EP2318783B1

EP2318783B1 - Système réversible de récupération d'énergie calorifique par prélèvement et transfert de calories d'un ou plusieurs milieux dans un autre ou plusieurs autres milieux quelconques

Info

Publication number: EP2318783B1
Application number: EP09761796.3A
Authority: EP
Inventors: Jean-Luc Maire
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: CA2727414A1; CA2727414C; WO2009150234A1; BRPI0915033B8; BRPI0915033B1; US8726684B2; BRPI0915033A2; FR2932553B1; US20110209491A1; EP2318783A1; DK2318783T3; FR2932553A1

Description

L'invention se rapporte à un système réversible de récupération par prélèvement et transfert d'énergie entre au moins deux milieux différents, par exemple entre un milieu extérieur et un milieu de vie ou entre un milieu de vie et un autre milieu de vie.
Les besoins en calories en périodes froides d'un lieu de vie, de travail ou de stockage se résument en une quantité de calories consacrées au chauffage. D'autres besoins en calories sont nécessaires pendant la saison froide et même en dehors de celle-ci, nous pouvons identifier la production d'eau chaude sanitaire qui doit être assurée toute l'année, le chauffage d'une piscine ou autres besoins dans le domaine industriel ou tertiaire.
Dans les lieux climatisés, l'extraction des calories en excédent du bâtiment doit être assurée.
Dans les systèmes classiques de climatisation, les calories extraites du bâtiment sont souvent dissipées à l'extérieur du bâtiment et perdues. Le document WO 02/39033 A montre toutes les caractéristiques techniques du préambule de la revendication 1.
Actuellement, le chauffage des bâtiments est assuré par la combustion de combustible dans des chaudières, par l'utilisation de l'énergie solaire thermique, par l'utilisation de l'effet joule avec des chaudières électriques ou par l'utilisation de pompes à chaleur puisant pour une grande partie de leur énergie sur l'air extérieur ou une source d'eau gratuite.
L'invention utilise une technologie novatrice dans le domaine des pompes à chaleur réversibles.
Les pompes à chaleur sont des machines frigorifiques qui transfèrent la chaleur d'un milieu à un autre en utilisant comme véhicule un fluide frigorifique passant successivement d'un état gazeux à un état liquide et inversement par la succession de phases de compressions et de détentes.
La plupart des systèmes étant réversibles, il est donc possible d'utiliser ces pompes à chaleur pour la climatisation.
Les pompes à chaleurs sont raccordées à différents types de terminaux réversibles ou non tels que :

Radiateurs,
Plancher chauffant/ rafraîchissant,
ventilo-convecteurs,
Caisson de traitement d'air.

Les pompes à chaleur et autres systèmes de récupération d'énergie sont caractérisées par un indice de performance (COP) qui indique le rendement énergétique de l'installation, celui étant toujours supérieur à 1, les pompes à chaleur produisent donc plus d'énergie calorifique qu'elles ne consomment d'énergie électrique grâce à l'énergie puisée dans le milieu de récupération gratuit.
Les progrès technologiques de ces dernières années ont améliorés le rendement des pompes à chaleur du fait de l'amélioration des composants de celles-ci.
L'invention propose une amélioration qui tient par une nouvelle organisation du circuit frigorifique et la création de composants ayant des fonctions nouvelles, l'objectif de l'invention étant d'augmenter le rendement et la fiabilité du système frigorifique.
L'innovation tient à la création, la présence et l'emplacement dans l'installation des composants suivants :

au moins un compresseur principal (CP1) complété en cas de besoin d'un ou plusieurs autres compresseurs (CP2, CP3 ..),
la présence d'un échangeur E4 pour la récupération ou l'évacuation des calories sur le milieu extérieur, l'échangeur E4 étant un échangeur à ailettes pour les pompes à chaleur de type AIR/EAU ou un échangeur à plaques, voir un échangeur multitubulaire ou coaxiale pour les pompes à chaleur EAU/ EAU,
un échangeur Fluide/ Fluide E3 raccordé au point 6 au capillaire 1 de détente final et au réservoir R, au point 7 du détendeur thermostatique BI-FLUX à égalisation externe D1, au point 19 du capillaire 2 pour la limitation du débit massique sur cette branche, au point 10 l'admission des gaz froid provenant de V3 N°2, au point 11 l'aspiration des gaz surchauffés par le compresseur CP1, au point 12 l'aspiration des gaz surchauffés par le compresseur CP2 (Figures 9 et 10).

