FR2598788A1

FR2598788A1 - Dispositif de refrigeration.

Info

Publication number: FR2598788A1
Application number: FR8706856A
Authority: FR
Inventors: David Norton Shaw
Original assignee: Copeland Corp LLC
Current assignee: Copeland Corp LLC
Priority date: 1986-05-15
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1987-11-20
Anticipated expiration: 2007-05-15
Also published as: GB2192735B; US4787211A; KR870011436A; IT8720562A0; GB8711583D0; ES2003313A6; CA1296194C; IT1204634B; JPS6325388A; GB2192735A; FR2598788B1; DE3716393A1

Abstract

ON DECRIT UN DISPOSITIF DE REFRIGERATION EMPLOYANT DES COMPRESSEURS MULTI-ETAGES10, 18, 20, PLUSIEURS MODES UNIQUES DE FONCTIONNEMENT, UN ECONOMISEURSOUS-REFROIDISSEUR40 POUR SOUMETTRE A UN SOUS-REFROIDISSEMENT LE REFRIGERANT CONDENSE AVANT VAPORISATION DANS L'EVAPORATEUR46, AINSI QU'UNE SOUPAPE DE DETENTE PERFECTIONNEE POUR LA REGULATION DE LA TEMPERATURE DE REFOULEMENT DU SECOND ETAGE, UNE AUTRE SOUPAPE POUR REGULER LA TEMPERATURE DE DECHARGE DU LIQUIDE DE L'ECONOMISEUR, UN REFROIDISSEUR INTERMEDIAIRE INTER-ETAGES POUR UTILISATION DANS UN SYSTEME D'EAU CHAUDE, UN COMPRESSEUR SATELLITE POUR LES APPLICATIONS A TEMPERATURE ULTRA-BASSE ET UN AGENCEMENT PERFECTIONNE D'ECHANGE DE CHALEUR LIQUIDE-ASPIRATION.

Description

1. La présente invention concerne des dispositifs de réfrigération et de

climatisation employant des compresseurs multi-étages et, plus particulièrement, un dispositif utilisant un économiseur/sousrefroidisseur du réfrigérant condensé avant sa vaporisation dans l'évaporateur; ainsi que d'autres caractéristiques et modes de fonctionnement uniques, ce qui permet d'obtenir une grande souplesse d'application

tout en maximalisant le rendement.

Un objet identique à la présente invention a déjà 10 été traité dans la demande de brevet de la demanderesse

n 85 00380 en date du 11 janvier 1985.

La présente invention s'applique plus particulièrement à la réfrigération dans les supermarchés. Les systèmes courants des supermarchés comprennent généralement trois compresseurs ou davantage à étage unique, de capacité fixe, ayant les mêmes dimensions ou des dimensions différentes, montés en parallèle, qui sont individuellement mis en marche et hors-marche en réponse à la charge du système de manière à

tenter de répondre à celle-ci.

La présente invention a par conséquent pour objets : if: : : ::: 0 0:: 0: f : : -: ::: A: : S : l

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2.

principaux de fournir un dispositif de réfrigération qui soit particulièrement efficace, qui présente redondance et fiabilité, et qui s'adapte à la charge sans cyclage excessif. Plus spécifiquement, on prévoit un dispositifqui fournit une presion d'aspiration relativement constante dans une gamme de charges extrêmement large, sans perte importante d'efficacité, et qui fournit une régulation de la température des conduites de liquide, facilitant l'utilisation d'un échangeur de chaleur liquide-aspiretion extrêmement efficace. Un avantage annexe du présent dispositif est qu'il permet à la pression de refoulement de flotter de sorte qu'il est inutile de prévoir une réqulation artificielle en tête, c'est-à-dire des dispositifs de sur-alimentation de condernseurs, etc. qui provoquent une charge inutile des compresseurs. L'invention élimine également la nécessité d'avoir recours à des refroidisseurs à huile car les température du réfrigérant sont très bien régulées. En outre, le dispositif de sous-refroidissement fournit des chutes de pression plus faibles dans l'évaporateur de sorte qu'on peut utiliser des pressions d'aspiration plus élevées, d'o l'amélioration du rendement.

