FR2564573A1 - Procedes et machines thermodynamiques pour chauffer un fluide caloporteur et/ou maintenir un (ou des) milieu(x) refrigere(s) - Google Patents
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Abstract
LE RESULTAT QUE L'INVENTION VISE A OBTENIR CONSISTE A REALISER DES MACHINES THERMODYNAMIQUES POUVANT SATISFAIRE, SELECTIVEMENT, LES BESOINS EN FROID EN MAINTENANT, PAR EXEMPLE, DES MILIEUX REFRIGERES ET DES BESOINS EN CHAUD EN CHAUFFANT UN FLUIDE CALOPORTEUR. CES MACHINES ASSURENT D'UNE PART LES BESOINS EN FROID EN PRIORITE ET ACCESSOIREMENT TOUT OU PARTIE DES BESOINS EN CHAUFFAGE PAR LE BIAIS D'UNE RECUPERATION D'ENERGIE ET, D'AUTRE PART, UNE PRODUCTION DE CHALEUR SUPPLEMENTAIRE, QUAND CELA EST NECESSAIRE ET PERMIS, EN FONCTIONNANT EN POMPE A CHALEUR. ELLES SONT CONSTITUEES: D'UN ENSEMBLE DE COMPRESSION 3 DESTINE A COMPRIMER LE FLUIDE DE REFRIGERATION VAPORISE; UN ENSEMBLE ECHANGEUR DE CHALEUR 2 DU FLUIDE DE REFRIGERATION VERS LE FLUIDE CALOPORTEUR; UN ENSEMBLE DE CONDENSATION 4 DONT L'AGENT REFROIDISSEUR EST EXTERIEUR; UN PREMIER ENSEMBLE D'EVAPORATION 6 DONT L'AGENT RECHAUFFANT EST UNE SOURCE D'ENERGIE EXTERIEURE ET UN SECOND ENSEMBLE D'EVAPORATION 5 EN CONTACT AVEC LES MILIEUX A REFRIGERER.
Description
PROCEDES ET MACHINES THERMODYNAMIQUES POUR CHAUFFER UN FLUIDE CALOPORTEUR ET/OU
MAINTENIR UN (OU DES) MILIEU(X) REFRIGERE(S)
L'invention se rapporte à des procédés et installations de production d'un fluide caloporteur chaud destiné à satisfaire les besoins en chauffage et/ou en eau chaude sanitaire . d'un ensemble par ailleurs équipé d'au moins une machine thermodynamique pour laquelle les besoins en froid sont prioritaires.
MAINTENIR UN (OU DES) MILIEU(X) REFRIGERE(S)
L'invention se rapporte à des procédés et installations de production d'un fluide caloporteur chaud destiné à satisfaire les besoins en chauffage et/ou en eau chaude sanitaire . d'un ensemble par ailleurs équipé d'au moins une machine thermodynamique pour laquelle les besoins en froid sont prioritaires.
Dans ces machines, de manière connue, un fluide frigorigène est, par passage dans un détendeur, amené à une pression relativement basse qui lui permettra de se vaporiser à basse température. Ensuite, il est conduit à un évaporateur dans lequel, jusqu a évaporation complète, il absorbe de la chaleur.
Les vapeurs de frigorigène ainsi produites sont alors, par un compresseur, portées à une pression relativement haute assurant leur circulation et accessoirement leur réchauffage, après quoi le gaz comprimé obtenu est amené à un condenseur dans lequel, par condensation, le frigorigène fournit au moins une partie de sa chaleur à un agent refroidisseur,
En se refroidissant, le frigorigène passe de l'état gazeux à l'état liquide avant d'être ramene au détendeur pour recommencer un nouveau cycle.
En se refroidissant, le frigorigène passe de l'état gazeux à l'état liquide avant d'être ramene au détendeur pour recommencer un nouveau cycle.
I1 est déjà connu de récupérer, au profit d'une installation de chauffage central et/ou d'eau chaude sanitaire, la chaleur ainsi disponible sur le circuit haute pression de la machine thermodynamique.
Nous trouvons, en particulier, parmi les techniques de récupération - la récupération par chauffage à air chaud pulsé
. soit directement à partir du condenseur,
. soit par un condenseur auxiliaire, - la récupération par échangeur à eau à contre courant installé en amont du condenseur.
. soit directement à partir du condenseur,
. soit par un condenseur auxiliaire, - la récupération par échangeur à eau à contre courant installé en amont du condenseur.
- la récupération par un ballon échangeur accumulateur produisant de l'eau de chauffage et/ou de l'eau chaude sanitaire.
Les inconvénients majeurs de ces techniques sont - qu'elles sont exclusivement orientées vers la récupération d'énergie, - qu'il y a parfois un manque de concordance entre les besoins en chaud et les possibilités de récupération, - que les possibilités de récupération sont souvent plus modestes que les be- soins en chaud et varient généralement de façon inverse par rapport à la demande de calories.
I1 n'existe pas, actuellement, de système frigorifique qui soit capable - d'assurer en priorité les besoins en froid en associant une récupération de chaleur en amont du condenseur, - et/ou de fonctionner, quand cela est nécessaire et permis, en pompe à chaleur pour une production de chaleur supplémentaire,
Le résultat que l'invention vise à obtenir consiste en procédés et installations qui remédient aux inconvénients énoncés ci-dessus.
Le résultat que l'invention vise à obtenir consiste en procédés et installations qui remédient aux inconvénients énoncés ci-dessus.