La particularité de cet échangeur E3 étant de fonctionner comme sous refroidisseur de la ligne liquide lorsqu'il est alimenté en fluide haute pression à l'état liquide dans son tube interne et aussi comme surchauffeur des gaz d'aspiration dans son tube externe (Figures N°1, 2, 8,11,12,18).
Dans ce cas de figure, de part l'organisation du schéma fluidique, le réservoir de fluide frigorigène R contient une réserve de fluide haute pression à l'état liquide.
L'autre particularité de l'échangeur Fluide/Fluide E3 étant de fonctionner comme dégazeur lorsqu'il est alimenté en fluide basse pression à l'état liquide dans son tube interne et aussi comme surchauffeur des gaz d'aspiration dans son tube externe (Figures N°4, 5, 6, 7, 14, 15, 16, 17).
Dans ce cas de figure, de part l'organisation du schéma fluidique, le réservoir de fluide frigorigène R contient une réserve de fluide basse pression à l'état liquide avec un ratio variable de fluide à l'état gazeux.
La présence des vannes trois voies et des trois échangeurs E1, E2 et E4, permettent les fonctions de désurchauffeur et de condenseur pour l'échangeur E2, de condenseur et d'évaporateur pour les échangeurs E1 et E4.
La présence et l'emplacement des vannes VEM1 et VEM2 permettent le fonctionnement de l'échangeur E2 comme condenseur avec, soit l'échangeur E4 comme évaporateur, soit l'échangeur E1 comme évaporateur.
La présence et l'emplacement du détendeur D2 augmente le rendement du système frigorifique en autorisant une pression de condensation différente entre le compresseur CP1 et le compresseur CP2 dans le cas d'une production calorifique sur l'échangeur E2 et sur l'échangeur E1 avec la vanne V3 N°1 fermée et les deux compresseurs CP1 et CP2 en fonctions (Figure N°18).
La disposition des différentes vannes et détendeurs permet la possibilité de gérer de façon isolée les différents échangeurs et ainsi de pouvoir les coupler dans différentes combinaisons, cette organisation permet aussi l'intégration facile d'un ou plusieurs échangeurs supplémentaires (Exemple en Figure N°8).
L'invention permet de surdimensionner la batterie de récupération énergétique sur le milieu extérieur et d'augmenter son rendement (E4 Figures 1 à 18).
L'invention permet aussi l'installation d'un échangeur non réversible qui peut être utilisé en mode désurchauffeur des gaz de refoulement du ou des compresseurs, ou être utilisé en mode condenseur pour une restitution totale de l'énergie du fluide frigorigène condensé dans celui-ci, ou être utilisé en mode condensation partielle pour une restitution partielle des calories du fluide frigorigène traversant cet échangeur.
Cet échangeur est appelé E2 et est connecté à un circuit hydraulique pour une distribution d'énergie calorifique à un ou plusieurs milieux en demande de calories, cet échangeur n'est pas réversible.
L'invention permet aussi l'installation d'un échangeur réversible qui peut être utilisé en mode condenseur des gaz de refoulement du ou des compresseurs pour une restitution totale de l'énergie du fluide frigorigène condensée dans celui-ci, ou être utilisé en mode évaporateur pour une évacuation totale de l'énergie frigorifique du fluide frigorigène traversant cet échangeur. Cet échangeur est appelé E1 et est connecté à un circuit hydraulique pour une distribution d'énergie calorifique ou frigorifique à un ou plusieurs milieux en demandes de calories ou de frigories.
L'invention permet aussi à l'échangeur E1 de récupérer l'énergie calorifique non absorbée par l'échangeur E2 lorsque celui est en mode désurchauffeur ou si E2 est en mode de condensation partielle.
Par la présence de ces deux échangeurs E1 et E2 et sans ajout de régulations supplémentaires ou autres vannes mélangeuses sur les circuits hydrauliques, nous avons donc à disposition une pompe à chaleur équipée de deux circuits hydrauliques.
Un circuit hydraulique non réversible E2 pour la distribution des calories puisées depuis l'échangeur extérieur E4 ou depuis l'échangeur E1 fonctionnant en mode évaporateur.
Un circuit hydraulique réversible E1 pour la distribution des calories puisées sur l'échangeur E4 et aussi ce même circuit pour la distribution d'eau glacée et une évacuation des calories vers l'échangeur E2, E4 ou E2+E4.
L'invention permet donc la fonction de transfert d'énergie qui signifie la possibilité de récupérer des calories sur l'échangeur E1 en mode évaporateur pour la production d'eau glacée sur le circuit hydraulique E1 et en simultanée la restitution de ces calories pour le chauffage du circuit hydraulique E2 via l'échangeur E2 en mode condenseur ou en mode désurchauffeur. Soit pour une consommation électrique de 1kw, une production frigorifique de 3,5 KW et calorifique de 4,5 KW avec une seule machine.
Cette fonction est utile et très économique lorsque l'on climatise un bâtiment et qu'il existe une demande simultanée de production calorifique pour la production d'eau chaude sanitaire ou le chauffage d'une piscine.
Pour autoriser ces fonctions et améliorer le rendement énergétique de l'ensemble, certains composants frigorifiques ont été crées et d'autres ont été utilisés suivant un schéma frigorifique novateur.
Parmi les éléments créés, nous avons un échangeur Fluide/ Fluide E 3. Il est composé d'un cylindre interne qui ne débouche que sur trois piquages N°6, N°7 et N°19 (FIGURES N°9 et N°10), et d'un cylindre externe qui débouche sur trois piquages N°10, N°11 et N°12 (FIGURES N°9 et N°10).
Aucun débit de fluide ne passe du cylindre interne vers le cylindre externe ou du cylindre externe vers le cylindre interne.
Le fait que le cylindre interne ait été placé dans le cylindre externe ne sert qu'à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène froid traversant le tube externe avant d'être aspiré par le ou les compresseurs et le fluide frigorigène plus chaud traversant le tube interne.
L'échange thermique se fait par la paroi du tube interne dans la section au contact du fluide frigorigène contenu dans le tube externe.
Le tube de faible section au point 19 a pour fonction d'évacuer une partie du fluide à l'état gazeux créé par la détente par le détendeur D1 lorsque celui-ci est traversé du point 8 vers le point 7.
Dans ce cas de figure, le cylindre interne est alimenté en fluide frigorigène liquide basse pression avec un ratio minoritaire de fluide à l'état gazeux.
Le tube de faible section au point 19 a pour fonction de diminuer le ratio de fluide à l'état gazeux en l'évacuant du tube interne au point 19 vers le point 20. Le capillaire 2 a pour fonction de limiter le débit du point 19 vers le point 20 afin de ne pas évacuer de fluide à l'état liquide.
Les pertes de charge de ce capillaire devront être calculées afin que le volume de fluide frigorigène à l'état gazeux évacué du point 19 vers le point 20 soit inférieur au volume de fluide frigorigène à l'état gazeux généré par le détendeur D1 lorsque celui-ci est traversé par le fluide du point 8 vers le point 7.
Ainsi, nous disposerons d'un fluide avec un ratio de fluide frigorigène en phase gazeuse plus faible au point 6 lorsque E1 est en mode évaporateur, ce qui augmentera l'efficacité de l'échangeur E1 du fait d'une meilleure alimentation en liquide.
Dans le cas où le détendeur D1 est traversé par le fluide frigorigène du point 7 vers le point 8 (FIGURES N°1, 2 et 8), l'échangeur Fluide/ Fluide E3 est un équipement frigorifique novateur qui a pour fonction de sous-refroidir le liquide haute pression et de surchauffer les gaz d'aspiration lorsque l'échangeur E1 est en mode condenseur.
Le diamètre du cylindre interne étant au moins 4 fois plus grand que la conduite liquide au point 6 et 7 (FIGURES N°9 et N°10), le fluide haute pression sous forme gazeuse se trouvera inévitablement récupéré en grande partie en haut du cylindre interne et une partie de ce fluide sera condensée par les frigories récupérées sur les gaz d'aspiration traversant le cylindre externe.
L'absence de vanne quatre voies, la présence et le placement des vannes 2 voies et trois voies, le placement des deux détendeurs, la présence et le placement d'un capillaire et le placement des deux détendeurs font un schéma fluidique novateur.
Afin de mieux comprendre le fonctionnement de ce système, il est nécessaire de se reporter aux figures de 1 à 18 qui montrent l'état et le cheminement du fluide frigorigène en fonction des besoins en frigories ou en calories des différents échangeurs.
Pour les figures N°1 à N°8 et N°11 à N°18, les conduites ont été représentées de la façon suivante :

Les conduites frigorifiques isolées ayant un débit de fluide frigorigène nul, sont représentées par des petits points.
Les conduites frigorifiques traversées par un débit de fluide frigorigène haute pression et à l'état gazeux sont représentées par des petits tirets.
Les conduites frigorifiques traversées par un débit de fluide frigorigène haute pression et à l'état liquide sont représentées par des traits pleins.
Les conduites frigorifiques traversées par un débit de fluide frigorigène basse pression et à l'état liquide sont représentées par des doubles traits.
Les conduites frigorifiques traversées par un débit de fluide frigorigène basse pression et à l'état gazeux sont représentées par des traits mixtes.
Les électrovannes sont représentées par deux triangles opposés qui sont noirs si l'électrovanne est fermée et blanc si l'électrovanne est ouverte.
Les détendeurs sont représentés par deux triangles opposés qui sont noirs si le détendeur est fermé et blancs si le détendeur est ouvert et passant.
Les vannes trois voies sont représentées par trois triangles opposés qui sont

Les échangeurs à plaques sont alimentés en eau par des circulateurs qui pulsent l'eau à travers ceux-ci.

Les circulateurs P1 et P2 sont représentés par un triangle dans un cercle, triangle orienté dans le sens d'écoulement d'eau et compris dans un cercle :
- Si le triangle est blanc, cela signifie que le circulateur est en fonction et que l'eau traverse l'échangeur raccordé à celui-ci.
- Si le triangle est noir, cela signifie que le circulateur est hors fonction et que l'échangeur raccordé à celui-ci n'est pas alimenté en eau.