Un autre avantage important du circuit de réfrigération de la présente invention est qu'il permet l'utilisation du réfrigérant dit R-22 comme seul réfrigérant dans un supermarché donné, tant pour des applications à haute température qu'à basse température, tout en apportant une amélioration des performances et du rendement par rapport aux systèmes standard.

Un autre avantage qu'offre la présente invention est le fait qu'elle apporte une amélioration inhérente de la fiabilité des compresseurs par suite de la plus faible valeur des rapports de compression imposés par rapport aux systèmes standard. En outre, elle fournit une redondance de l'équipement par rapport à de nombreux systèmes de compresseur actuels marchant en parallèle.

Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait qu'elle utilise des commandes très simples pour fournir un fonctionnement extrêmement efficace, comprenant une 3. commande précise de la pression d'aspiration ainsi qu'une commande fiable des conduites de liquide, par rapport aux systèmes standard. La commande peut être fournie en utilisant seulement deux transducteurs de base pour toute la commande du système. Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait qu'elle peut fonctionner dans de nombreux modes

extrêmement efficaces en fonction de l'application particulière.

La présente invention sera bien comprise lors de la 10 description suivante faite en liaison avec les dessins cijoints dans lesquels:

La figure 1 est une représentation schématique d'un circuit de réfrigération comportant plusieurs caractéristiques de la présente invention; La figure 2 est un graphique de la pression inter-étages en fonction de la charge/capacité du dispositif de la figure 1; La figure 3 est une représentation schématique d'un circuit de réfrigération selon une autre caractéristique de la présente invention; La figure 4 est une courbe de la pression interétaqes en fonction de la charge/vitesse de rotation pour le dispositif de la figure 3; La figure 5 est une représentation schématique d'un circuit de réfrigération selon une autre caractéristique de la 25 présente invention; La figure 6 est une vue en coupe longitudinale, quelque peu schématique,d'une soupape de détente commandée présentant d'autres caractéristiques de la présente invention; La figure 7 est une représentation schématique d'un circuit de réfrigération comportant d'autres caractéristiques de la présente invention; La figure 8 est une représentation schématique d'un circuit de réfrigération dont on pense qu'il est idéal et

pratique pour un dispositif destiné à un supermarché.

En liaison avec la figure 1, on a représenté un 4. dispositif de base pour la réfrigération d'aliments,convenant plus particulièrement dans un supermarché qui incorpore un certain nombre des caractéristiques et modes de fonctionnement de la présente invention. Le dispositif comprend un sur5 compresseur 10 d'un premier étage, dont la sortie s'écoule

via une conduite 12, jusqu'à deux compresseurs ou davantage d'un second étage, deux compresseurs ayant pour référence 18 et 20.

Ces compresseurs sont montés en parallèle via des conduites 22 et 24 et leur refoulement s'effectue dans une conduite de dé10 charge 26. Une conduite de dérivation comportant une soupape de retenue 16 est montée en parallèle avec le compresseur 10 afin de permettre la circulation dans le circuit lorsque le compresseur 10 du premier étage est à l'arrêt, et une conduite de dérivation 28, comportant une soupape de retenue 30,est placée en parallèle avec les compresseurs 18 et 20 du second étage pour permettre l'écoulement dans le circuit dans le cas o les compresseurs du second étage sont à l'arrêt (et sont

d'un type ne fournissant pas une traversée non limitée lorsqu;ils ne sont plus sous tension).

