Un nouveau cadre de modélisation permet la conception de compresseurs à spirale adaptés aux frigorigènes à faible PRG

Des compresseurs conçus pour les frigorigènes de pointe 

 

Une étude récente menée par une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Eckhard A. Groll, président de la section B de l’IIF « Thermodynamique, équipements et systèmes », et incluant également les professeurs Haotian Liu, membre individuel de l’IIF, et Riley B. Barta, membre de la commission B2 de l’IIF « Équipements frigorifiques », a été publiée dans Applied Thermal Engineering ^[1]. L’étude présente un cadre de modélisation mécanistique permettant de prédire les performances des compresseurs à spirale fonctionnant avec des frigorigènes à faible potentiel de réchauffement global (PRG).  

 

La transition actuelle vers des frigorigènes à faible PRG présente de nouveaux défis pour la conception des compresseurs, car les différences de propriétés thermophysiques peuvent entraîner des variations significatives de la puissance, du rendement, du transfert de chaleur interne et des fuites de compresseurs. Ainsi, substituer les frigorigènes traditionnels par des alternatives à faible PRG peut exiger une modification de la conception des compresseurs pour s’adapter aux propriétés des nouveaux fluides actifs, plutôt que de se contenter d’un simple remplacement. 

 

Pour y remédier, les chercheurs ont conçu et validé expérimentalement un modèle physique de compresseur à spirale, en tenant compte des R454C et R290 (propane) dès le départ. Ce cadre prend en considération les principaux phénomènes physiques qui ont lieu à l’intérieur du compresseur, tels que le transfert de chaleur interne, les pertes mécaniques et les fuites de frigorigène. Il prend également en compte de l’influence de la configuration du compresseur et le comportement de ses composants. Cette méthode vise à créer un outil de modélisation plus polyvalent et capable de simplifier la prédiction et l’optimisation des performances des compresseurs pour différents frigorigènes. 

 

De la validation expérimentale à une conception adaptée aux frigorigènes 

 

Cette étude démontre comment la combinaison d’une caractérisation expérimentale et d’une modélisation mécanistique détaillée peut permettre de mieux appréhender les mécanismes qui déterminent les performances des compresseurs à spirale. En prenant en compte le transfert de chaleur interne, les fuites et les pertes mécaniques, le cadre proposé permet d’identifier les interactions entre la conception du compresseur et les propriétés du frigorigène. Ce faisant, il jette les bases de la conception de compresseurs optimisés pour les frigorigènes de pointe. 

 

En particulier, les simulations réalisées avec le R290 et le R454C ont démontré que l’utilisation de ces frigorigènes en remplacement direct dans un compresseur initialement conçu pour le R410A peut entraîner une baisse notable des performances. Cette diminution est attribuable aux variations de densité de vapeur et à l’inadéquation qui en découle avec la configuration de base du compresseur. Les résultats mettent ainsi en évidence l’importance de dépasser la simple substitution de frigorigène pour s’orienter vers une conception et une optimisation des compresseurs propres à chaque fluide. 

 

Les futurs travaux de recherche utiliseront ce cadre expérimental et numérique développé pour étudier comment le compresseur de référence peut être optimisé pour le R290 et le R454C, et quantifier les améliorations de performance obtenues. Cette approche pourrait ensuite être utilisée sur d’autres frigorigènes de pointe et sur d’autres configurations de compresseurs. Cela favoriserait alors la conception d’équipements efficaces, à l’heure où le secteur du CVC&R opère une transition vers des fluides actifs à plus faible PRG. 

  

Pour en savoir plus, consulter l’article scientifique publié dans la revue Applied Thermal Engineering. 

 

 

Source :

[1] Parmar, Y. S., Motta, S. Y., Groll, E. A., Liu, H., Barta, R. B. (2026). Experimental and numerical framework for scroll compressor technology development for refrigerants with global warming potential < 150. Applied Thermal Engineering, Volume 304, Part 1, 2026, 132583. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2026.132583