Les avantages des compresseurs linéaires

Parmi les compresseurs volumétriques, les compresseurs linéaires font l’objet d'une attention particulière pour les applications de froid de petite taille. Au lieu d'être entraîné par un moteur rotatif grâce au vilebrequin, le piston d'un compresseur linéaire est entraîné directement par le moteur linéaire. Au-delà de leur compacité, les compresseurs linéaires présentent des avantages tels que de plus faibles pertes par friction, la possibilité de fonctionner sans huile et une modulation simple de la puissance frigorifique. Ces avantages se traduisent par une efficacité énergétique plus élevée pour les systèmes frigorifiques qui utilisent ce type de compresseurs.
Les compresseurs linéaires font l'objet d'intenses travaux de recherche et développement, comme en témoignent trois articles publiés dans le numéro de janvier 2020 de la Revue Internationale du Froid. (1) (2) (3)

 

• Dans un premier article (1), X. Zhang et al. soulignent que l'amélioration des performances dynamiques des compresseurs linéaires est un thème essentiel de recherche scientifique et de développement industriel depuis plusieurs décennies. Cet article présente un modèle complet et généralisé capable de prédire à la fois les comportements transitoires et à l'état stationnaire du mouvement du piston, la pression interne et les températures ainsi que les performances globales. Ce modèle a permis à ces chercheurs de démontrer que le débit massique maximal et le rendement du moteur le plus élevé se produisent lorsque la fréquence d'excitation est à la fréquence de résonance du système. Il leur a également permis d’évaluer les pénalités associées au fonctionnement en dehors de la résonance. Une validation préliminaire a été effectuée en utilisant les résultats expérimentaux d'un compresseur linéaire commercial utilisé pour les réfrigérateurs domestiques.

• Dans un autre article, H. Zou et al. soulignent que le compresseur linéaire est une alternative prometteuse pour les réfrigérateurs commerciaux fonctionnant au R290 (propane). Ils ont modélisé la conception d'un compresseur linéaire, puis ont analysé à partir de ce modèle les performances d'un compresseur linéaire fonctionnant au R290 avec différents diamètres de piston afin d'obtenir la configuration structurelle optimale pour son application dans les réfrigérateurs commerciaux. En considérant les fuites de la chambre de compression vers la chambre d'aspiration et en prenant comme exemple un compresseur linéaire avec un volume balayé de 12 cm3, le diamètre optimal du piston pour un réfrigérateur commercial au R290 s'est avéré être de 30 mm à 32 mm.

• Dans un troisième article, H. Jiang et al. soulignent que les compresseurs linéaires sont attrayants pour le froid domestique. Minimiser l’espace mort d'un compresseur linéaire est une approche valable pour augmenter le rendement volumétrique et donc la puissance frigorifique. Ceci est particulièrement avantageux pour les frigorigènes qui nécessitent un déplacement important en raison de la friction élevée qui en découle. Cependant, le fonctionnement d'un moteur linéaire avec décalage peut détériorer l'efficacité du moteur en raison d'une saturation plus précoce.
  Aussi les auteurs ont-ils comparé expérimentalement les performances frigorifiques d'un compresseur linéaire avec le R1234yf comme frigorigène pour différents volumes morts en utilisant un décalage de 0 mm. En particulier, ils ont constaté que lorsque le jeu était réduit de 0,8 mm à 0,6 mm, une augmentation moyenne de 4 % du rendement volumétrique était obtenue. Ils ont en particulier constaté que la puissance frigorifique pour un taux de compression de 2,5 et une course de 13 mm augmentait de 12 % lorsque l’espace mort passait de 1,07 mm à 0,4 mm.
  Les auteurs concluent que la minimisation de l’espace mort est importante pour le fonctionnement à charge partielle et améliore le COP global, en particulier pour des taux de compression élevés. Ils recommandent cette approche pour les compresseurs linéaires utilisés dans les réfrigérateurs et les congélateurs.

Les articles de la RIF cités peuvent être téléchargés gratuitement par les membres de l’IIF sur ScienceDirect après activation de leur compte (https://sciencedirect.com/science/activate/iif ) ou dans Fridoc grâce aux liens fournis ci-après.

 

¹ Xinye Zhang et al, Theoretical analysis of dynamic characteristics in linear compressors

² Huiming Zou et al, Performance analysis of linear compressor using R290 for commercial refrigerator

³ Hanying Jiang et al, Performance of a linear refrigeration compressor with small clearance volume