CO₂ Refrigeration System for Cruise Ship Applications

Enex Technologies & Clauger-Technofrigo srl

Apporter la réfrigération naturelle à l’étranger : un système de réfrigération pionnier au CO₂ pour les applications des navires de croisière

Résumé exécutif

La transition de l’industrie CVACR vers les réfrigérants naturels est bien engagée dans les supermarchés, les usines industrielles et les bâtiments commerciaux. Cependant, certains des environnements de réfrigération les plus difficiles restent largement intacts par cette transformation.

Ce projet démontre que l’avenir de la réfrigération durable peut aller bien au-delà des applications terrestres.

Grâce à une collaboration stratégique entre Enex Technologies et Clauger-Technofrigo srl, un système de réfrigération au CO₂ hautement innovant a été conçu et mis en œuvre avec succès à bord d’un navire de croisière moderne, surmontant les défis techniques, opérationnels et de fiabilité uniques liés aux environnements navals.

Le projet combine l’expertise mondialement reconnue de Clauger en génie de la réfrigération industrielle et l’intégration de systèmes complexes avec le leadership d’Enex Technologies dans les technologies avancées de réfrigérants naturels, créant une installation qui établit une nouvelle référence pour la réfrigération marine durable.

Le pouvoir du partenariat

La mise en œuvre réussie d’un système transcritique de CO₂ sur un navire de croisière a nécessité la convergence de deux domaines d’expertise complémentaires.

Enex Technologies possède des décennies d’expérience dans les réfrigérants naturels et les technologies transcritiques de CO₂, soutenue par un portefeuille complet de solutions climatiques pour toutes les applications CVACR conçues autour du CO₂, du propane, de l’ammoniac et de l’eau. L’entreprise a développé de nombreuses innovations visant à améliorer l’efficacité, la fiabilité et la scalabilité des systèmes de réfrigérants naturels.

Clauger-Technofrigo S.r.l., partie du groupe Clauder, une entreprise familiale française fondée en 1971 et active dans plus de 100 pays, apporte avec elle plus de 50 ans d’expérience dans la mise en œuvre de projets complexes de réfrigération industrielle à travers le monde. Soutenus par un réseau de 28 sites opérationnels, nous combinons une expertise reconnue en réfrigération industrielle, traitement de l’air de procédé et solutions environnementales avec un support complet sur toute la chaîne de valeur, de l’ingénierie et la fabrication à l’installation, la mise en service et les services tout au long de la vie.

Les deux entreprises ont travaillé ensemble sur la tâche cruciale d’adapter le système aux besoins spécifiques de l’exploitation des navires de croisière. Le résultat est un projet qu’aucune des deux entreprises n’aurait pu réaliser seul : une solution de réfrigération CO₂ entièrement intégrée capable d’offrir des performances industrielles dans l’un des environnements d’exploitation les plus exigeants au monde.

Le défi : amener du CO₂ par-dessus le rivage

Bien que les systèmes de CO₂ transcritique soient désormais largement acceptés dans les supermarchés et les usines industrielles, les applications marines présentent un niveau de complexité complètement différent.

Un système de réfrigération d’un navire de croisière doit fonctionner en continu lorsqu’il traverse diverses zones climatiques, y compris les régions tropicales où les conditions environnementales peuvent avoir un impact significatif sur la pression et les performances du système.

Parmi les autres défis figurent :

Ce projet visait à démontrer que les réfrigérants naturels peuvent résoudre ces problèmes en offrant une fiabilité et une performance environnementale significativement améliorées.

La solution technique

Au cœur de l’installation se trouve un rack avancé de CO₂ transcritique Yukon d’Enex Technologies, conçu spécifiquement pour les opérations maritimes.

Le système assure la réfrigération à deux niveaux de température différents :

Le Yukon Rack est basé sur un dispositif de compresseurs 4+4 avec des étages de compression dédiés à moyenne et basse température.

Un étage compresseur alimente le circuit à des températures plus élevées, tandis que le second étage sert à appliquer le gel à basse température.

L’installation a été conçue avec des niveaux élevés de résistance à la pression sur tous les circuits principaux, avec des pressions de conception de 60 bars du côté basse pression : 80 bars pour le récepteur du liquide et 130 bars pour le côté haute pression. Cette configuration a été choisie pour maximiser la sécurité technique et aider à prévenir les déclenchements des soupapes de sécurité, même dans des conditions de fonctionnement exigeantes. Une attention particulière a également été portée aux exigences environnementales et de sécurité intégrées dans la conception électrique et isolante, avec un câblage sans halogènes et une couche isolante correctement sélectionnée.

Technologie de gravité innovante

L’un des aspects les plus innovants du projet est l’application de la technologie propriétaire de CO₂ alimenté par gravité d’Enex Technologies sur le circuit réfrigéré.

Le rack Yukon intègre un récepteur liquide horizontal à partir duquel le CO₂ liquide est distribué à deux échangeurs de chaleur dédiés installés en parallèle.

Au lieu de dépendre de pompes de circulation mécaniques, la vapeur générée à l’intérieur des échangeurs de chaleur retourne naturellement au récepteur du liquide via la circulation gravitationnelle.