- 20 La conduite de décharge 26 communique avec un condenseur 32 qui exécute une fonction normale de condensation, déchargeant tant le liquide que la vapeur dans un récepteur 34 par l'intermédiaire d'une conduite 36. Le réfrigérant liquide du récepteur 34 s'écoule par l'intermédiaire d'une conduite 38 25 jusqu'à un dispositif de sous-refroidissement ou économiseur 40. Le réfrigérant liquide soumis à un sous-refroidissement en provenance de l'économiseur traverse une conduite 42 pour atteindre une soupape de détente 44, à partir de laquelle il est détendu et entre dans un évaporateur 46 exécutant sa fonc30 -tion normale d'extraction de la chaleur à partir de l'environnemnt dans lequel il est installé. L'évaporateur 46, dans le cas d'un supermarché typique, comportera normalement un certain nombre d'évaporateurs séparés montés en parallèle dans un certain nombre de cuves renfermant des aliments, chaque cuve com35 portant sa propre soupape de détente. Le réfrigérant gazeux 5. sortant de l'évaporateur 46 traverse une conduite 48 pour

revenir à l'aspiration du compresseur 10.

L'économiseur 40 (qui est essentiellement un échangeur de chaleur) fonctionne pour détendre une partie du réfri5 gérant condensé en provenance du circuit en aval du condenseur via une conduite de soutirage 50 et une soupape de détente 52 pour le sous-refroidissement du réfrigérant liquide se dirigeant vers l'évaporateur. Une conduite 54 introduit la partie détendue du réfrigérant dans un point inter-étages

situé entre la sortie du compresseur du premier étage et l'entrée des compresseurs du second étage.

Tel qu'il est utilisé ici, le terme "compresseur" indique tout type de dispositif de compression de réfrigérant commandé par un moteur. Les compresseurs de la figure 1, 15 qui seront normalement des compresseurs à moteur de n'importe quel type général sont commandés et mis sous tension par un contrôleur approprié 56 qui est connecté à une source d'alimentation via un fil 58 et aux moteurs des compresseurs 10, 18 et 20 via des fils 60, 62 et 64, respectivement. Le moteur 20 d'entraînement pour le sur-compresseur 10 peut comprendre un moteur à inductionavec le contrôleur 56, incorporant un inverseur de vitesse variable, auquel cas le contrôleur 56 fonctionnera pour faire varier la fréquence du courant fourni au moteur via le fil 60. D'autres types de régulateurs de la 25 vitesse des moteurs ou des générateurs de force motrice à vitesse variable peuvent être utilisés. Le compresseur 10 peut être un compresseur alternatif à vitesse variable, un compresseur à vis à vitesse variable, ou un compresseur rotatif à ailettes coulissantes à vitesse variable, etc. Pour une gam30 me de capacité cinq/un pour le sur- compresseur, la variance de la fréquence du signal de commande appliqué à son moteur

pourrait être comprise entre 20 et 100 Hertz. Les compresseurs du premier étage peuvent être des compresseurs alternatifs à capacité fixe ne se déchargeant pas et fonctionnant 35 donc toujours au rendement maximum.

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Le compresseur 10 du premier étage peut être du type à vitesse variable, modulé par le contr1ôleur 56 en réponse à la pression d'aspiration (ou à la température) de l'évaporateur ou du premier étage telle qu'elle est détectée par un transducteur 66 monté dans la conduite d'aspiration 48, le transducteur communiquant avec le contrôleur 56 via un fil 68. D'une façon similaire, les compresseurs 18 et 20 du second étage peuvent être du type à capacité fixe, avec une modulation tout ou rien exécutée par le contrôleur 56 en réponse à la pression inter-étage détectée par un transducteur 70 monté dans la conduite 12, ce transducteur communiquant avec le contrôleur 56 via un fil 72.