En figure N°1 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E1 et E2. Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 90°C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 45°C et de sortie de 48°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 45°C
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1, le point N°3, le point N°4 et le point N°20 pour ensuite rentrer dans l'échangeur E1.
L'eau traversant l'échangeur E1 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène se condense dans l'échangeur E1 et sort de celui-ci sous forme liquide haute pression au point N°5.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de condensation de 36°C, une température du circuit d'eau E1 à l'entrée de 33°C et de sortie de 35°C.
Le fluide traverse le clapet anti retour C1, le point 6 et rentre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Pour exemple, au point 6, la température du fluide est de 35°C.
Le fluide condensé haute pression est sous refroidi dans l'échangeur E3 et sort au point 7.
Pour exemple, la température au point 7 sera de 30°C soit un sous-refroidissement de 5°C grâce à l'échangeur E3.
Le fluide traverse le détendeur D1 où il est détendu et donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 8. Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -15°C.
Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT.
Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4.
Le fluide frigorigène quitte E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression. Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -10°C.
Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de -5°C.
En figure N°2 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseurs en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E1 et E2.
La présence de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est innovant du fait qu'il est placé sur une section liquide haute pression du circuit frigorifique qui n'est pas toujours alimenté en liquide haute pression dans son tube interne.
La conception et l'emplacement innovant de l'échangeur E3 permettent à cet organe des fonctions différentes en fonctions des besoins en calories et frigories des différents échangeurs installés.
En figure N°1, l'échangeur E3 sert de surchauffeur des gaz d'aspiration, de sous refroidisseur de liquide haute pression avant le détendeur D1 et permet de stocker une quantité importante de fluide à l'état liquide dans son tube interne.
La surchauffe des gaz d'aspiration et le sous-refroidissement du liquide avant le détendeur D1 permet d'augmenter le pourcentage de fluide à l'état liquide dans l'échangeur E4 et donc d'augmenter le coefficient moyen de conductibilité de l'échangeur E4, soit un gain pour le rendement énergétique de l'ensemble.
Le fonctionnement décrit en figure N°2 est proche du fonctionnement décrit en figure N°1, les différences sont décrites ci-dessous:

Augmentation du débit massique de fluide du fait de la mise en service du compresseur N°2.
Compression et refoulement du fluide au point 13 et mélange de ce flux avec le flux du premier compresseur au point N°4.