Ce design présente plusieurs avantages importants :

Plus important encore, la conception permet au profil de température CO₂ de suivre de près celui du fluide secondaire. Comparé aux solutions traditionnelles, cela permet :

Atteindre une circulation naturelle stable dans des conditions de fonctionnement maritime a nécessité une ingénierie et un équilibrage des systèmes exceptionnellement précis de la part des deux partenaires du projet.

Architecture avancée à plusieurs étages

L’installation intègre un ensemble sophistiqué de composants conçus pour maximiser l’efficacité, la fiabilité et la sécurité opérationnelle.

Les composants clés du système incluent :

Compression Package

Gestion thermique

Le résultat est une demande énergétique réduite pour le compresseur, une efficacité accrue du système et une réduction des coûts d’exploitation. Dans un environnement offshore, où l’efficacité opérationnelle est un critère clé de performance, cette solution contribue de manière importante à la durabilité et à l’efficacité globale de l’installation.

Haute fiabilité pour l’exploitation offshore

Pour les systèmes de réfrigération opérant au milieu de l’océan, la fiabilité est un principe de conception essentiel. Contrairement aux installations terrestres, les systèmes de réfrigération des navires de croisière doivent maintenir un fonctionnement continu, quel que soit l’emplacement, les conditions météorologiques ou l’accès immédiat à un support technique. Même des pannes mineures de composants peuvent entraîner des temps d’arrêt coûteux et des perturbations opérationnelles.

Pour relever ces défis, le système CO₂ du Yukon a été conçu en tenant compte des niveaux de redondance et de protection, garantissant un maximum d’utilisation dans toutes les conditions. L’installation est également équipée de la certification Lloyd’s pour le navire et les échangeurs de chaleur, renforçant encore la confiance dans la qualité, la robustesse et la conformité des composants principaux.

Une caractéristique clé de l’installation est l’architecture de commande double haute pression. La vanne électronique haute pression est l’un des composants les plus critiques d’un système CO₂ transcritique, ajustant continuellement les pressions de fonctionnement et garantissant des performances optimales du système. Dans les configurations conventionnelles, une défaillance de cette vanne pourrait nuire au fonctionnement du système et provoquer des temps d’arrêt importants.

Pour éliminer ce risque, Enex Technologies a intégré une vanne mécanique parallèle haute pression, créant une stratégie de contrôle redondante spécifiquement conçue pour des applications offshore exigeantes. Si la vanne électronique primaire tombe en panne, la vanne mécanique parallèle peut maintenir le fonctionnement du système, assurant la continuité de la réfrigération et améliorant significativement la fiabilité globale.

Cette approche offre une couche supplémentaire de sécurité particulièrement précieuse dans les environnements marins, où une intervention technique immédiate n’est pas toujours disponible.

Ensemble, ces caractéristiques créent une plateforme de réfrigération hautement résiliente qui offre des performances stables, efficaces et fiables sur de longs trajets à travers différentes zones climatiques.

Pour Enex Technologies et Clauger, la fiabilité n’était pas considérée comme un accessoire mais comme un objectif fondamental de conception, garantissant que les bénéfices environnementaux des réfrigérants naturels puissent être apportés avec la confiance opérationnelle requise par l’industrie maritime.

Système de protection d’urgence

Une caractéristique particulièrement innovante est l’unité de refroidissement de secours R134a dédiée, connectée directement au récepteur liquide.

En cas de panne imprévue ou de problèmes d’alimentation électrique ou secteur provoquant une augmentation de la pression dans le circuit CO₂ , l’unité de secours refroidit automatiquement le réfrigérant contenu dans le récepteur. En réduisant à la fois la température et la pression, le système stabilise le fonctionnement et offre un temps précieux au personnel à bord pour intervenir en toute sécurité. Cette caractéristique est particulièrement importante dans les applications maritimes, où une assistance technique externe immédiate peut ne pas être disponible.

Impact environnemental et industriel

En plus du résultat technique, ce projet représente une étape importante dans la décarbonation de la réfrigération marine.

En adoptant avec succès le CO₂ comme réfrigérant principal, l’installation démontre que les technologies de réfrigérants naturels peuvent offrir une alternative viable aux réfrigérants synthétiques traditionnels, même dans des applications offshore critiques.

Le projet établit une feuille de route pratique pour les constructeurs navals, les opérateurs de croisière et les spécialistes de la réfrigération marine qui souhaitent réduire leur impact environnemental tout en maintenant les plus hauts standards de fiabilité opérationnelle.

Elle montre que la technologie du CO₂ transcritique n’est plus limitée aux supermarchés, entrepôts ou usines industrielles, mais est prête pour certaines des applications de réfrigération les plus exigeantes au monde.

Pourquoi ce projet est-il pertinent ?

Ce projet est bien plus qu’une installation réussie.

Il représente :

En combinant l’expertise de Clauger dans l’intégration de la réfrigération industrielle à la technologie avancée CO₂ d’Enex Technologies, ce projet démontre que la réfrigération durable peut fonctionner partout où elle est nécessaire, même au milieu de l’océan.

Depuis des décennies, les réfrigérants naturels ont transformé la réfrigération à terre. Ce projet prouve que la transition ne s’arrête pas au littoral. Ensemble, Enex Technologies et Clauger ont prouvé que la technologie CO₂ peut naviguer avec succès dans l’un des environnements les plus difficiles au monde, établissant une nouvelle référence pour la réfrigération marine durable.

Schéma simplifié du système :

Les composants les plus importants du diagramme sont :