A cet effet, elle a pour objet un premier procédé qui s'applique à des machines frigorifiques comportant un seul compresseur et qui est notamment caractérisé en ce que
- les besoins en froid sont à pourvoir en priorité,
- lorsque les besoins en froid sont à pourvoir, la production de calories est obtenue par récupération d'énergie. Le fluide frigorigène absorbe la chaleur du milieu à refroidir et cède, après compression, ses calories par échange de chaleur du fluide caloporteur contenu dans un réservoir. I1 est à noter que le réservoir peut être en contact avec plusieurs machines frigorifiques par l'intermédiaire du fluide caloporteur. L'échangeur de chaleur entre le fluide caloporteur et le fluide frigorigène joue alors le rôle de précondenseur.Le frigorigène passe ensuite dans le condenseur du système frigorifique pour céder sa chaleur résiduaire à un agent refroidisseur extérieur,
- lorsque les besoins en froid sont pourvus, l'unité d'évaporation proprement dite du groupe frigorifique est déconnectée et est remplacée par un système d'évaporation extérieure qui peut être, dans certains cas, le condenseur du groupe de production de froid utilisé en évaporateur. Le groupe peut fonctionner alors comme une pompe à chaleur. Ainsi - dès que le potentiel thermique du fluide caloporteur est au dessous d'un certain seuil et risque, de ce fait, de ne plus être suffisant pour satisfaire les besoins en chaud, le groupe frigorifique se met à fonctionner en pompe à chaleur.
- les besoins en froid sont à pourvoir en priorité,
- lorsque les besoins en froid sont à pourvoir, la production de calories est obtenue par récupération d'énergie. Le fluide frigorigène absorbe la chaleur du milieu à refroidir et cède, après compression, ses calories par échange de chaleur du fluide caloporteur contenu dans un réservoir. I1 est à noter que le réservoir peut être en contact avec plusieurs machines frigorifiques par l'intermédiaire du fluide caloporteur. L'échangeur de chaleur entre le fluide caloporteur et le fluide frigorigène joue alors le rôle de précondenseur.Le frigorigène passe ensuite dans le condenseur du système frigorifique pour céder sa chaleur résiduaire à un agent refroidisseur extérieur,
- lorsque les besoins en froid sont pourvus, l'unité d'évaporation proprement dite du groupe frigorifique est déconnectée et est remplacée par un système d'évaporation extérieure qui peut être, dans certains cas, le condenseur du groupe de production de froid utilisé en évaporateur. Le groupe peut fonctionner alors comme une pompe à chaleur. Ainsi - dès que le potentiel thermique du fluide caloporteur est au dessous d'un certain seuil et risque, de ce fait, de ne plus être suffisant pour satisfaire les besoins en chaud, le groupe frigorifique se met à fonctionner en pompe à chaleur.
Le fluide frigorigène se vaporise alors dans 1 unité d'évaporation extérieure, il est ensuite compressé pour céder ses calories par échange de chaleur au fluide caloporteur. Lorsque le niveau thermique du fluide caloporteur n'est plus suffisant pour satisfaire les besoins en chaud, le réservoir qui le contient peut être déconnecté du circuit utilisateur des calories. Le réservoir, dans ce cas, ne satisfait plus les besoins en chaud qui doivent alors être réalisés par un autre système de production de chaleur tel qu'une chaudière.
- dès que le potentiel thermique du fluide caloporteur est au dessus d'un certain seuil, l'installation frigorifique se met à l'arrêt.
L'invention a également pour objet un deuxième procédé qui s'applique aux centrales frigorifiques, ou aux machines frigorifiques comportant plusieurs
en parallèle compresseurs/et qui est notamment caractérisé par le fait que - lorsque les besoins en froid ne nécessitent que i compresseurs (i variant de 1 à n-l) sur les n compresseurs composant la centrale
- les (n - i) compresseurs restants de la centrale sont à l'arrêt tant que le niveau thermique du fluide caloporteur ,contenu dans un réservoir et en contact avec le frigorigène par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur, est au dessus d'un certain seuil.Dans ce cas, le fluide frigorigène absorbe la chaleur au(x) milieu(x) à refroidir et la cède, après compression, d'une part au fluide caloporteur par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur, d'autre part à l'aide du condenseur de la centrale frigorifique, à un agent refroidisseur extérieur. Les besoins en chaud sont alors satisfaits par la récupération de la chaleur issue de la condensation du fluide frigorigène mis en circulation par les i compresseurs.
en parallèle compresseurs/et qui est notamment caractérisé par le fait que - lorsque les besoins en froid ne nécessitent que i compresseurs (i variant de 1 à n-l) sur les n compresseurs composant la centrale
- les (n - i) compresseurs restants de la centrale sont à l'arrêt tant que le niveau thermique du fluide caloporteur ,contenu dans un réservoir et en contact avec le frigorigène par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur, est au dessus d'un certain seuil.Dans ce cas, le fluide frigorigène absorbe la chaleur au(x) milieu(x) à refroidir et la cède, après compression, d'une part au fluide caloporteur par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur, d'autre part à l'aide du condenseur de la centrale frigorifique, à un agent refroidisseur extérieur. Les besoins en chaud sont alors satisfaits par la récupération de la chaleur issue de la condensation du fluide frigorigène mis en circulation par les i compresseurs.
- les (n - i) compresseurs peuvent fonctionner en pompe à chaleur lorsque le potentiel thermique du fluide caloporteur est au dessous d'un certain seuil. Dans ce cas, le fluide frigorigène parcourt deux circuits basse pression en parallèle et un unique circuit haute pression. Le circuit basse pression destiné à combler les besoins en froid est directement relié aux i compresseurs.
Le deuxième circuit basse pression est relié aux (n - i) compresseurs restants.