En figure 2, on a illustré graphiquement le fonctionnement du dispositif, le graphique étant une courbe de la pression d'aspiration et inter-étage en fonction de la charge/capacité d'un dispositif comportant deux compresseurs dans le second étage. Les deux lignes inclinées en trait plein P et P' représentent les pressions inter-étage et la ligne horizontale en trait plein la pressiond'aspiration du premier étage. La ligne P concerne un fonctionnement à charge/capacité nominale de faible valeur avec utilisation d'un seul compresseur dans le second étage, alors que la ligne P' est relative à un fonctionnement charge/capacité plus élevée utiisant deux compresseurs dans le second étage.La capacité du dispositif varie suivant les lignes inclinées P et P' en modulant la capacité du sur-compresseur 10. Supposons, par exemple, que le dispositif fonctionne à des conditions de faible charge avec un seul compresseur en marche dans le second étage, c'est-à-dire le compresseur 18 ou 20, et avec le sur-compresseur 10 du premier étage fonctionnant à une capacité relativement faible. La charge du dispositif augmentant, la capacité/vitesse de rotation du sur-compresseur augmente jusqu'au point o la pression interétage atteint un point haut prédéterminé sur la ligne P, c'est-à-dire le point Binstant auquel le compresseur du second étage est inséré,ce qui provoque la chute de la pression 7.

inter-étage jusqu'à la valeur du point B' de la ligne P'.

Dans la situation inverse, lorsque la charge du dispositif diminue, la capacité/vitesse de rotation du sur-compresseur diminue jusqu'à ce qu'il y ait mise hors-tension du compres5 seur du second étage au point o la pression inter-étage atteint le point A de la ligne P'. Cela a pour effet d'augmenter la pression inter-étage jusqu'au point A' de sorte que le compresseur unique du premier étage prendra en charge le même débit massique du sur-compresseur. On peut ensuite moduler la capacité du dispositif dans le sens décroissant en modulant le sur-compresseur 10. Le cyclage des compresseurs du second étage est minimisé en espaçant le point A' du point B, et le point B' du point A. Avec ce dispositif, le cyclage ne se

produit ainsi qu'à la suite d'un changement de la charge et ne 15 doit pas équilibrer une charge donnée.

Dans le dispositif de base, les deux transducteurs constituent les seuls éléments nécessaires à une commande adéquate. L'un des transducteurs a pour fonction de mesurer la pression d'aspiration du premier étage ou son équivalent,et l'autre la pression inter-étage ou son équivalent. La logique de commande peut être assez simple et directe,et un panneau de commande à corps solide peut être facilement mis en oeuvre

pour effectuer la commande du dispositif sous les paramètres décrits cidessus,en faisant appel à une technologie connue.

Dans un dispositif à trois compresseurs du type illustré en figure 1, les capacités préférées pour les compresseurs de manière à obtenir la souplesse maximum seraient que celles des compresseurs du second étage soient identiques. Ainsi,

une défaillance de l'un ou l'autre des compresseurs du second 30 étage aurait le même impact sur la capacité restante du dispositif.

On a découvert que d'autres modes de fonctionnement et d'autres agencements des compresseurs,uniques et avantageux,sont possibles. Par exemple, dans le dispositif de la fi35 gure 1, le sur-compresseur 10 pourrait être un compresseur à 8. k vitesse variable et les compresseurs 18 et 20 du second étage pourraient être constitués d'un grand nombre de compresseurs de capacité fixeou d'undispositif de compression à capacité variable. Dans ce mode de réalisation, la capacité du second étage serait contrôlée en réponse à un paramètre qui est en parallèle avec la pression inter-étage pour la gamme attendue des charges du dispositifau lieu de la pression inter-étage même. Dans ce cas, les composants du dispositif seraient choisis de façon que, dans la plage attendue des charges, la viteso10 se du sur-compresseur (par exemple 30 hz à 75 hz) aille en parallèle avec la pression inter-étage. Par conséquent, dans ce dispositif, la capacité du second étage serait contrôlée en réponse à la vitesse du sur-compresseur au lieu de la pression intèr-étage. Comme la consommation d'un inverseur est fonction de la vitesse, la commande pourrait en variante s'effectuer en réponse à la consommation du compresseur entraîné par l'inverseur. Le sur-compresseur lui-même serait commandé de la manière déjà décrite. Cet agencement et ce mode de fonctionnement pourraient être bénéfiques dans les situations 20 o la capacité du second étage peut varier proportionnellement

à la vitesse du compresseur ou à la consommation, selon le cas.

