Amélioration du cycle trans-critique au CO2 par une compression refrodie : évaluations numérique et expérimentale

Greenhouse gas emmisions are both direct and indirect for refrigeration and air conditioning activity. They are respectively related to the refrigerant nature and the energy consumptions. The aim of this work consists in searching new syntetic molecules with low GWP and studying natural fluids. For the CO2 case, a dedicated cycle is often necessary to mtch reference performances. Regarding this last point, isothermal compression overcomes the poor CO2 thermodynamical properties. This ideal transformation allows having a COP equal to 92% COPcarnot. Oil injection as fine droplets into compression chamber has been proposed to achieve isothermal compression for piston and scroll compressors. A substential COP increase, +30% compared with conventional cycle, has been estimated by numerical simulation. In this case, the oil flow is 3 times more important than CO2 and droplets diameter is supposed equal to 0.025mm. The feasability to obtain such spray made of droplets with an average diameter equal to 0.05mm has been experimentally validated.Les émissions de gaz à effet de serre, du domaine du frid, sont à la fois d'origine directe et indirecte. Elles sont respectivement liées à la nature du fluide frigorigène et aux consommations énergétiques des systèmes. La recherche de nouvelles molécules de synthèse à faible potentiel de réchauffement global et l'emploi de fluides naturels dans des architectures de cycle adaptées constituent la base de ce travail. Concernant ce dernier point, la compression isotherme pallie efficacement les propriétés thermodynamiques du CO2, qui sont peu favorables aux systèmes à compression de vapeur. Cette transformation idéale permet l'obtention d'un COP équivalent à 92% du COPcarnot. L'injection d'huile dans la chambre de compression, sous la forme de fines gouttelettes, a été envisagée pour se rapprocher de cette compression isotherme. Son potentiel a tout d'abord été évalué par simulation numérique pour des copresseurs scroll et piston. Il est apparu qu'une taille de goutte de 0,025mm et un débit 3 fois plus important que celui de CO2, conduisent à un gain énergétique substentiel: +30% par rapport au cycle trans-critique conventionnel. La faisabilité d'obtention d'un spray, constitué de gouttelettes d'un diamètre moyen de 0,05 mm, a fait l'objet d'une première validation expérimentale. Cette solution qui peut être combinée avec d'autres innovations technologiques pourrait permettre d'avoir des équipements frigorifiques, au CO2 ayant un impact environnemental inférieur à celui des systèmes utilisant des fluides de synthèse