Une partie du fluide frigorigène en circulation est entraînée par les i compresseurs à l'(ou aui unité (s) d'évaporation de (des) milieu (x) à refroidir afin de satisfaire l'ensemble des besoins en froid. L'autre parts partie/frigorligene en circulation est entraînée par au moins un des (n - i) compresseurs à travers une (des) unité (s) d'évaporation extérieure (s) qui peut/eptre -certains cas le(8condeQseur( la centrale frigorifique,pour s'y vaporiser.
Les vapeurs de frigorigène produites par 1' (ou les) unité (s) d'évaporation du (ou des) milieu (x) à refroidir et par 1' (ou les) unité (s) d'évaporation extérieure (s) sont comprimées respectivement par les i compresseurs et par au moins un des (n - i) compresseurs, Les gaz comprimés obtenus se retrouvent dans l'unique circuit haute pression. L'ensemble du frigorigêne circule alors à travers l'échangeur de chaleur et s'y condense en cédant une partie de sa chaleur au fluide caloporteur du réservoir,
Le frigorigène passe alors de l'état gazeux à l'état liquide et est ramené aux divers détendeurs du système pour recommencer de nouveaux cycles.
Le frigorigène passe alors de l'état gazeux à l'état liquide et est ramené aux divers détendeurs du système pour recommencer de nouveaux cycles.
Dans ce cas, les besoins en chaud sont satisfaits par la récupération de la chaleur issue de la condensation du fluide frigorifique mis en circulation par les compresseurs nécessaires au froid et par au moins un des (n - i) compresseurs fonctionnant en pompe à chaleur.
- La régulation de la centrale est établie pour que les besoins en froid soient en priorité comblés quelque soit le potentiel thermique du fluide caloporteur contenu dans le réservoir. Airfsi, lorsque les besoins en froid nécessitent l'ensemble des compresseurs de la centrale, le circuit basse pression comportant 1' (ou les) unité (s) d'évaporation extérieure(s) est déconnecté afin de supprimer le mode pompe à chaleur. Toute ou partie de la chaleur de condensation du frigorigène mis en circulation est toutefois récupérée par le fluide caloporteur du réservoir.
Les intérêts de développer de tels procédés sont évidents. Ceux-ci permettront, en production froid, de réaliser par récupération en amont du condenseur, des économies d'énergie d'autant plus appréciables que sans cette récupération elles seraient perdues et qu'à ce titre, elles peuvent être considérées comme gratuites. Et, de plus ils permettent d'utiliser les installations frigorifiques en pompes à chaleur et d'acquérir l'ensemble des avantages que l'on peut attribuer à ces dernières (en particulier une utilisation rationnelle et performante de l'électricité) sans les inconvénients (entre autre chose, le cout d'investissement important).
Cette invention sera bien comprise à l'aide des descriptions ci-apres, faites à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins ci-annexés, qui représentent schématiquement des installations conformes aux modes préférés de réalisation de l'invention,
Les figures 1A, 13 et 1C sont des elevations schématiques d'une première installation selon le premier procédé de l'invention.
Les figures 1A, 13 et 1C sont des elevations schématiques d'une première installation selon le premier procédé de l'invention.
La figure 2.est une élévation schématique d'une deuxième installation selon le premier procédé de l'invention,
Les figures 3A, 3B, 3C et 3D sont des elévations schématiques d'une troisième installation selon le deuxième procédé de l'inventíon.
Les figures 3A, 3B, 3C et 3D sont des elévations schématiques d'une troisième installation selon le deuxième procédé de l'inventíon.
De manière générale, ces installations sont destinées à maintenir, prioritairement, la température dans des milieux réfrigérés et à chauffer le fluide caloporteur contenu dans un réservoir avec de la chaleur provenant des milieux à réfrigérer ou de sources d'énergie extérieures-qui peuvent être l'air ou les eaux du sol telles que des lacs, des rivières, des puits... ou de l'énergie résiduelle provenant d'installations industrielles.
Les installations sont toutes constituées d'une même série d'ensembles
- un ensemble de compression destiné à comprimer le fluide de réfrigération vaporisé,
- un ensemble échangeur de chaleur du fluide de réfrigératiGn vers le fluide caloporteur,
- un ensemble de condensation dont l'agent refroidisseur est extérieur
- un premier ensemble d'évaporation en contact avec les sources d'énergies extérieures et un second ensemble d'évaporation en contact avec les milieux à réfrigérer.
- un ensemble de compression destiné à comprimer le fluide de réfrigération vaporisé,
- un ensemble échangeur de chaleur du fluide de réfrigératiGn vers le fluide caloporteur,
- un ensemble de condensation dont l'agent refroidisseur est extérieur
- un premier ensemble d'évaporation en contact avec les sources d'énergies extérieures et un second ensemble d'évaporation en contact avec les milieux à réfrigérer.
L'ensemble de compression est constitué soit -d'un compresseur (3), soit d'au moins deux compresseurs (C1) et (C2),
L'ensemble échangeur de chaleur est relié au refoulement de l'unité de compression afin de communiquer avec lui et de en toute ou partie, desurchauffer ou condenser le fluide de réfrigération. Il est également constitué d'un réservoir (2), comportant au moins un serpentin (23) de transmission de chaleur du fluide frigorigène vers le fluide caloporteur (7) du réservoir qui circule dans le cires cuit (21) utilisateur des calories. L'ensemble de condensation est constitué d'au moins un condenseur (4) et termine, éventuellement, la condensation du fluide frigorigène.Le premier ensemble d'évaporation comporte au moins un sous ensemble constitué d'un détendeur (10) et d'un évaporateur (6) et le second ensemble d'évaporation d'au moins un sous ensemble constitué d'un détendeur (12) et d'un évaporateur (5).