Le dispositif de la figure 1, avec un compresseur à capacité variable dans le premier étage et un ou plusieurs compresseurs à capacité fixe ou variable dans le second étage, peut dans certains cas fonctionner avec l'un des étages réduit à une capacité nulle. Par exemple, aux très faibles températures de condensation (par exemple 15 C, avec un évaporateur à -10 C) deux étages sont inutiles. Le contrôleur 56 peut être câblé ou programmé ou réglé de façon que, lorsqu'il se produit 30 un état à très faible condensation comme celui-ci, tous les compresseurs du second étage soient arrêtés. A cet effet, le contrôleur 56 peut surveiller les conditions de condensation au moyen d'un détecteur classique 75 auquel il est connecté par un fil 77. La conduite de dérivation 28 et la soupape de 35 retenue 30 permettront un écoulement direct du réfrigérant 9. entre le premier étage et le condenseur 32 dans de telles conditions, tout en évitant toute circulation inverse lorsque

l'un quelconque des compresseurs du second étage fonctionne.

Avec certains types de compresseurs de second étage, par exem5 ple avec des compresseurs à piston alternatif comportant des soupapes cylindriques, il peut être possible d'éliminer la conduite de dérivation 28, dans la mesure o la chute de pression dans les compresseurs inactifs du second étage n'est pas excessive. Une soupape de retenue 55 montée dans une conduite 54 évi10 tera la circulation inverse dans la conduite 54 lorsque le second étage n'est pas en marche. Une conduite de dérivation 57 s'étendant entre la conduite 54 et la conduite 48 et comportant une soupape 59 de régulation de la pression en amont, actionnée par solénoide, permet à l'économiseur 40 de poursuivre son fonc15 tionnement de manière appropriée lorsque le second étage est

coupé (c'est-à-dire la commande de l'économiseur à la pression directe d'aspiration), dans la mesure o la soupape 59 est actionnée pour prendre sa position d'ouverture. Lors d'un fonctionnement normal, lorsque les deux étages sont en marche, 20 la soupape 59 sera fermée.

Dans un circuit de réfrigération dans lequel le moyen de compresseur du premier étage est un sur-compresseur à capacité variable et le moyen de compresseur du second étage est constitué de deux compresseurs en parallèle, on peut utili25 ser la séquence de fonctionnement suivante. Les trois compresseurs étant au départ sous tension, et en supposant que la charge du dispositif décroît progressivement, la première chose se produisant sera la réduction de la capacité du surcompresseur. Cela se poursuivra jusqu'au point o il devient 30 possible de couper l'un des compresseurs du second étage, ce qui nécessitera une très légère augmentation de la capacité du sur-compresseur pour équilibrer de nouveau exactement la charge existante. Ensuite, une nouvelle diminution de la charge réelle se traduira par une nouvelle diminution de la capacité 35 du sur-compresseur jusqu'à ce qu'il soit possible de couper le à:..

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second compresseur du second étage, ce qui là encore nécessitera une légère augmentation de la capacité du sur-compresseur pour qu'il soit adapté à la charge existante. Ensuite, le surcompresseur sera modulé de manière à satisfaire la charge.Dans le cas o la charge du dispositif augmente, la séquence sera inversée.

En variante,ce même agencement des compresseurs peut

être commandé de façon que, pour de très faibles charges du dispositif, la totalité du premier étage soit arrêtée. Dans cette situation, la conduite de dérivation 14 et la soupape de retenue 16 permettront l'écoulement direct du réfrigérant entre l'évaporateur et les compresseurs du second étage, tout en empêchant une circulation inverse lorsque le premier étage fonctionne. Là encore, cet agencement de dérivation peut ne pas être indispensable avec certains types de compresseurs. Dans un circuit de réfrigération dans lequel le moyen de compresseur du premier étage est un sur-compresseur à capacité variable et le moyen de compresseur du second étage est constitué de deux compresseurs en parallèle, on peut utiliser la séquence de fonctionnement suivante. Les trois compresseurs étant sous-tension au départ,et en supposant qu'il y a une diminution progressive de la charge du dispositif, la première chose qui se produira est la réduction de la capacité du sur- compresseur. Cela se produira jusqu'au point o il devient possible de couper l'un des compresseurs du second étage, ce qui nécessitera une augmentation de la capacité du sur-compresseur pour équilibrer la charge. Ensuite, une nouvelle diminution de la charge se traduira par une nouvelle diminution de la capacité du sur-compresseur jusqu'à ce qu'elle atteigne sa valeur minimum moment auquel il est arrêté. Ensuite, le compresseur restant du second étage procédera à des cycles pour répondre à la charge. Lors de l'augmentation de la charge du dispositif la séquence inverse se produira.