Pour exemple, la température du fluide haute pression au point 13 est de 90°C.
Du fait du mélange du flux gazeux provenant du compresseur N°1 ayant une température de 45°C et du flux gazeux provenant du compresseur N°2 ayant une température de 90°C le mélange des deux flux aura une température de 67,5°C si le débit massique des deux compresseurs est identique.
Dans ce cas, les calories du compresseur N°2 seront évacuées exclusivement par l'échangeur E1 au profit du circuit d'eau E1.
Pour exemple, du fait de l'augmentation de la puissance calorifique dissipée sur l'échangeur E1, la température de condensation augmente à 40°C et l'eau du circuit hydraulique N°1 entre à 33°Cet sort à 38°C
Le fluide traverse le clapet anti retour C1, le point 6 et rentre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Pour exemple, au point 6, la température du fluide est de 40°C
Le fluide condensé haute pression est sous refroidi dans l'échangeur E3 et sort au point 7.
Pour exemple, la température au point 7 sera de 35°C, soit un sous-refroidissement de 5°C grâce à l'échangeur E3.
Le fluide traverse le détendeur D1 où il est détendu et donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 8.
Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -18°C.
Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT.
Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4. Le fluide frigorigène quitte E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression.
Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -13°C.
Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10. Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3. Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et 12 et est aspiré par les compresseurs CP1 et CP2.
Pour exemple, la température du fluide au point 12 est de -8°C.
Les fonctions de l'échangeur E3 sont identiques pour les figures 1 et 2.
En figure N°3 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E2.
Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 110°C
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories. Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température.
L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2. Dans ce cas de figure, le fluide est condensé à 100% dans l'échangeur E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 60° C et de sortie de 65°C avec une température de condensation de 65°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc condensé et est plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 64°C
La vanne V3 N°1 étant fermée, le fluide frigorigène traverse le point 15, le filtre F, le point 16, la vanne VEM2, le détendeur D2.
Le fluide traversant le détendeur D2 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 18. Pour exemple, la température du fluide au point 18 est de -15°C.
Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT.
Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4. Le fluide frigorigène quitte E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression.
Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -10°C.
Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3, du fait que le débit de réfrigérant dans le cylindre interne de l'échangeur E3 est nul, aucune surchauffe des gaz d'aspiration n'est réalisée.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1. Dans ce cas, la température du fluide frigorigène au point N°11 est identique qu'au point N°10.
La présence de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est innovant du fait qu'il est placé sur une section liquide basse pression du circuit frigorifique qui n'est pas toujours alimenté en liquide basse pression dans son tube interne. La conception et l'emplacement innovant de l'échangeur E3 permettent à cet organe des fonctions différentes en fonctions des besoins en calories et frigories des différents échangeurs installés
En figure N°3, l'échangeur E3 a son tube interne refroidi par les gaz d'aspiration traversant son tube externe, ceci lui permet de stocker à 100% de ses capacités une quantité importante de fluide à l'état liquide dans son tube interne.
Cette fonction est importante car l'échangeur E1, n'étant pas alimenté en fluide, se vide de tout son fluide à l'état liquide, il est donc utile de pouvoir stocker ce fluide dans le volume du cylindre interne de l'échangeur E3 qui lui reste froid.
Si cette fonction n'était pas assurée, l'échangeur E2 aurait un rendement diminué du fait d'une quantité de fluide à l'état liquide trop importante dans le circuit frigorifique et dans ce même échangeur E2.
En figure N°4 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E2 et une production frigorifique assurée sur l'échangeur E1.
Ce mode de fonction est appelé transfert d'énergie.
Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 90°C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Dans ce cas de figure, le fluide est condensé à 100% dans l'échangeur E2. Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 60°C et de sortie de 65°C avec une température de condensation de 65°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc condensé et est plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 64°C.
La vanne V3 N°1 étant fermée, le fluide frigorigène traverse le point 15, le filtre F, le point 16, la vanne ouverte VEM1, le point 17, le point 8 et le détendeur D1. Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7.
Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +10°C.
Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 10°C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux.
Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacuée par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/Fluide E3.
Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2 le point 20, la vanne V3 N°2, le point 10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N°1.
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur E3 avec une température égale à 10°C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire 1 qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 9°C.
Le fluide étant détendu par le capillaire traverse le point 5 avec une température égale à +1 °C.
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression.
Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1, traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C
La présence de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est innovant du fait qu'il est placé sur une section liquide basse pression du circuit frigorifique qui n'est pas toujours alimenté en liquide basse pression dans son tube interne.
La conception et l'emplacement innovant de l'échangeur E3 permettent à cet organe des fonctions différentes en fonctions des besoins en calories et frigories des différents échangeurs installés.
En figure N°4, l'échangeur E3 a son tube interne refroidi par les gaz d'aspiration traversant son tube externe, le tube interne étant alimenté par un liquide basse pression avec un pourcentage de fluide à l'état gazeux, il est judicieux de diminuer au maximum la quantité de fluide à l'état gazeux, l'échangeur E3 permet cette fonction en évacuant une partie de ce gaz via le tube 19 et en condensant une autre partie de ce gaz du fait du refroidissement provoqué par les gaz froids traversant le tube externe de l'échangeur E3.
Si cette fonction n'était pas assurée, l'échangeur E1 aurait un rendement diminué du fait d'une quantité de fluide à l'état liquide moins importante dans le circuit frigorifique au niveau du point 5 et dans l'échangeur E1 en mode évaporateur, cela diminuerait le coefficient moyen de conductibilité dans l'échangeur E1 et donc le rendement énergétique de l'ensemble.
En figure N°5 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction, une production calorifique assurée sur l'échangeur E2 et E4 et une production frigorifique assurée sur l'échangeur E1.
Ce mode de fonction est appelé transfert partiel d'énergie.
Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 80°C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Dans ce cas de figure, le fluide est désurchauffé ou condensé partiellement dans l'échangeur E2.
Pour exemple, dans le cas d'une utilisation de E2 comme désurchauffeur sans aucune condensation, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau E2 à l'entrée de 75°C et de sortie de 77°C avec une température de condensation de 50°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc désurchauffé et à l'état gazeux haute pression.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 75°C.
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1, le point 14, le point 9, entre dans l'échangeur E4 ou il est condensé à 100%.
Pour se faire, le ventilateur VENT est en fonction pour le refroidissement de l'échangeur E4.
Dans ce cas de figure, l'évacuation des calories se fait sur l'échangeur E2 au profit du circuit d'eau E2 et sur l'échangeur E4 pour évacuer l'excédent d'énergie calorifique vers l'extérieur.
Cette fonction est utile pour le stockage d'eau chaude sanitaire avec une température supérieure à 65°C pour l'élimination des bactéries en été. Le fluide sort de l'échangeur E4 au point 8, traverse le détendeur D1.
Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7. Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +10°C. Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 10°C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux.
Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacuée par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2, le point 20, la vanne V3 N°2, le point 10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N°1 ;
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur E3 avec une température égale à 10°C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 9°C
Le fluide étant détendu par le capillaire traverse le point 5 avec une température égale à +1 °C.
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression. Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1, traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C.
Le fonctionnement de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est identique au cas précédant de la figure 4.
En figure N°6 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseur sur deux en fonction, une production calorifique assurée sur l'échangeur E4 pour le dégivrage et une production frigorifique assurée sur l'échangeur E1.
Ce mode de fonction est appelé mode dégivrage.
Le dégivrage de la batterie extérieure sert à éliminer la glace qui obture et isole la batterie à ailettes extérieure qui récupère l'énergie calorifique sur l'air extérieure.
Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 80°C.
Le fluide traverse l'échangeur E2.
Le circulateur P2 est stoppé afin de ne pas transmettre les calories au circuit d'eau E2. Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc à l'état gazeux haute pression et à la même température qu'au point 1.
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1, le point 14, le point 9, entre dans l'échangeur E4 ou il est condensé à 100%.
Le ventilateur VENT est à l'arrêt afin de conserver la totalité de l'énergie calorifique du fluide frigorigène pour le dégivrage de la batterie.
Le fluide sort de l'échangeur E4 au point 8, traverse le détendeur D1.
Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7.
Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +10°C.
Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 10°C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux.
Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacuée par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2 le point 20, la vanne V3 N°2, le point 10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N°1.