L'ensemble échangeur de chaleur est relié au refoulement de l'unité de compression afin de communiquer avec lui et de en toute ou partie, desurchauffer ou condenser le fluide de réfrigération. Il est également constitué d'un réservoir (2), comportant au moins un serpentin (23) de transmission de chaleur du fluide frigorigène vers le fluide caloporteur (7) du réservoir qui circule dans le cires cuit (21) utilisateur des calories. L'ensemble de condensation est constitué d'au moins un condenseur (4) et termine, éventuellement, la condensation du fluide frigorigène.Le premier ensemble d'évaporation comporte au moins un sous ensemble constitué d'un détendeur (10) et d'un évaporateur (6) et le second ensemble d'évaporation d'au moins un sous ensemble constitué d'un détendeur (12) et d'un évaporateur (5).
En se reportant aux figures IA, IB et 1C, on voit que la première installation comporte un condenseur-évaporateur (4-6) qui joue alternativement le rôle d'évaporateur et de condenseur et présentent trois modes de fonctionnement.
Le boitier de commande (13) reçoit des informations du pressostat basse pression (14) et du pressostat haute pression (15) qui détectent, respect tivement, les demandes de refroidissement du milieu à réfrigérer et les demandes de chauffage du fluide caloporteur, et commandent les électrovannes 16 17 18, 19 et 22.
La figure IA montre un premier mode de fonctionnement (cycle en trait fort) lorsqu'il existe une demande de refroidissement et pas de demande de chaux fage. Les électrovannes (17) (22) permettent la circulation du fluide frigorigène et les électrovannes (16), (18) et (19) ne le permettent pas. A travers le détendur (12), le fluide frigorigène est amené à relativement basse pression et se vaporise dans l'évaporateur (5) en absorbant de la chaleur au milieu à refroidir.
Il est ensuite entraîné par aspiration dns la bouteille anti-coup de liquide (8) puis dans l'unique compresseur (3) pour y être comprimé à une relativement haute pression. Le gaz comprimé obtenu est amené dans le réservoir (2 > pour y etre, en tout ou partie, condensé et ensuite, dans le condenseursévaporateur (4-6) pour passer totalement en phase liquide.Il arrive enfin, par passage dans le clapet anti-retour (11), dans la bouteille accumulatrice de liquide (9) avant d'être ramené au détendeur (12) pour recommencer un nouveau cycle ai cela est nécessaire,
La figure ]B montre un second mode de fonctionnement (cycle en traits pointillés) lorsqu'il existe une demande de chauffage et pas de demande de re froidissement. Les électrovannes (16) (18) et (19) permettent le passage du fluide frigorigène et les électrovannes (17) et (22) ne le permettent pas. A travers le détendeur (10), le fluide frigorigène est amené à relativement basse pression et se vaporise dans le condenseur--évaporateur (4-6) en absorbant de la chaleur à une source d'énergie extérieure. Il est ensuite entraîné dans la bouteille anticoup de liquide (8).Un clapet anti-retour (20) empêche que les vapeurs du frigorigène aillent se condenser dans l'évaporateur (5). Les vapeurs du frigorigène sont comprimées dans le compresseur et son dirigées dans le réservoir (2) pour y être totalement condensées. A l'état liquide, le fluide frigorigène retourne, après passage dans la bouteille de liquide, au détendeur (10) pour recommencer un nouveau cycle si cela est nécessaire.
La figure ]B montre un second mode de fonctionnement (cycle en traits pointillés) lorsqu'il existe une demande de chauffage et pas de demande de re froidissement. Les électrovannes (16) (18) et (19) permettent le passage du fluide frigorigène et les électrovannes (17) et (22) ne le permettent pas. A travers le détendeur (10), le fluide frigorigène est amené à relativement basse pression et se vaporise dans le condenseur--évaporateur (4-6) en absorbant de la chaleur à une source d'énergie extérieure. Il est ensuite entraîné dans la bouteille anticoup de liquide (8).Un clapet anti-retour (20) empêche que les vapeurs du frigorigène aillent se condenser dans l'évaporateur (5). Les vapeurs du frigorigène sont comprimées dans le compresseur et son dirigées dans le réservoir (2) pour y être totalement condensées. A l'état liquide, le fluide frigorigène retourne, après passage dans la bouteille de liquide, au détendeur (10) pour recommencer un nouveau cycle si cela est nécessaire.
La figure 1C montre un troisième mode de fonctionnement (cycle en traits mixtes ) lorsqu'il existe une demande de chauffage et une demande de refroidissement. Les électrovannes (22) et (16) permettent le passage du fluide frigorigène et les électrovannes (17), (18) et (19) ne le permettent pas. Le fluide frigorigène est évaporé par son passage dans l'évaporateur (5),comprimé par le compresseur et condensé par le fluide caloporteur du réservoir (2),
En se reportant à la figure !2 , on constate que l'installation schématisée est une variante de l'installation décrite ci-dessus, caractérisée par la substitution d'un évaporateur (6) et d'un condenseur (4) au condenseur évaporateur (4-6) et aux électrovannes (17), (18), (16).
En se reportant à la figure !2 , on constate que l'installation schématisée est une variante de l'installation décrite ci-dessus, caractérisée par la substitution d'un évaporateur (6) et d'un condenseur (4) au condenseur évaporateur (4-6) et aux électrovannes (17), (18), (16).
