Les éjecteurs diphasiques : un fort potentiel d’économies d’énergie

Des chercheurs de l'Université de Xian en Chine ⁽¹⁾ affirment que les systèmes au CO₂ transcritique à éjecteur, qui présentent l’avantage d’être peu coûteux, de ne comporter aucune pièce mobile, d’avoir une structure simple et de ne nécessiter aucun entretien ni aucune lubrification, sont très performants lorsqu’ils fonctionnent dans les conditions de conception. L'introduction de l'éjecteur permet d’économiser une partie de la consommation du compresseur en récupérant les pertes d'énergie du processus d'étranglement, ce qui se traduit par une forte amélioration des performances. Cependant, comme aucune structure mobile ne peut être ajustée pour rattraper tout changement dans les conditions de fonctionnement, des paramètres tels que la haute pression, la basse pression ou le débit massique du frigorigène peuvent être modifiés de manière imprévue en cas de fonctionnement dans des conditions hors conception. 

 

Ces chercheurs considèrent que le principal obstacle à la popularisation des éjecteurs diphasiques est le manque de compréhension claire du mécanisme thermodynamique complexe qu’ils engendrent. Partant du constat qu’aucune synthèse détaillée exhaustive des diverses modélisations des performances des éjecteurs diphasiques n’est disponible, leur étude vise à fournir l'état de l'art des technologies d'éjection à l’intention des chercheurs, des développeurs et des fabricants. 

 

Selon des chercheurs du DTU au Danemark ⁽²⁾, l'adoption d'un éjecteur diphasique entraîne une amélioration du coefficient de performance (COP) de 10% à 30% pour les systèmes à compression de vapeur au CO₂ dans les conditions de conception. Cependant, l'adoption d'une stratégie de régulation de puissance appropriée est cruciale afin de maximiser le COP de ces systèmes dans toutes les conditions de fonctionnement, y compris les conditions hors conception, faute de quoi les performances peuvent être sévèrement affectées. Cela est dû au fait que les performances des éjecteurs diphasiques sont largement régies par leurs quatre éléments caractéristiques, à savoir la buse d'aspiration, la buse motrice, la chambre de mélange et le diffuseur, qui doivent être adaptés en permanence aux conditions de fonctionnement afin de permettre une régulation de puissance appropriée, ce qui conditionne l’efficacité de la récupération du travail de détente. 

 

Dans leur article, les chercheurs danois donnent les résultats d'un examen approfondi des mécanismes de régulation de puissance les plus largement utilisés à l'heure actuelle pour les éjecteurs diphasiques, c'est-à-dire la méthode de régulation par pointeau, la configuration à éjecteurs multiples et le mécanisme de régulation par vortex. 

 

Ils concluent que les éjecteurs diphasiques peuvent être correctement régulés dans les unités à compression de vapeur de moyenne et grande taille. Cependant, ils déplorent l'absence flagrante d'une méthode de régulation appropriée pour les unités de petite puissance, telles que les petits équipements frigorifiques commerciaux, les systèmes de conditionnement d’air automobile et les unités de conditionnement d’air résidentielles. 

 

Ces équipements nécessitent un mécanisme de régulation plus simple et peu coûteux que les systèmes à moyenne et grande échelle. En outre, la nécessité d’éviter toute obstruction de l’éjecteur est un défi à relever pour l'adoption d'éjecteurs dans les applications de faible puissance. À l'heure actuelle, compte tenu du faible coût, de la simplicité et de la différence négligeable de performances, la commande du détendeur doit être préférée à la fois à l'éjecteur à pointeau et aux mécanismes de régulation de l'éjecteur par vortex dans ces unités. 

 

Sources :

⁽¹⁾ Song Y. et al. Review on the simulation models of the two-phase-ejector used in the transcritical carbon dioxide systems, International Journal of Refrigeration, November 2020. Disponible dans FRIDOC (gratuit pour les membres de l'IIF).

⁽²⁾ Gullo P. et al. A review on current status of capacity control techniques for two-phase ejectors, International Journal of Refrigeration, November 2020. Disponible dans FRIDOC (gratuit pour les membres de l'IIF).