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur E3 avec une température égale à 10°C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 9°C.
Le fluide étant détendu par le capillaire traverse le point 5 avec une température égale à +1 °C.
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression.
Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1, traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C.
Le compresseur CP2 est mis en fonction afin de diminuer la durée du dégivrage en augmentant la puissance de dégivrage d'un niveau égal à la puissance absorbée du compresseur CP2.
Le compresseur CP2 refoule le fluide frigorigène au point 13.
Le fluide frigorigène passe le point 4, la vanne trois voies N°2, le point 10, l'échangeur E3 et est aspiré par le compresseur CP2 après le point 13.
Sur ce parcours, aucun détendeur n'est installé, les gaz de refoulement du compresseur CP2 sont basse pression et à l'état gazeux.
Le gaz ainsi véhiculé, s'est chargé de l'énergie calorifique consommée par le compresseur N°2 et permet de surchauffer les gaz d'aspiration mélangés des deux compresseurs dans le tube externe de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Ainsi nous augmentons la température du flux gazeux au point 11 et donc aussi la température de refoulement du CP1 au point 1.
Ceci a pour conséquence d'augmenter la puissance de dégivrage en proposant un système de dégivrage mixte par inversion de cycle et aussi par gaz chaud.
Le fonctionnement de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est identique au cas précédant de la figure 4 et 5.
En figure N°7 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction, une production calorifique assurée sur l'échangeur E4 pour évacuer les calories à l'extérieur du bâtiment et une production frigorifique assurée sur l'échangeur E1.
Ce mode de fonction est appelé mode production d'eau glacée simple.
Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 80°C
Le fluide traverse l'échangeur E2.
Dans ce cas de figure, nous considérons que le circuit d'eau 2 n'a pas de besoin en calorie et donc le circulateur P2 est stoppé afin de ne pas transmettre les calories au circuit d'eau E2.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc à l'état gazeux haute pression et à la même température qu'au point 1.
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1, le point 14, le point 9, entre dans l'échangeur E4 où il est condensé à 100%.
Le ventilateur VENT est mis en fonction pour refroidir l'échangeur extérieur à ailettes E4.
Le fluide sort de l'échangeur E4 au point 8, traverse le détendeur D1.
Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7. Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +10°C Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 10°C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux.
Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacuée par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2, le point 20, la vanne V3 N°2, le point 10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N°1 ;
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur E3 avec une température égale à 10°C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 9°C.
Le fluide étant détendu par le capillaire traverse le point 5 avec une température égale à +1 °C.
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression.
Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1, traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C.
Le fonctionnement de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est identique au cas précédant de la figure 4, 5 et 6.
En figure N°8 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseurs sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E1 et E2.
La particularité de la figure 8 est de représenter l'ajout d'un échangeur supplémentaire E5 alimenté en eau par un circuit d'eau supplémentaire qui aurait pour fonction en exemple de récupérer des calories sur l'extraction d'air d'un bâtiment.
Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 90°C
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 45°C et de sortie de 48°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 45°C
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1, le point N°3, le point N°4 et N°20 pour ensuite rentrer dans l'échangeur E1.
L'eau traversant l'échangeur E1 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène se condense dans l'échangeur E1 et sort de celui-ci sous forme liquide haute pression au point N°5.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de condensation de 36°C, une température du circuit d'eau E1 à l'entrée de 33°C et de sortie de 35°C.
Le fluide traverse le clapet anti retour C1, le point 6 et rentre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Pour exemple, au point 6, la température du fluide est de 35°C.
Le fluide condensé haute pression est sous refroidi dans l'échangeur E3 et sort au point 7.
Pour exemple, la température au point 7 sera de 30°C soit un sous-refroidissement de 5°C grâce à l'échangeur E3.
Le fluide traverse le détendeur D1 où il est détendu et donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 8. Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -15°C.
Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT.
Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4.
Le fluide frigorigène quitte E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression.
En amont du détendeur D1 au niveau du point 7, une branche dérive une partie du fluide à l'état liquide haute pression vers le détendeur D3. Le fluide traverse le détendeur D3 où il est détendu et donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse.
Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de +1 °C.
Le fluide traverse l'échangeur qui est alimenté en eau par le circulateur P3.
Pour exemple, l'eau d'alimentation de l'échangeur E5 a une température d'entrée de +12°C et une température de sortie de +7°C.
Le fluide frigorigène basse pression entre en ébullition et sort à l'état gazeux de l'échangeur 6 pour ensuite traverser la vanne de régulation P.
La vanne de régulation P est une vanne à pression constante automatique qui maintient la pression du fluide frigorigène régnant dans l'échangeur E5 à une valeur équivalente minimale de 0°C afin que la température d'évaporation soit supérieure à la température de prise en glace du circuit d'eau E3.
Pour exemple, nous considérerons que la température d'évaporation dans l'échangeur E5 est de +1°C et que la température du gaz frigorigène traversant la vanne à pression constante a une température de +10°C et un état à 100% gazeux.
Les flux gazeux provenant de l'échangeur E5 et de l'échangeur E4 se mélangent au niveau du point 9.
Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -5°C.
Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et 12, il est aspiré par les compresseurs CP1 et CP2.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 et 12 est de +1°C.
Le compresseur CP2 aspire le gaz basse pression au point 12 et refoule au point 13 le fluide à l'état gazeux haute pression.
En figure N°9 est expliqué le fonctionnement de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 correspondant aux figures 1, 2 et 8.
Au point 10 entre un flux de fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux et froid dans le cylindre externe de l'échangeur E3.
La température de ce fluide peut être, par exemple, à une température de - 10°C.
Ce flux de fluide froid à l'état gazeux est au contact de la paroi extérieure du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le tube interne étant alimenté en fluide haute pression à l'état liquide et à une température, par exemple, de 60°C, le flux de gaz frigorigène basse pression provenant du point 10 et sortant au point 11 pour être aspiré par le compresseur N°1 et le point 12 pour être aspiré par le compresseur N°2, est chauffé par la paroi externe du tube interne de l'échangeur E3.
Pour exemple, la température au point 11 et 12 peut avoir une valeur supérieure de 10°C par rapport au point 10.
Nous générons ainsi une surchauffe des gaz d'aspiration entre le point 10 et 11 ainsi que entre le point 10 et 12 lorsque le compresseur 2 est en fonction. Inversement, I liquide haute pression à l'état liquide qui entre dans le tube interne de l'échangeur E3 est refroidie par la paroi du tube interne au contact des gaz froid du tube externe.
Le diamètre du tube interne doit être au moins 5 fois supérieur au diamètre des piquages 6 et 7 afin que le flux du tube 6 ne transite pas directement vers le tube 7. Par l'échange thermique en E3, la température du fluide au point 6 est supérieure à la température du fluide frigorigène haute pression à l'état liquide sortant au point 7.
Nous générons ainsi un sous refroidissement du liquide entre le point 6 et 7.
Le piquage au point 19 a un débit nul du fait qu'il aboutit au point 20 et que la pression au point 20 est équivalente à celle qui règne au point 19. En figure N°10 est expliqué le fonctionnement de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 correspondant aux figures4, 5, 6 et 7.
Au point 10 entre un flux de fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux et froid dans le cylindre externe de l'échangeur E3.
La température de ce fluide peut être, par exemple, à une température de +6°C.
Ce flux de fluide froid à l'état gazeux est au contact de la paroi extérieure du tube interne de l'échangeur Fluide/Fluide E3.
Le tube interne étant alimenté au point 7 en fluide basse pression à l'état liquide et à une température, par exemple, de +10°C, le flux de gaz frigorigène basse pression provenant du point 10 et sortant au point 11 pour être aspiré par le compresseur N°1 et le point 12 pour être aspiré par le compresseur N°2, est chauffé par la paroi externe du tube interne de l'échangeur E3.
Pour exemple, la température au point 11 et 12 peut avoir une valeur supérieure de 2°C par rapport au point 10.
Nous générons ainsi une surchauffe des gaz d'aspiration entre le point 10 et 11 ainsi que entre le point 10 et 12 lorsque le compresseur 2 est en fonction.
Inversement, le liquide basse pression à l'état liquide qui entre dans le tube interne de l'échangeur E3 est refroidi par la paroi du tube interne au contact des gaz froid du tube externe.
Le diamètre du tube interne doit être au moins 5 fois supérieur au diamètre des piquages 7 et 6 afin que le flux du tube 7 ne transite pas directement vers le tube 6. Le liquide basse pression qui entre dans le tube interne de l'échangeur E3 est à l'état liquide avec un faible ratio à l'état gazeux du fait de la détente en D1.
L'échange thermique en E3 aura pour effet de refroidir le tube interne et ainsi de condenser une petite partie du fluide basse pression à l'état gazeux présent au sommet du tube interne.
Une autre partie de fluide à l'état gazeux au sommet du tube interne sera évacuée par le piquage 19.
Grâce à la présence du capillaire 1, l'échangeur E1 en mode évaporateur ainsi que le point 20, sont alimentés en fluide ayant une pression inférieure à celle au point 19.
Il y aura donc un flux de gaz entre le point 19 vers le point 20 du fait que la pression au point 19 est supérieure au point 20.
Le débit de gaz sera limité par le capillaire 2 qui sera calibré pour ne pas pouvoir évacuer la totalité de la poche de gaz au sommet du tube interne de l'échangeur E3.
Il serait préjudiciable au système que du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide passe par le capillaire 2 suite à l'évacuation de la totalité du fluide à l'état gazeux.