Le circuit de commande (13) permet au système de toujours fonctionner suivant les trois modes : pour le premier mode de fonctionnement , l'électrovanne (19) est fermée et l'électrovanne (22) est ouverte. Le fluide frigorigène s 'éva- pore dans 11 évaporateur (5) est comprimé et ensuite condensé en partie, par le fluide caloporteur, et totalement par le condenseur (4). Pour le second mode l'électrovanne (22) est fermée et l'électrovanne (19) est ouverte. Le fluide frigorigènes'évapore dans l'évaporateur (6), est comprimé et ensuite condensé en totalité par le fluide caloporteur. Le condenseur (4) est à l'arret. Le troi sième mode est identique au premier mode, hormis le fait que le fluide frigorigène est totalement condensé par le fluide caloporteur et que le condenseur est à l'arrêt.
En se reportant aux figures 3A, 3B, 3C et 3D, on voit que la troisième installation comporte un ensemble de compression constitué d'au moins deux com presseurs(Cl)et(C2) un réservoir (2), un condenseur-évaporateur (4 6) > un second ensemble d'évaporation (5) et un boîtier de commande (13) permettant au système de fonctionner selon deuxmodes.
Le boitier de commande reçoit des informations des dispositifs(26) et(25)constitués de pressostats haute pression et basse pression qui détectent respectivement, le nombre de compresseurs à mettre en oeuvre pour refroidir les milieux à réfrigérer et celui à mettre en oeuvre pour chauffer le fluide caloporteur et commande les électrovannes (B1 )(B2 (16)(17)(18)et(19 >
La figure 3A montre un premier mode de fonctionnement (cycle en trait fort) lorsqu'il existe un nombre de compresseurs à mettre en service pour maintenir la température dans les milieux réfrigérés supérieur à celui à mettre en oeuvre pour chauffer le fluide caloporteur, Les électrovannes (B1), (B2), (16) (18)et (19) sont alors fermees et l'électrovanne (17) ouverte, Le fluide frigorigène est, dans ce mode, vaporise par le second ensemble d'évaporation(5'),il arrive au collecteur (28) et est aspiré par au moins un compresseur. Il est, ensuite, de manière connue dirigé dans le réservoir (2) puis dans le condenseurévaporateur (4-6) et arrive, en phase liquide, à la bouteille de liquide pret à recommencer un nouveau cycle.
La figure 3A montre un premier mode de fonctionnement (cycle en trait fort) lorsqu'il existe un nombre de compresseurs à mettre en service pour maintenir la température dans les milieux réfrigérés supérieur à celui à mettre en oeuvre pour chauffer le fluide caloporteur, Les électrovannes (B1), (B2), (16) (18)et (19) sont alors fermees et l'électrovanne (17) ouverte, Le fluide frigorigène est, dans ce mode, vaporise par le second ensemble d'évaporation(5'),il arrive au collecteur (28) et est aspiré par au moins un compresseur. Il est, ensuite, de manière connue dirigé dans le réservoir (2) puis dans le condenseurévaporateur (4-6) et arrive, en phase liquide, à la bouteille de liquide pret à recommencer un nouveau cycle.
Les figures 3B, 3C et 3D montrent un second mode de fonctionnement (cycles en traits forts ou en traits pointillés) lorsqu'il existe un nombre de compresseurs I à mettre en service pour satisfaire à la demande de refroidis se- mnt inférieur à celui J à mettre en oeuvre pour satisfaire à la demande de chaui- fage. Les électrovannes (16), (18), (19) sont ouvertes et l'électrovanne (17) est fermée. Les électrovannes B des I compresseurs sont fermées et ne permettent pas le passage du fluide frigorigène issu du collecteur (27), Les clapets de retenue (A) de ces I compresseurs permettent le passage du fluide frîgorigène issu du collecteur (28).Pour les (J-I) compresseurs restants, les électrovannes (B) sont ouvertes et permettent le passage des vapeurs de frigorigène issues du collecteur (27). Les (J-I) clapets de retenue empêchent, dans ce cas, le passage des vapeurs de frigorigène du collecteur (27) au collecteur (28).
Le cycle indiqué à la figure 3B est un cas limite où les I compresseurs nécessaires au refroidissement correspond à la totalité des comprèsseurs du sys tème. Aucun autre compresseur ne peut alors être mis en oeuvre pour le chauffage du fluide caloporteur. Le fluide frigorigène s 'évapore dans le second ensemble (5'), arrive au collecteur (28) et est comprimé par les I compresseurs, Il est enfin condensé dans le réservoir (2) et retourne à la bouteille de liquide.
Le cycle indique à la figure 3C est également un cas limite dans la mesure où aucun compresseur n est necessaire pour le froid, Tous les compresseurs du système peuvent donc ètre utilisés pour chauffer le fluide caloporteur. Le fluide frigorigène s'évapore alors dans le condenseur-évaporateur (4-6), arrive au collecteur (27) et est comprimé par au moins un compresseur, Il est enfin condensé dans le réservoir (2) puis retourne à la bouteille de liquide,
Le cycle indiqué à la figure 3D correspond au cas de fonctionnement intermédiaire, Une première partie du fluide frigorigène se vaporise dans le second ensemble d'évaporation (5'), arrive au collecteur (27) et est comprimé par les I compresseurs nécessaires au maintien en température des milieux réfrigérés. Une seconde partie du fluide frigorigène se vaporise dans le condenseur évaporateur, arrive au cpllecteur (27) et est comprimée par les (J-I) compresseurs.
Le cycle indiqué à la figure 3D correspond au cas de fonctionnement intermédiaire, Une première partie du fluide frigorigène se vaporise dans le second ensemble d'évaporation (5'), arrive au collecteur (27) et est comprimé par les I compresseurs nécessaires au maintien en température des milieux réfrigérés. Une seconde partie du fluide frigorigène se vaporise dans le condenseur évaporateur, arrive au cpllecteur (27) et est comprimée par les (J-I) compresseurs.
