Une nouvelle gamme de groupes froids utilise l’air ambiant comme réfrigérant

Créé en Suisse en 2015, installée à Vienne en Autriche et à Brno en République Tchèque, MIRAI INTEX est une entreprise spécialisée dans la conception, le développement et la fabrication de solutions de refroidissement à très basse température, avec une empreinte environnementale minime.

En 2016 au Salon Chillventa à Nuremberg, elle avait exposé sa première machine Mirai Cold. Ces systèmes utilisent l’air ambiant en guise de réfrigérant.

L’air ou le R279 dans la nomenclature ASHRAE des fluides frigorifiques

L’air – dit aussi R729– possède d’excellentes qualités thermodynamiques. Un équipement produisant du froid à de très basses températures négatives fait classiquement appel à une triple cascade de R404A, de R23 et de R14. Ces trois fluides affichent des GWP (Global Warming Power ou contribution au réchauffement de l’atmosphère) particulièrement élevés : 3922 pour le R404A, 14 800 pour le R23 et 5700 pour le R14.

Ces trois fluides sont naturellement visés par le règlement européen F-Gaz. Et il était urgent de trouver une autre solution. L'entreprise propose toute une gamme de machines capables de descendre à -130°C et utilisant l’air (GWP nul) comme réfrigérant.

Elle n’est pas la seule à se lancer dans cette technologie. Les japonais Mayekawa et Mitsubishi Heavy Industries ont également développé des systèmes basés sur un cycle de l’air pour la congélation rapide. Les machines Mirai Cold sont estampillées CE et disponibles en France.

Une technologie inventée il y a 100 ans

Cette technologie a été inventée il y a environ 100 ans. Le cycle de l’air, mais aussi les technologies de réfrigération à cycle d’azote, sont utilisés dans les usines pour obtenir du froid cryogénique, pour liquéfier le gaz naturel, ainsi que dans les systèmes de climatisation des avions.

Tout repose sur les propriétés de l’air : sa température augmente lorsqu’on le comprime et baisse lorsqu’on le détend. La répétition de cycles de compression et de détente permet de descendre la température de l’air jusqu’à -160°C.

Telle que Mirai Intex le met en œuvre, la technologie du cycle de l’air aboutit à des machines fonctionnant sans huile, sans aucun fluide chimique, avec peu de vibration et de bruit, capables de délivrer une température précise à 0,5°C près, dotées d’un système de surveillance en temps réel et extrêmement fiables dans le temps.

Le compresseur/détendeur est le cœur de la technologie

Le cœur de la technologie est le turbo module, un compresseur/détendeur d’air centrifuge. Le compresseur et le détendeur sont monté sur le même arbre entraîné par un unique moteur électrique. Le compresseur récupère une partie de l’énergie produite par le détendeur. Ce qui réduit la consommation d’énergie de 30% par rapport à un système à deux machines (compresseur et détendeur) séparées. ©Mirai Intex

Mirai Intex conçoit et fabrique lui-même les roues du compresseur et du détendeur et les ajuste selon le régime de température souhaité. ©Mirai Intex

Cette technologie du cycle d’air produit de la chaleur et de froid. La chaleur peut être récupérée pour produire de l’ECS, du chauffage, pour un processus de séchage, etc. La différence de température de part et d’autre de l’arbre peut atteindre 300°C. ©Mirai Intex

Enfin, le compresseur évite l’emploi d’huile en faisant appel à des roulements à air. Lorsque l’arbre prend de la vitesse, il est maintenu en place par le coussin d’air comprimé.

Cycle de réfrigération ouvert ou fermé ?

Les machines Mirai Cold sont soit à boucle ouverte, soit à boucle fermée. Dans le cas d’une machine à cycle ouvert, l’air ultra-froid est introduit directement dans une chambre froide (ou toute autre forme d’espace clos réfrigéré bien isolé).

Les réfrigérants typiques ne fonctionnent que dans des circuits fermés, et les fuites de réfrigérant sont l’un des problèmes dans le système de réfrigération lui-même. Pour éviter les dégâts environnementaux causés par les fuites de réfrigérants, le règlement F-Gaz insiste particulièrement sur la vérification de l’étanchéité des circuits de réfrigérant. Rien de tout cela ne s’applique lorsque l’air est utilisé comme réfrigérant.