Pour les installations de forte puissance, le capillaire peut être remplacé par un détendeur thermostatique avec une surchauffe réglée à 5°C.
Par ce fonctionnement novateur, le ratio de fluide à l'état liquide au point 6 est supérieur au ratio de liquide présent au point 7.
Le symbole nommé R est un réservoir de fluide frigorigène.
Il compense la quantité de fluide nécessaire au bon fonctionnement de l'installation en fonction des différentes fonctions des échangeurs, des conditions extérieures et des différentes températures de départs sur les circuits d'eau.
Il existe une version simplifiée de cette technologie, cette version est adaptée plus particulièrement aux machines mono-compresseur ou aux machines ayant au moins deux compresseurs mais avec une conduite de refoulement du compresseur N°2 qui rejoint la conduite de refoulement du compresseur N°1 au point 1 au lieu de rejoindre au point 4 comme indiqué sur les figures 1 à 8.
En plus de cette modification au niveau du refoulement, le détendeur D2 est éliminé et la conduite passant au point 17 aboutit au point 6 au lieu d'aboutir au point 8 comme indiquée dans les figures 1 à 8.
La représentation de ceci est faite sur les figures 11 à 17.
En figure N°11, le cheminement du fluide est identique à celui de la figure N°1 :
En figure N°11 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E1 et E2. Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 90°C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 45°C et de sortie de 48°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 44°C
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1, le point N°3, le point N°4 et le point N°20 pour ensuite rentrer dans l'échangeur E1.
L'eau traversant l'échangeur E1 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène se condense dans l'échangeur E1 et sort de celui-ci sous forme liquide haute pression au point N°5.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de condensation de 36°C, une température du circuit d'eau E1 à l'entrée de 33°C et à la sortie de 35°C.
Le fluide traverse le clapet anti retour C1, le point 6 et rentre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Pour exemple, au point 6, la température du fluide est de 35°C.
Le fluide condensé haute pression est sous refroidi dans l'échangeur E3 et sort au point 7.
Pour exemple, la température au point 7 sera de 30°C soit un sous-refroidissement de 5°C grâce à l'échangeur E3.
Le fluide traverse le détendeur D1 où il est détendu et donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 8.
Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -15°C.
Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT.
Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4.
Le fluide frigorigène quitte E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression. Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -10°C. Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1. Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de -5°C.
La présence de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est innovant du fait qu'il est placé sur une section liquide haute pression du circuit frigorifique qui n'est pas toujours alimenté en liquide haute pression dans son tube interne.
La conception et l'emplacement innovant de l'échangeur E3 permettent à cet organe des fonctions différentes en fonction des besoins en calories et frigories des différents échangeurs installés.
En figure N°11, l'échangeur E3 sert de surchauffeur des gaz d'aspiration, de sous refroidisseur de liquide haute pression avant le détendeur D1 et permet de stocker une quantité importante de fluide à l'état liquide dans son tube interne.
La surchauffe des gaz d'aspiration et le sous-refroidissement du liquide avant le détendeur D1 permet d'augmenter le pourcentage de fluide à l'état liquide dans la l'échangeur E4 et donc d'augmenter le coefficient moyen de conductibilité de l'échangeur E4, soit un gain pour le rendement énergétique de l'ensemble.
En figure N°12, la fonction des échangeurs E1, E2 et E4 est identique à la fonction relevée en figure N°2 mais le cheminement du fluide est différent. En figure N°12 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseurs en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E1 et E2.
Le fonctionnement décrit en figure N°12 est proche du fonctionnement décrit en figure N°11, les différences sont décrites ci-dessous :
Augmentation du débit massique de fluide du fait de la mise en service du compresseur N°2.
Compression et refoulement du fluide au point 1 par le compresseur CP1. Compression et refoulement du fluide au point 13 par le compresseur CP2. Mélange de ces deux flux point N°1.
Dans ce cas, les calories du compresseurs N°1 et N°2 seront évacuées par l'échangeur E1 et E2 au profit du circuit d'eau E1 et E2.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 45°C et de sortie de 48°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 45°C
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1, le point N°3, le point N°4 et le point N°20 pour ensuite rentrer dans l'échangeur E1.
L'eau traversant l'échangeur E1 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène se condense dans l'échangeur E1 et sort de celui-ci sous forme liquide haute pression au point N°5.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de condensation de 36°C, une température du circuit d'eau E1 à l'entrée de 33°C et de sortie de 35°C. Le fluide traverse le clapet anti retour C1, le point 6 et rentre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Pour exemple, au point 6, la température du fluide est de 35°C.
Le fluide condensé haute pression est sous refroidi dans l'échangeur E3 et sort au point 7.
Pour exemple, la température au point 7 sera de 30°C soit un sous-refroidissement de 5°C grâce à l'échangeur E3.
Le fluide traverse le détendeur D1 où il est détendu et donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 8.
Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -15°C.
Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT.
Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4.
Le fluide frigorigène quitte E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression.
Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -10°C.
Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1. Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de -5°C.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 12 et est aspiré par le compresseur CP2. Les fonctions de l'échangeur E3 sont identiques pour les figures 11 et 12.
Pour exemple, la température du fluide au point 12 est de -5°C,
En figure N°13, la fonction des échangeurs E1, E2 et E4 est identique à la fonction relevée en figure N°3 mais le cheminement du fluide est différent.
En figure N°13 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E2. Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 110°C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur à plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Dans ce cas de figure, le fluide est condensé à 100% dans l'échangeur E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 60°Ce t de sortie de 65°C avec une température de condensation de 65°C Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc condensé et est plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 64°C
La vanne V3 N°1 étant fermée, le fluide frigorigène traverse le point 15, le filtre F, le point 16, la vanne VEM2, le point 17, le point 6, l'échangeur E3, le point 7, le détendeur D1.
Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 8. Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -15°C Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT.
Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4. Le fluide frigorigène quitte E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression.
Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -10°C.
Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1. Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de -5°C.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 12 et est aspiré par le compresseur CP2. Pour exemple, la température du fluide au point 12 est de -5°C.
Cette fonction est importante car l'échangeur E1, n'étant pas alimenté en fluide,
se vide de tout son fluide à l'état liquide, il est donc utile de pouvoir stocker ce fluide dans le volume du cylindre interne de l'échangeur E3 qui lui reste froid.
Si cette fonction n'était pas assurée, l'échangeur E2 aurait un rendement diminué du fait d'une quantité de fluide à l'état liquide trop importante dans le circuit frigorifique et dans ce même échangeur E2.
En figure N°14, la fonction des échangeurs E1, E2 et E4 est identique à la fonction relevée en figure N°4 mais le cheminement du fluide est différent.
En figure N°14 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseurs sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E2 et une production frigorifique assurée sur l'échangeur E1.
Ce mode de fonction est appelé transfert d'énergie.
Le compresseur CP1 et le compresseur CP2 compriment et refoulent le fluide frigorigène vers le point N°1 et N°13.
La jonction du tube de refoulement du compresseur N°2 se fait au point 1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 90°C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Dans ce cas de figure, le fluide est condensé à 100% dans l'échangeur E2. Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 60°C et de sortie de 65°C avec une température de condensation de 65°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc condensé et est plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 64°C.
La vanne V3 N°1 étant fermée, le fluide frigorigène traverse le point 15, le filtre F, le point 16, la vanne ouverte VEM1, le point 18, le point 8 et le détendeur D1.
Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7.
Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +10°C.
Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 10°C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux.
Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacuée par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2 le point 20, la vanne V3 N°2, le point 10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N°1.
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur E3 avec une température égale à 10°C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire 1 qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 9°C.
Le fluide étant détendu par le capillaire 1 traverse le point 5 avec une température égale à +1°C.
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression. Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1, traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1. Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 12 et est aspiré par le compresseur CP2. Pour exemple, la température du fluide au point 12 est de +7°C.
En figure N°15, la fonction des échangeurs E1, E2 et E4 est identique à la fonction relevée en figure N°5 mais le cheminement du fluide est différent.
La présence de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est innovant du fait qu'il est placé sur une section liquide basse pression du circuit frigorifique qui n'est pas toujours alimenté en liquide basse pression dans son tube interne.
La conception et l'emplacement innovant de l'échangeur E3 permettent à cet organe des fonctions différentes en fonctions des besoins en calories et frigories des différents échangeurs installés.