L'ensemble des gaz comprimés issu des J compresseurs se condense dans le réservoir (2) afin de satisfaire au besoin en chauffage et retourne en phase liquide à la bouteille de liquide.
I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent btre apportées aux systèmes décrits et représentés sans sortir du cadre del'invention.
Claims (11)
1- Procedé pour chauffer un fluide caloporteur et/ou maintenir un (ou des) milieux réfrigéré(s) à l'aide d'une machine thermodynamique, caractérisé en ce qu'il consiste d'une part,
a) dans un premier mode
i à comprimer un fluide de réfrigération vaporisé,
ii à condenser le fluide de réfrigération comprimé en réalisant des transmissions de chaleur successivement, avec un fluide caloporteur afin de le chauffer et avec un agent refroidisseur extérieur,
iii à détendre et réduire la pression du fluide de réfrigération
iv à vaporiser le fluide de réfrigération détendu par transmission de chaleur avec le (ou les) fluide(s) maintenant le (ou les) milieu(x) réfrigéré(s).
b) Dans un second mode comprenant les étapes (i) et (iii) cisdessus et, ensuite, dans tordre, l'étape a(i), l'étape (ii) suivante qui consiste à condenser le fluide frigorigène comprimé en réalisant une transmission de chaleur avec le fluide caloporteur afin de le chauffer, l'étape a(iii), l'étape (iv) suivante qui consiste a vaporiser le fluide de réfrigération détendu par transmission de chaleur avec un (ou des) agent(s) réchauffant(s) provenant d'un (ou de) milieu(x) extérieur(s).
c) Dans un troisième mode comprenant les étapes b(i)à b(ii) et l'étape a(iv).
ii Dans le second mode ci-dessus, s'il existe une demande de chauffage du fluide cal.oporteur et aucune demande de maintien en température du (ou des) milieu(x) réfrigéré(s).
i dans le premier mode ci-dessus, s'il existe une demande de maintien en température du (ou des) milieu(x) réfrigéré(s) et aucune demande de chauffage du fluide caloporteur,
c) faire fonctionner le système,
b) à détecter la demande de maintien en température du (ou des) milieu(x) réfrigéré(s),
a) à détecter la demande de chauffage du fluide caloporteur,
d'autre part,
iii Dans le troisième mode ci-dessus, s'il existe une demande de maintien en température du (ou des) milieu(x) réfrigéré(s) et une demande de chauffage du fluide caloporteur.
2- Procédé pour chauffer un fluide caloporteur et/ou maintenir un (ou des) milieu(x) réfrigéré(s) à l'aide d'une machine thermodynamique caractérisé en ce qu'il consiste d'une part,
a) dans un premier mode
i à comprimer un fluide de réfrigération vaporisé,
ii à condenser le fluide de réfrigération comprimé en réalisant des transmissions de chaleur successivement avec le fluide caloporteur afin de le chauffer, et ensuite avec un agent refroidisseur extérieur,
iii à detendre et réduire la pression du fluide de réfrigération
iv à vaporiser le fluide de réfrigération détendu par transmission de chaleur avec le (ou les) fluides maintenant le (ou les) milieu(x) réfrigérb(s).
ii dans le second mode, si la puissance mise en oeuvre pour le maintien en température du (ou des) milieu(x) réfrigéré(s) est inférieure a celle nécessaire au chauffage du fluide caloporteur.
i dans un premier mode, si la puissance mise en oeuvre pour le maintien en température du (ou des) milieu(x) réfrigéré(s) est supérieure à celle nécessaire au chauffage du fluide caloporteur,
c) à faire fonctionner le système ::
b) à déterminer la puissance à mettre en oeuvre par lz système afin de satisfaire au chauffage du fluide caloporteur,
a) à déterminer la puissance à mettre en oeuvre par le système afin de maintenir le (ou les) milieu(x) réfrigéré(s),
d'autre part,
b) Dans un second mode, comprenant les étapes (i) et (iii) ci-dessus et ensuite dans tordre, l'étape a(i), l'étampe (ii) consistant à condenser le fluide de réfrigération comprimé en réalisant une transmission de chaleur avec le fluide caloporteur afin de le chauffer, l'étape a(iii), 11 étape (iv) consistant à vaporiser le fluide de réfrigération détendu par transmission de chaleur en partie avec le (ou les) fluide(s) maintenant le (ou les) milieu(x) réfrigéré(s) et en partie avec le (ou les) agent(s) réchauffant(s) provenant d'un (ou de) milieu(x) extérieur(s),
3- Procédé, selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste également
dans le second mode au niveau de l'étape b(iv) à séparer la partie de fluide frigorigène vaporisée avec le (ou les) agent(s) extérieur(s) de celle vaporisée avec le (ou les) fluides maintenant le (ou les) milieu(x) réfrigéré(s).
et pour l'étape b(i) à comprimer d'une part, les vapeurs de frigorigène issues du maintien en température du (des) milieu(x) réfrigéré(s) et d'autre part les vapeurs de frigorigène évaporées. avec le (ou les) agent(s) réchauffant(s) extérieur(s).