Le fonctionnement du dispositif de la manière venant d'être exposée est avantageux lorsqu'on utilise un économiseur 11. car celui-ci maintient le sous-refroidissement fonctionnel

sans avoir à rediriger sa sortie via la soupape 59.

Comme précédemment, dans les deux modes de fonctionnement avec un étage hors marche, le sur-compresseur sera comman5 dé en réponse à la pression de l'évaporateur et les compresseurs du second étage le seront en réponse à la pression inter-étage ou à un paramètre en parallèle avec celle -ci. Lorsque le premier étage est hors-marche, la pression inter-étage devient essentiellement la pression de l'évaporateur et par conséquent 10 suit la charge du dispositif, et lorsque le second étage est hors-marche, le premier étage fonctionne en dispositif normal

à un seul étage.

On a découvert un autre agencement unique des composants qui sera également très avantageux dans le cas o il y a une charge très faible du dispositif, mais o il reste souhaitable de moduler la capacité avec précision. Comme on peut le voir en figure 3, le dispositif est généralement semblable à celui de la figure 1 (les mêmes références étant utilisées pour des composants identiques); cependant, dans ce dispositif, le sur20 compresseur 10 est un compresseur à vitesse variable, le compresseur 18 du second étage est un compresseur à vitesse variable, et le compresseur 20 du second étage est constitué d'un

ou de plusieurs compresseurs à capacité fixe ou variable.

De plus, le contrôleur 56 comporte un inverseur 80 fonctionnant 25 par l'intermédiaire d'un dispositif de commutation approprié 82 pour appliquer sélectivement la puissance de l'inverseur au

compresseur 10 via le fil 60 ou au compresseur 18 via le fil 62.

Il en résulte que le dispositif est capable d'utiliser l'inverseur 80 pour moduler la vitesse et par conséquent la capaci30 té du compresseur 10 pour la ramener à sa valeur minimum, instant auquel il est arrêté, et ensuite, via le commutateur 82, de transférer la commande du compresseur 18 du second étage à l'inverseur 80 qui peut ensuite se charger de la modulation de ce compresseur. Lorsque le compresseur 18 n'est pas entraî35 né par un inverseur, il est commandé à la tension et à la 15 20 25 30o 35 12.

fréquence du secteur par le contrôleur 56, via le commutateur 82. Cet agencement se traduit ainsi par une réduction considérable des coûts en ce sens que seul un inverseur coûteux est nécessaire pour la commande des deux compresseurs.