L’air est introduit directement dans l’espace réfrigéré, sans évaporateurs ou ventilateurs auxiliaires dans le local. À des températures extrêmement basses, l’humidité se transforme instantanément en glace et l’air qui circule dans le système doit donc être exempt de glace. L'entreprise a développé un dispositif d’élimination de l’humidité. Il élimine toute l’humidité à l’intérieur de l’espace réfrigéré et l’extrait mécaniquement sous forme de neige.

Ce déshumidificateur fonctionne automatiquement et supprime donc le besoin de procédures de dégivrage, offrant les conditions les plus stables pour un stockage à long terme.

Une machine à cycle fermé, en revanche, comporte un échangeur air/autre fluide. L’air circule en boucle fermée dans le refroidisseur. L'entreprise recommande l’huile de silicone comme fluide secondaire. Un cycle fermé requiert une alimentation en air sous une pression de 6 à 8 bar.

Le Mirai Cold 80 T (MC 80 C/W/T) atteint une capacité de refroidissement de 53 kW avec une puissance électrique de 80 kW, soit un COP de 0,66. Mirai Cold 80 T (MC 80 C/W/T) pousse jusqu’à une capacité de refroidissement de 53 kW avec une puissance électrique de 80 kW, soit un COP de 0,66. ©©Mirai Intex

Sept machines Mirai Cold disponibles

L'entreprise fabrique sept machines différentes :

• Refroidi par eau et à cycle ouvert, le Mirai Cold 10 (MC 10 O/W) produit de l’air de -60 à -110°C, une puissance nominale du moteur de 10 kW, une puissance froid de 4,9 kW, soit un COP de 0,49.

• Le MC 10 T (MC 10 C/T/W), toujours refroidi par eau et à cycle ouvert, offre une capacité froid de 6,2 kW et embarque un moteur de 10 kW, soit un COP de 0,62.

• Le  MC 15 (MC 15 O/A), refroidi par eau et à cycle ouvert, atteint 9,6 kW froid pour une puissance électrique de 15 kW, soit un COP de 0,64.

• Le  MC 15 T (MC 15 C/T/W) possède les mêmes caractéristiques que le MC 15 (MC 15 O/A), mais c’est une machine à cycle fermé.

• Le  MC 22 (MC 22 O/W), refroidi par eau et à cycle ouvert, offre 13,6 kW froid pour une puissance électrique de 22 kW, soit un COP de 0,62 et un poids de 1 960 kg.

• Le  MC 23 T (MC 23 C/W/T), à cycle fermé, offre 16 kW froid pour une puissance électrique de 23 kW, soit un COP de 0,69.

• Le plus récent, le MC 80 T (MC 80 C/W/T) pousse jusqu’à une capacité de refroidissement de 53 kW avec une puissance électrique de 80 kW, soit un COP de 0,66.

Dans le froid cryogénique, à -100°C, par exemple, un COP de 0,6, c’est impressionnant.

Toutes les machines sont dotées d’un régulateur embarqué et peuvent communiquer en protocoles Profinet, EtherCAT, Powerlink et Ethernet/IP. ©Mirai Intex

Quels emplois pour les machines Mirai Cold ?

Les applications des machines à cycle ouvert sont utilisées pour le stockage biologique ou pharmaceutique, le stockage de viande et de poisson et les chambres de cryothérapie. Tandis que les machines à cycle fermé sont plutôt adaptées à la liquéfaction de toutes sortes de gaz, la surgélation et les processus de lyophilisation. Les refroidisseurs en à cycle fermé peuvent être facilement adaptés aux installations de liophylisation existantes et aux installations nouvelles.

Les principaux emplois des Mirai Cold se trouvent pour l’instant en industrie. Mais la récupération de chaleur offre des perspectives dans les cantines (chambres froides et besoins d’ECS simultanés) et restaurants. ©Mirai Intex

Coolinn, un opérateur allemand de cryothérapie, a développé des « saunas cryogéniques » faisant appel à des machines Mirai Cold 10 T. Il estime que, par rapport à une cascade de multiples fluides, la maintenance est réduite et les consommations d’énergies sont inférieures. Un sauna cryogénique est assez exactement l’inverse d’un sauna : une pièce très froide et sèche.Les saunas cryogéniques sont utilisés en cryothérapie par des athlètes pour augmenter leurs performances ou accélérer leur rétablissement après des blessures, mais aussi dans le traitement des rhumatismes et d’inflammations. ©Mirai Intex