin de permettre le passage d’un débit massique plus ou moins élevé de réfrigérant, en fonction des signaux émis par le régulateur.

Ce type de détendeur peut supporter des variations importantes des conditions de fonctionnement, par exemple des variations de la différence de pression et de la capacité de refroidissement. Le principal inconvénient des détendeurs électroniques réside dans leur coût relativement élevé ainsi que la complexité de leurs composants. La programmation du boîtier de régulation n’est pas une tâche facile, et les performances du système avec un détendeur électronique mal réglé peuvent être inférieures à celles d’un détendeur thermique.

Détendeurs marche/arrêt à commande électronique

Le détendeur électronique marche/arrêt est une électrovanne à commande électronique qui fonctionne à la fois comme un détendeur et comme une électrovanne. Lorsqu’il fonctionne en tant que détendeur, la commande marche/arrêt est utilisée. Au cours d’une période de cycle, généralement de 6 secondes, la vanne s’ouvre et se ferme une fois.

La capacité du détendeur, et donc la quantité de réfrigérant qui le traverse, est déterminée par la relation entre les temps d’ouverture et de fermeture. Un régulateur contrôle l’ouverture et la fermeture de la vanne afin d’atteindre le niveau correct de surchauffe. Les données d’entrée du régulateur sont la température et la pression à la sortie de l’évaporateur. Les données d’entrée peuvent également être les températures d’entrée et de sortie de l’évaporateur, comme dans le cas d’une vanne électronique à régulation continue.

Lorsque la demande de réfrigérant est élevée (capacités de refroidissement élevées), la vanne reste ouverte pendant la quasi-totalité des 6 secondes. Lorsque la demande est très faible (faibles capacités de refroidissement), la vanne ne s’ouvre que pendant une fraction des 6 secondes. Lorsque le compresseur est arrêté, la vanne se ferme et fonctionne comme une électrovanne.

Le détendeur électronique marche/arrêt peut fonctionner de manière satisfaisante même en cas de variations importantes des conditions de fonctionnement, telles que des variations de la différence de pression ou de la capacité de refroidissement. La capacité de la vanne se règle simplement en modifiant la relation entre le temps d’ouverture et le temps de fermeture. Cela permet de trouver le niveau de surchauffe minimal stable pour une large gamme de conditions de fonctionnement.

Tube capillaire

Un tube capillaire est un long tube de cuivre enroulé doté d’une minuscule ouverture qui reçoit le réfrigérant liquide chaud et à haute pression du condenseur.

Cette petite ouverture maintient une pression élevée d’un côté du tube et une pression faible de l’autre côté. Le frottement aux parois du tube réduit considérablement la pression du réfrigérant qui le traverse.

Comme il s’agit d’une ouverture fixe, il est très important que le système ait une charge de réfrigérant appropriée – le dispositif pourrait se briser en cas de pression excessive due à un surplus de réfrigérant dans le système.

Avantages

  • Faible coût de fabrication.
  • Il n’a pas de partie mobile.
  • Sans entretien.
  • Pendant le temps d’arrêt de l’unité, le tube étant toujours ouvert, il permet d’équilibrer les pressions entre les côtés haute et basse pression. Cela réduit le couple de démarrage nécessaire au moteur, puisqu’il doit démarrer avec la même pression du côté basse pression et du côté haute pression.
  • Il est idéal pour les systèmes équipés de compresseurs hermétiques fractionnés.

Inconvénients

  • Pendant le cycle d’arrêt d’une unité de réfrigération, le réfrigérant liquide est dirigé vers l’évaporateur en raison de la différence de pression entre l’évaporateur et le condenseur. L’évaporateur pourrait être inondé et le réfrigérant liquide pourrait atteindre le compresseur et l’endommager au démarrage. Par conséquent, la charge de réfrigérant est très importante dans les systèmes à tubes capillaires.
  • Ces systèmes ne peuvent pas contrôler ou réguler la quantité de réfrigérant qui entre dans l’évaporateur lorsqu’il y a des variations de température au cours de la journée ou en raison de changements saisonniers ou de variations de la charge.
  • Il présente un risque élevé d’obstruction en raison de ses petites dimensions.

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