4- Installation pour chauffer un fluide caloporteur et/ou maintenir un (ou des) milieu(x) réfrigéré(s) à l'aide d'une machine thermodynamique caractérisée en ce qu'elle comporte d'une part,
- un ensemble de compression pouvant être mis en marche sélectivement pour comprimer un fluide de réfrigération et présentant un ensemble d'aspiration et un ensemble de refoulement,
- un ensemble d'échangeur de chaleur du fluide de réfrigération vers un fluide caloporteur (7), relié à l'ensemble de refoulement afin de communiquer avec lui et pouvant être mis en oeuvre pour transmettre la chaleur du fluide frigorigène, comprimer dans l ensemble de compression au fluide caloporteur afin de (en tout ou partie) désurchauffer.et/ou condenser le fluide de réfrigération,
- un ensemble de condensation dont l'agent refroidisseur est extérieur, relié à l'ensemble échangeur de chaleur et pouvant être mis en oeuvre afin de terminer la condensation du fluide frigorigène ou de le sous refroidir si cela est nécessaire,
- une bouteille de liquide (9) destinée à accumuler le fluide frigorie gène après condensation,
- un premier ensemble d'évaporation dont l'agent (ou les) agent(s) réchauffant(s) est (sont) extérieur(s), comportant au moins un sous-ensemble constitué d'un détendeur (10) et d'un évaporateur (6), et relié à la bouteille de liquide et à l'ensemble de compression,
- un second ensemble d'évaporation (55 dont l'(ou les) agent(s) réchauffant(s) est (sont) un (ou des) fluide(s) destiné(s) à maintenir un (ou des) mi-lieu(x) réfrigéré(s), comportant au moins un souseensemble constitué d'un détens deur (12) et d'1m évaporateur (5) et relié à la bouteille de liquide et à l'en- semble de compression,
d'autre part,
un boitier de commande (13) permettant au système de maintenir priori tairement la température dans le (ou les) milieu(x) réfrigéré(s) et de chauffer le fluide caloporteur avec de la chaleur provenant du (ou des) milieu(x) réfrigéré(s) ou de l'agent réchauffant du premier ensemble d'évaporation.
5- Installation, selon la revendication 4. pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte d'une part,
- comme ensemble de compression, un unique compresseur (3) présentant un orifice d'aspiration (3a) et un orifice de décharge (3b)
- comme ensemble échangeur de chaleur, un réservoir (2) comportant au moins un serpentin (23) de transmission de chaleur du fluide frigorigène vers le fluide caloporteur et relié au circuit (21) utilisateur des calories contenues dans le fluide caloporteur,
- un clapet de retenue (20) placé à la sortie du second ensemble d'évaportation afin d'éviter que le fluide frigorigène vaporisé dans le premier ensemble d'évaporation aille dans le second,
- un pressostat basse pression (14) placé sur la conduite reliant la sortie du second ensemble d'évaporation au clapet de'retenue et détectant les demandes de refroidissement du (ou des) milieu(x) à refroidir,
- un pressostat haute pression (15) placé sur le circuit de refoulement du compresseur et indiquant, indirectement, la nécessité de chauffer le fluide caloporteur,
d'autre part, elle--fonctionne ::
dans le premier mode, lorsque le pressostat basse pression détecte une demande de refroidissement et le pressostat haute pres-sion n'indique pas de besoin de chauffage,
dans le second mode, lorsque le pressostat basse pression ne détecte pas de demande de refroidissement et le pressostat haute pression indique un besoin de chauffage,
dans le'troisième mode, lorsque le pressostat basse,pression détecte une demande de refroidissement et le pressostat haute pression indique un besoin de chauffage.
6- Installation, selon les revendications 5 et 11, caractérisée en ce que :
- pour le premier mode de fonctionnement les électrovannes 16 18 et 19 ne permettent pas le passage du fluide frigorigène, l'électrovanne 17 permet le passage du fluide frigorigène, te condenseur-évaporateur fonctionne en conden seur,
- pour le second mode de fonctionnement les électrovannes 16, 18 et 19 permettent le passage du fluide frigorigène, l'électrovanne 17 ne le permet pas.Le condenseur-évaporateur fonctionne en évaporateur,
- pour le troisième mode de fonctionnement, les électrovannes 17. 18 et 19 ne permettent pas le passage du fluide frigorigène, l'électrovanne 16 le permet et le condenseur-évaporateur est à l'arrêt,
7-- Installation, selon la revendicatien 5 , caractérisée en ce que d'une part, elle comporte également
- un clapet de retenue (24) placé à la sortie du premier ensemble d'évaporateur afin d'éviter que le fluide frigorigène vaporisé dans le second ensemble d'évaporation aille dans le premier,
- une bouteille anti-coup de liquide (8) placée sur une conduite reliant les clapets de retenue des ensembles d'évaporation à l'orifice d'aspiration
- une électrovanne (19) placée sur une conduite reliant la sortie de la bouteille de liquide au (ou aux) détendeur(s) du premier ensemble d'évaporation et commandée par le boitier de commande,
d'autre part,
dans le premier mode, l'électrovanne (19) ne permet pas le passage du fluide frigorigène, l'ensemble condensation est en marche et le premier ensemble d'évaporation est à l'arrêt,
dans le second mode, l'électrovanne (19) permet le passage du fluide frigorigène, l'ensemble condensation est à l'arrêt et le premier ensemble d'évaporation est en marche,
dans le troisième mode, l'électrovanne (19) ne permet pas le passage du fluide frigorigène. L'ensemble condensation est à l'arrêt ainsi que le premier ensemble d' évaporation.