En figure N°14, l'échangeur E3 a son tube interne refroidi par les gaz d'aspiration traversant son tube externe, le tube interne étant alimenté par un liquide basse pression avec un pourcentage de fluide à l'état gazeux, il est judicieux de diminuer au maximum la quantité de fluide à l'état gazeux, l'échangeur E3 permet cette fonction en évacuant une partie de ce gaz via le tube 19 et en condensant une autre partie de ce gaz du fait du refroidissement provoqué par les gaz froids traversant le tube externe de l'échangeur E3.
Si cette fonction n'était pas assurée, l'échangeur E1 aurait un rendement diminué du fait d'une quantité de fluide à l'état liquide moins importante dans le circuit frigorifique au niveau du point 5 et dans l'échangeur E1 en mode évaporateur, cela diminuerait le coefficient moyen de conductibilité dans l'échangeur E1 et donc le rendement énergétique de l'ensemble.
En figure N°15 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseurs sur deux en fonction, une production calorifique assurée sur l'échangeur E2 et E4 et une production frigorifique assurée sur l'échangeur E1.
Ce mode de fonction est appelé transfert partiel d'énergie.
Le compresseur CP1 et le compresseur CP2 compriment et refoulent le fluide frigorigène vers les points N°1 et N°13.
La jonction du tube de refoulement du compresseur N°2 se fait au point 1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 80°C
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Dans ce cas de figure, le fluide est désurchauffé ou condensé partiellement dans l'échangeur E2.
Pour exemple, dans le cas d'une utilisation de E2 comme désurchauffeur sans aucune condensation, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau E2 à l'entrée de 75°C et de sortie de 77°C avec une température de condensation de 50°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc désurchauffé et à l'état gazeux haute pression.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 75°C.
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1, le point 14, le point 9, entre dans l'échangeur E4 où il est condensé à 100%.
Pour se faire, le ventilateur VENT est en fonction pour le refroidissement de l'échangeur E4.
Dans ce cas de figure, l'évacuation des calories oe fait sur l'échangeur E2 au profit du circuit d'eau E2 et sur l'échangeur E4 pour évacuer l'excédent d'énergie calorifique vers l'extérieur.
Cette fonction est utile pour le stockage d'eau chaude sanitaire avec une température supérieure à 65°C pour l'élimination des bactéries en été.
Le fluide sort de l'échangeur E4 au point 8, traverse le détendeur D1.
Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7. Pair exemple, la température du fluide au point 7 est de +10°C.
Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 10°C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux.
Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacuée par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2 le point 20, la vanne V3 N°2, le point 10, le point 11 et 12 est aspiré par le compresseur CP1 et CP2.
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur E3 avec une température égale à 10°C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 9°C.
Le fluide étant détendu par le capillaire traverse le point 5 avec une température égale à +1 °C.
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression. Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1, traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 12 et est aspiré par le compresseur CP2.
Pour exemple, la température du fluide au point 12 est de +7°C
Le fonctionnement de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est identique au cas précédent de la figure 14.
En figure N°16, la fonction des échangeurs E1, E2 et E4 est identique à la fonction relevée en figure N°6 mais le cheminement du fluide est différent.
En figure N°16 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction, une production calorifique assurée sur l'échangeur E4 pour le dégivrage et une production frigorifique assurée sur l'échangeur E1.
Ce mode de fonction est appelé mode dégivrage.
Le dégivrage de la batterie extérieure sert à éliminer la glace qui obture et isole la batterie à ailettes extérieure qui récupère l'énergie calorifique sur l'air extérieure. Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 80°C.
Le fluide traverse l'échangeur E2.
Le circulateur P2 est stoppé afin de ne pas transmettre les calories au circuit d'eau E2. Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc à l'état gazeux haute pression et à la même température qu'au point 1.
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1, le point 14, le point 9, entre dans l'échangeur E4 où il est condensé à 100%.
Le ventilateur VENT est à l'arrêt afin de conserver la totalité de l'énergie calorifique du fluide frigorigène pour le dégivrage de la batterie.
Le fluide sort de l'échangeur E4 au point 8, traverse le détendeur D1. Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7.
Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +10°C,
Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 10°C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux.
Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacué par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2 le point 20, la vanne V3 N°2, le point 10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N°1.
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur E3 avec une température égale à 10°C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 9°C
Le fluide étant détendu par le capillaire 1 traverse le point 5 avec une température égale à +1 °c.
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1. Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression. Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1, traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C
Le fonctionnement de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est identique au cas précédant de la figure 14 et 15.
En figure N°17, la fonction des échangeurs E1, E2 et E4 est identique à la fonction relevée en figure N°7 mais le cheminement du fluide est différent.
En figure N°17 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseurs sur deux en fonction, une production calorifique assurée sur l'échangeur E4 pour évacuer les calories à l'extérieur du bâtiment et une production frigorifique assurée sur l'échangeur E1.
Ce mode de fonction est appelé mode production d'eau glacée simple.
Le compresseur CP1 et le compresseur CP2 compriment et refoulent le fluide frigorigène vers le point N°1 et N°13.
La jonction du tube de refoulement du compresseur N°2 se fait au point 1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 80°C.
Le fluide traverse l'échangeur E2.
Dans ce cas de figure, nous considérons que le circuit d'eau E2 n'a pas de besoin en calories et donc le circulateur P2 est stoppé afin de ne pas transmettre les calories au circuit d'eau E2.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc à l'état gazeux haute pression et à la même température qu'au point 1.
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1, le point 14, le point 9, entre dans l'échangeur E4 ou il est condensé à 100%.
Le ventilateur VENT est en fonction pour refroidir l'échangeur extérieur à ailettes E4. Le fluide sort de l'échangeur E4 au point 8, traverse le détendeur D1. Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7.
Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +10°C
Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 10°C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux.
Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacué par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2, le point 20, la vanne V3 N°2, le point 10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N°1 ;
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur E3 avec une température égale à 10°C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 9°C.
Le fluide étant détendu par le capillaire traverse le point 5 avec une température égale à +1 °C,
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression.
Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1, traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 12 et est aspiré par le compresseur CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 12 est de +7°C.
Le fonctionnement de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est identique au cas précédant de la figure 14,15 et 16.
En figure N°18 est représenté le fonctionnement du système avec 2 compresseurs sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E2 et sur l'échangeur E1.
La figure 18 ne fait pas parti du système simplifier et intègre donc le détendeur D2 dans son schéma fluidique.
Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 110°C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2. Dans ce cas de figure, le fluide est condensé à 100% dans l'échangeur E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 60°C et de sortie de 65°C avec une température de condensation de 65°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc condensé et est plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 64°C.
La vanne V3 N°1 étant fermée, le fluide frigorigène traverse le point 15, le filtre F, le point 16, la vanne VEM2, le détendeur D2.
Le fluide traversant le détendeur D2 est détendu et se trouve donc mus forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 18.
Pour exemple, la température du fluide au point 18 est de -15°C
Le compresseur CP2 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°13. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°13 de 60°C
Le fluide traverse le point 4, le point 20 et entre dans l'échangeur E1 qui est un échangeur à plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E1 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E1 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E1.
Dans ce cas de figure, le fluide est condensé à 100% dans l'échangeur E1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 30°C et de sortie de 35°C avec une température de condensation de 38°C
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E1 au point 5 est donc condensé et est plus froid qu'au point N°20.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 37°C.
Le fluide frigorigène provenant du point 5 traverse le clapet anti-retour C1, le point 6, entre dans le tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3, traverse le point 7, traverse et est détendu par le détendeur D1.
Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 8.
Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -15°C.
Le flux de fluide frigorigène provenant du point 8 et du point 18 sont mélangés à l'entrée de l'échangeur E4. Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT. Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories air l'air traversant E4. Le fluide frigorigène quitte l'échangeur E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression.
Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -10°C.
Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et 12 et est aspiré par les compresseurs CP1 et CP2.
Dans le cas de la figure N°18, nous avons une température de condensation différente entre l'échangeur E1 et E2 et donc le compresseur CP1 et CP2.
Plus la température de condensation est faible et plus le rendement énergétique du compresseur est élevé, cette possibilité est donc bénéfique au rendement global de l'installation.
Cette possibilité de fonctionnement est particulière au principe dans son schéma fluide avec l'intégration du détendeur D2 (Figures 1 à 8 et Figure 18).
La version simplifiée du schéma fluidique qui supprime le détendeur D2 n'autorise pas une température de condensation différente entre E1 et E2, mais elle permet une diminution du coût de production (Figures 11 à 17).