En figure 4, on a illustré graphiquement la façon avec laquelle le dispositif fonctionne. Les trois compresseurs fonctionnant au commencement, et en supposant que la charge du dispositif diminue progressivement jusqu'à ce qu'il y ait coupure du compresseur 20 du second étage, la modulation du dispositif peut être identique à celle illustrée en figure 2 ci-dessus. Ensuite, dès que le compresseur 20 est arrêté, l'inverseur 80,via le commutateur 82, continuera à commander le fonctionnement du sur-compresseur 10, réduisant sa vitesse progressivement le long de la ligne P jusqu'à une valeur correspondant au point A. A ce point, le commutateur 82 transférera la commande par inverseur au compresseur 18 du second étage. Au point A, le sur- compresseur peut être arrêté car il n'est plus nécessaire,comme cela ressort du fait que la pression inter-étage A se trouve à une faible valeur. Au-dessous de ce point, la chute de la charge a pour effet que le contrôleur 56, via l'inverseur 80 et le commutateur 82 (qui a maintenant fait passer l'inverseur à l'état de commande du compresseur 18), fait tomber la vitesse et par conséquent la capacité du compresseur 18 pour satisfaire la charge du dispositif. Cela se produira jusqu'à ce qu'il y ait atteinte de la vitesse minimum du premier étage, par exemple au point B de la figure 4. Si la charge du dispositif augmente ensuite, la vitesse du compresseur 18 du second étage augmentera jusqu'à ce qu'elle atteigne le point C de la figure 4 (correspondant à une valeur de 15 à 20 % supérieure à la vitesse du point A de manière à éviter iun cyclage inutile), instant auquel le compresseur 18 du second étage est complètement soumis à la tension et à la fréquence du secteur et la commande de l'inverseur est modifiéepar le comnutateur 82 pour de nouveau commander le sur-compresseur 10, dont la vitesse et par conséquent la capacité ont augmenté car la charge 13. du dispositif continue à augmenter. Finalement, le compresseur

peut être mis en marche, comme dans le cas précédent.

Pendant la période o le sur-compresseur 10 est horsmarche, la conduite de dérivation 14 et la soupape de retenue 16 fonctionnent pour permettre l'écoulement direct du réfrigérant entre l'évaporateur et le second étage, selon la manière décrite ci-dessus. La conduite de dérivation 14 facilite également le démarrage, la pratique préférée étant de démarrer le second étage avant le premier étage lors d'une mise en route initiale. 10 Cela permet la réduction désirée de la pression d'aspiration

du premier étage avant le démarrage.

La plage normale de fonctionnement du dispositif ira du point A jusqu'à la valeur maximum de la charge/vitesse de rotation, alors que la plage allant de B à C sera considérée comme la plage au-dessous de la normale. Le dispositif des figures 3 et 4 sera approprié dans les applications o il augmentera le rendement pour la commande par inverseur. Par exemple, un sur-compresseur fonctionnant à 15 hertz est beaucoup moins efficace qu'un compresseur de second étage fonctionnant à 38 hertz ou à une valeur voisine. Cet agencement offre également l'avantage que l'économiseur,s'il est utilisé dans le dispositif,continuera à être bénéfique dans toutes les conditions de fonctionnement, sans qu'il y ait nouvelle direction de son

débit de sortie.

En figure 5, on a illustré un autre mode de réalisation de la présente invention qui est avantageux en ce qu'il permet de réduire sensiblement le coût de la commande par inverseur tout en autorisant une modulation de la capacité en utilisant des compresseurs équipés de moteurs à vitesse 30 variable. Le dispositif de la figure 5 est à tous égards identique à celui de la figure 1 (les mêmes numéros de référence ont été utilisés pour des composants identiques), sauf toutefois que le premier étage au lieu d'être constitué d'un sur-compresseur unique comprend maintenant un compresseur 100 35 à vitesse variable monté en parallèle avec un second ! : g

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Une version du dispositif de la figure 5, qui débouchera également sur des économies en matière de coût, est un dispositif dans lequel les compresseurs 100 et 102 sont des compresseurs à vitesse variable commandés par inverseur, chacun étant commandé par un petit inverseur séparé (deux petits inverseurs sont moins chers qu'un gros inverseur). Si les deux compresseurs du premier étage n'ont pas la même taille, lors d'une diminution de la charge du dispositif, chacun verra sa vitesse diminuer jusqu'au point o l'un des compresseurs du premier étage se trouvant à une vitesse plus efficace pourra traiter la même charge. A ce point, l'autre compresseur est arrêté.

Une autre version du dispositif de la figure 5 est celle dans laquelle les deux compresseurs du premier étage sont entratnés par inverseur, avec un moyen de commutateur pour commander l'un ou l'autre par un seul inverseur. Un compresseur aura de préférence une capacité supérieure à celle de l'autre. Le plus gros compresseur du premier 15. étage sera normalement alimenté par l'inverseur, le plus

petit compresseur étant normalement alimenté par le secteur.