8- Installation selon la revendication 4 pour la mise en oeuvre du procédé, selon la revendication 3 caractérisée en ce que d'une part elle comporte
- comme ensemble de compression au moins deux compresseurs (C1) et (C2) placés en parallèle et comprenant un collecteur de refoulement (29) et deux collecteurs d'aspiration (27) et (28) destinés à recueillir les vapeurs de fri- gorigène issues respectivement du premier ensemble d'évaporation et du second ensemble d'évaporation (5t
- comme ensemble échangeur de chaleur, un réservoir comportant au moins un serpentin de transmission de chaleur du fluide frigorigène vers le fluide caloporteur et relié au circuit (21) utilisateur des calories contenues dans le fluide caloporteur,
- comme premier ensemble d'évaporation, un évaporateur (6) dont l'agent réchauffant est l'air extérieur ou de lteau,comportant à son entrée le détendeur (10),
- comme second ensemble d'évaporation (5') au moins un évaporateur (5) muni d'un détendeur (12),
- au moins deux couples de dispositifs (A1 B1) et (A2, B2) comprenant par couple un clapet de retenue (A) et une électrovanne (B) et placés respectivement, sur les conduites (cula) et (club) reliant/les collecteurs (28) et (27) à l'orifice d'aspiration du compresseur (C1) et sur les conduites (C2a) et (C2b) reliant les collecteurs (28) et (27) à l'orifice d'aspiratión du compresseurP le nombre de couples étant fonction du nombre de compresseurs,
d'autre part,
- un premier dispositif (26) détectant la pression des vapeurs frigorigènes placé sur le collecteur d'aspiration (28) et déterminant le nombre de compresseurs à mettre en oeuvre pour satisfaire au maintien en température du (ou des) milieu(x) réfrigéré(s),
- un second dispositif (25), placé sur le circuit de refoulement des compresseurs, détectant la pression du fluide frigorigène comprimé et permettant de déterminer le nombre de compresseurs à mettre en oeuvre pour satisfaire au chauffage du fluide caloporteur,
d'autre part, elle fonctionne
- dans le premier mode, lorsque le premier dispositif indique un nombre de compresseurs à mettre en service pour maintenir la température dans le (ou les) milieu(x) réfrigéré(s) supérieur à celui à mettre en oeuvre pour le chauffage du fluide caloporteur.Les clapets de retenue (A) correspondant aux compresseurs mis en marche permettent le passage des vapeurs de frigorigène,
- dans le second mode, lorsque le premier dispositif indique nombre
I de compresseurs à mettre en service pour maintenir la tempéraFure dans le (ou les) milieu(x) réfrigéré(s) inférieur à celui J à mettre en oeuvre pour le chauffage du fluide caloporteur.
Les clapets de retenue(A)appartenant aux I compresseurs permettent le passage des vapeurs de frigorigène issues du collecteur (22). Les électro vannes(B)de ces I compresseurs sont fermées. Les électrovannes B des (J - I) compresseurs en marche sont ouvertes et permettent le passage des vapeurs de frigorigène issues du collecteur (27), Les clapets de retenue A de ces (J - I) compresseurs ne permettent pas le passage des vapeurs de frigorigène issues du collecteur (27)dans le collecteur (28),
9- Installation, selon les revendications 8 et 10 caractérisée en ce que
- pour le premier mode de fonctionnement, les électrovannes 16., 18 et 19 ne permettent pas le passage du fluide frigorigène et l'électrovanne 17 le permet. Le condenseurvévaporateur fonctionne en condenseur.
- pour le second mode, les électrovannes 16, 18 et 19 ne permettent pas le passage du fluide frigorigène et l'électrovanne 17 le permet. Le condenseur évaporateur fonctionne en évaporateur.
10- Installation, selon la revendication 8 , caractérisée en ce que d'une part1 elle comporte également
- une électrovanne (25) placée sur une conduite reliant la sortie de la bouteille de liquide au(ou aux) détendeur(s) du premier ensemble d'évaporation et commandée par le boitier de commande,
d'autre part,
- dans le premier mode l'électrovanne (25) ne permet pas le passage du fluide frigorigène, l'ensemble de condensation est en marche et le premier ensemble d'évaporation est à l'arrêt,
- dans le second mode, l'électrovanne (25) permet le passage du fluide frigorigène, l'ensemble de condensation est à l'arrêt et le premier ensemble d'évaporation est en marche.
, sur la conduite (6a) et entre le détendeur et la sortie de la bouteille de liquide,
, sur la conduite (6b)
sur la conduite (4a)
sur la conduite (2b) reliant la sortie de l'ensemble échangeur de chaleur à l'entrée de la bouteille de liquide,
- quatre électrovannes 16, 17, 18, 19 commandées par le boîtier de commande et placées respectivement
- un clapet de retenue (11) placé sur la conduite (4 d) de manière à ce que le liquide contenu dans la bouteille n' arrive pas par cette conduite au condenseur-évaporateur,
- comme ensemble de condensation et comme premier ensemble d'évapora- tion un condenseurrévaporateur (4-6) dont l'entrée est reliée par une conduite (4 a) à la sortie de l'ensemble échangeur de chaleur et par une conduite (6 b) à l'ensemble de compression et dont la sortie est reliée par une conduite (4 b) à l'entrée de la bouteille de liquide et par une conduite (6 a) sur laquelle on trouve le détendeur du premier ensemble d'évaporation, à la sortie de la bouteille de liquide,
11- Installation, selon la revendication 4 , caractérisée en ce qu'elle comporte
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8408093A FR2564573A1 (fr) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | Procedes et machines thermodynamiques pour chauffer un fluide caloporteur et/ou maintenir un (ou des) milieu(x) refrigere(s) |
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|---|---|---|---|
| FR8408093A FR2564573A1 (fr) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | Procedes et machines thermodynamiques pour chauffer un fluide caloporteur et/ou maintenir un (ou des) milieu(x) refrigere(s) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2564573A1 true FR2564573A1 (fr) | 1985-11-22 |
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|---|---|---|---|
| FR8408093A Pending FR2564573A1 (fr) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | Procedes et machines thermodynamiques pour chauffer un fluide caloporteur et/ou maintenir un (ou des) milieu(x) refrigere(s) |
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|---|---|---|---|---|
| ES2208014A1 (es) * | 2001-07-12 | 2004-06-01 | Francisco Perales Corrales | Equipo para la regulacion termica de la temperatura corporal. |
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