Claims

Système réversible de récupération par prélèvement et transfert d'énergie entre au moins deux milieux différents, par exemple entre un milieu extérieur et un milieu de vie ou entre un milieu de vie et un autre milieu de vie en utilisant comme véhicule un fluide frigorifique passant successivement d'un état gazeux à un état liquide et inversement par la succession de phases de compressions et de détentes, caractérisé en ce que ce système comporte ; - un échangeur Fluide/Eau (E1) réversible pour la production d'eau glacée ou d'eau chaude sur un circuit d'eau (E1), - un échangeur Fluide/Eau (E2) non réversible pour la production d'eau chaude sur un circuit d'eau (E2), - au minimum un compresseur principal (GP1) raccordé à un échangeur Fluide/Fluide (E3) en un point (11) et à l'échangeur non réversible (E2) en un point (1), - un capillaire (CAPILLAIRE 2) pour limiter le débit de fluide à l'état gazeux provenant de l'échangeur (E3), - un échangeur (E4) pour la récupération ou l'évacuation des calories sur le milieu extérieur, l'échangeur (E4) étant un échangeur à ailettes pour une pompe à chaleur de type AIR/EAU ou un échangeur à plaques, ou encore un échangeur multitubulaire ou coaxiale pour une pompe à chaleur de type EAU/EAU, - un détendeur thermostatique bi-flux à égalisation externe (D1) pour détendre le fluide frigorigène d'un piquage (7) vers un point (8) lorsque l'échangeur (E4) est en mode évaporateur et pour détendre le fluide frigorigène du point (8) vers le piquage (7) lorsque l'échangeur (E1) est en mode évaporateur, - un capillaire (CAPILLAIRE 1) pour assurer une détente finale du fluide à l'état liquide détendu par ledit détendeur thermostatique (D1), - l'échangeur Fluide/Fluide (E3) étant raccordé par un piquage (6) au capillaire (CAPILLAIRE 1) de détente finale, à un clapet anti-retour (C1), à un réservoir (R), par le piquage (7) audit détendeur thermostatique bi-flux à égalisation externe (D1), par un piquage (19) audit capillaire (CAPILLAIRE 2) pour la limitation du débit massique sur cette branche, par un piquage (10) à l'admission des gaz froids provenant d'une vanne (V3 N°2), par un piquage (11) à l'aspiration des gaz surchauffés par le compresseur (CP1), et éventuellement par un piquage (12) à l'aspiration des gaz surchauffés par un compresseur (CP2), - ledit échangeur Fluide/Fluide (E3) présentant deux modes de fonctionnement : - lorsque ledit échangeur (E3) est alimenté au piquage (7) en fluide basse pression à l'état liquide avec un faible ratio de fluide à l'état gazeux, ledit échangeur condense une portion de ce fluide à l'état gazeux et évacue via le piquage (19), une autre portion de ce fluide à l'état gazeux de façon à augmenter le ratio de liquide au piquage (6) de l'échangeur (E3), - lorsque ledit échangeur (E3) est alimenté au piquage (6) en fluide haute pression à l'état liquide, ledit échangeur (E3) fonctionne comme sous refroidisseur de ce fluide haute pression à l'état liquide et comme surchauffeur des gaz d'aspiration entre le piquage (10) et au moins le piquage (11), - ledit réservoir de fluide frigorigène (R) contenant une réserve de fluide frigorigène, - ledit clapet anti-retour (C1) permettant la dérivation du fluide d'un point (5) vers le piquage (6) lorsque l'échangeur (E1) est utilisé comme condenseur, - un clapet anti-retour (C2) pour l'interdiction d'un reflux du fluide d'un point (20) vers le piquage (19) lorsque l'échangeur (E1) est utilisé comme condenseur, - une vanne trois voies motorisée (V3 N°1) pour autoriser le fonctionnement de l'échangeur (E2) en mode désurchauffeur, condenseur total ou partielle et la dérivation du flux de fluide frigorigène vers l'échangeur (E1) ou l'échangeur (E4), - une vanne trois voies motorisée (V3 N°2) pour autoriser le fonctionnement de l'échangeur (E1) en mode évaporateur ou de l'échangeur (E4) en mode évaporateur, - une électrovanne (VEM1) traversée par le fluide frigorigène d'un point (16) à un point (17) lorsque l'échangeur (E1) est en mode évaporateur et l'échangeur (E2) en mode condenseur, - une électrovanne (VEM2) traversée par le fluide frigorigène du point (16) à un point (18) lorsque l'échangeur (E4) est en mode évaporateur et l'échangeur (E2) en mode condenseur, et un détendeur simple flux (D2) pour la détente du fluide entre le point (16) et le point (18) lorsque l'échangeur (E4) est en mode évaporateur et l'échangeur (E2) en mode condenseur.
Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus soit un ou plusieurs compresseurs secondaires (CP) raccordés audit échangeur (E3) au piquage (12) et audit échangeur non réversible (E2) au point (1) via une tubulure (13), soit un ou plusieurs compresseurs secondaires (CS) raccordés audit échangeur (E3) au piquage (12) et audit échangeur réversible (E1) au point (20) via des tubulures (13, 4).
Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le raccordement de l'aspiration du ou des compresseurs à l'échangeur Fluide/Fluide (E3), qui assure, entre autres fonctions, la surchauffe des gaz d'aspiration avant compression de ceux-ci.
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence d'un détendeur thermostatique bi-flux (D1) couplé à un échangeur Fluide/Fluide (E3) qui assure, entre autres fonctions, le sous refroidissement du liquide haute pression au point (7) lorsque le détendeur (D1) est traversé par le fluide.
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence d'un détendeur thermostatique bi-flux (D1) couplé à l'échangeur Fluide/Fluide (E3) qui assure, entre autres fonctions, le dégazage partiel du liquide basse pression, via le tube et le capillaire (CAPILLAIRE 2), en amont du capillaire (CAPILLAIRE 1) pour la détente finale lorsque le détendeur (D1) est traversé par le fluide.
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence d'un réservoir alimenté en liquide haute pression lorsque l'échangeur (E1) est en mode condenseur et alimenté en liquide basse pression avec un pourcentage de fluide minoritaire à l'état gazeux lorsque l'échangeur (E1) est en mode évaporateur.
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence d'une vanne trois voies (V3 N°1) pour l'alimentation en fluide frigorigène haute pression à l'état gazeux ou à l'état liquide ou dans un état mixte de liquide et de gaz mélangé vers l'échangeur extérieur (E4) ou l'échangeur (E1).
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence d'une vanne trois voies (V3 N°2) pour l'alimentation en fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux vers l'échangeur Fluide/Fluide (E3) et la sélection de l'échangeur (E4) ou (E1) en mode évaporateur.
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence de l'échangeur fluide/Eau (E2) pour la désurchauffe ou la condensation totale ou partielle des gaz de refoulement du ou des compresseurs raccordés au point (1) pour une production d'eau chaude sur le circuit (E2).
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence de l'échangeur Fluide/Eau (E1) pour la condensation totale ou l'évaporation totale du fluide frigorigène le traversant pour une production d'eau chaude ou d'eau glacée sur le circuit d'eau (E1).
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence de l'échangeur Fluide/Air (E4) pour la condensation totale ou l'évaporation totale du fluide frigorigène le traversant pour une récupération ou une évacuation des calories sur un milieu extérieur.
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence du capillaire (CAPILLAIRE 1) pour la détente finale du fluide partiellement dégazé provenant de l'échangeur (E3) lorsque (E1) est en mode évaporateur.
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence du capillaire (CAPILLAIRE 2) pour la limitation du débit de fluide provenant de l'échangeur (E3) sous forme gazeuse lorsque (E1) est en mode évaporateur.
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence du clapet anti-retour (C1) pour la dérivation du fluide entre le point (5) et le piquage (6) lorsque l'échangeur (E1) est en mode condenseur.
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence du clapet anti-retour (C2) pour interdire la circulation du fluide frigorigène du point (20) vers le point (19) lorsque l'échangeur (E1) est en mode condenseur.
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence de la vanne électromagnétique (VEM1) pour autoriser le passage du fluide du point (16) vers le point (17) lorsque l'échangeur (E2) est en mode condenseur et l'échangeur (E1) en mode évaporateur.
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence de la vanne électromagnétique (VEM2) pour autoriser le passage du fluide du point (16) vers le point (18) lorsque l'échangeur (E2) est en mode condenseur et l'échangeur (E4) en mode évaporateur.
Système selon la revendication 1, caractérisé par la présence du détendeur thermostatique (D2) simple flux pour la détente et l'alimentation en liquide détendu de l'échangeur (E4) quand celui-ci est en mode évaporateur et quand l'échangeur (E2) est en mode condenseur.