La charge chutant, le gros compresseur sera ralenti de manière à diminuer sa capacité jusqu'au point o il est possible de couper le petit compresseur alimenté par le secteur, instant auquel le gros compresseur augmentera en vitesse pour équilibrer la charge. Si la charge continue à chuter, un moyen approprié de commutation du contrôleur transfèrera la commande

par inverseur au petit compresseur pour le faire fonctionner 10 aux très faibles charges du dispositif.

En figure 7,on a illustré des modes de réalisation supplémentaires de l'invention, cette figure représentant un système de base de réfrigération de supermarché identique à celui de la figure 1 (les mêmes numéros de référence sont utili15 sés pour des composants identiques), à l'exception des quelques caractéristiques uniques qu'on discutera ci- dessous. Dans leur majeure partie, chacune de ces caractéristiques a ses mérites individuels dans l'amélioration du rendement et/ou de la commande, indépendamment de la présence d'une autre de ces caracté20 ristiques; elles sont représentées dans le même dispositif,

seulement à titre d'exemple.

On peut augmenter de façon mesurable l'efficacité du dispositif en ajoutant un échangeur de chaleur 200 au refroidisseur intermédiaire dans la conduite de décharge 12 du sur25 compresseur. L'échangeur de chaleur est idéalement refroidi à l'eau, l'eau étant par exemple fournie par une conduite 202 à un élément chauffant d'eau chaude ou réservoir de stockage 204, ce qui fournit aussi l'avantage de réduire le coût de l'eau chaude. En variante, il peut être refroidi à l'air, le cas échéant. Pendant les périodes o aucune eau n'est disponible pour le refroidissement, les températures excessives de refoulement du second étage peuvent être régulées par d'autres moyens, par exemple en sur-alimentant l'économiseur pour vider le liquide de la conduite 54 pour l'introduire dans le 35 gaz de décharge du sur-compresseurcomme on le décrira

15 20 25 30 35

16.

ultérieurement dans ce mémoire. L'utilisation d'un refroidisseur intermédiaire est particulièrement bénéfique dans un dispositif utilisant le reéfrigérant R-22 car celui-ci présente des propriétés thermodynamiques qui se traduisent par des températures de refoulement des compresseurs plus élevées qu'avec les réfrigérants R-502 ou R-12. Le dispositif fournit également le bénéfice supplémentaire très important de rendre le réfrigérant R-22 utilisable dans des applications à basse température (c'est-à-dire dans le cas des surgelés dans les supermarchés). Cela signifie que les supermarchés peuvent utiliser, avec le présent systèmeun seul réfrigérant au lieu du réfrigérant R-22 pour les applications à haute température et à température moyenne et du réfrigérant R-502 pour les applications à basse température. L'effet du refroidisseur intermédiaire est de réduire la consommation globale d'énergie en diminuant la température et par conséquent la pression du gaz d'aspiration entrant dans le second étage, ce qui réduit à son tour la puissance consommée pour la compression des premier et second étages. On a également une réduction de la température du gaz de refoulement du second étage.

Une seconde caractéristique du dispositif de la figure 7 est la présence d'un moyen unique pour la commande (c'està-dire la limitation) de la température du gaz de refroulement du second étage afin d'empêcher qu'il n'atteigne des valeurs risquant d'endommager le dispositif. Le contrôle de cette température du gaz de refoulement offre un certain nombre d'avantages importants. L'un est la possibilité de minimaliser l'effet d'une défaillance du sur-compresseur, qui sans cela se traduirait par un fonctionnement du second étage en étage unique sans refroidissement intermédiaire effectif. L'augmentation dramatique du différentiel de pression dans l'étage se traduirait par des températures de refoulement excessives qui pourraient provoquer une panne de lubrification d'huile, de réfrigérant, etc. Un autre avantage est de minimiser l'effet d'une panne du refroidisseur intermédiaire (perte d'eau, etc.). Encore 17. un autre avantage est d'augmenter la plage de fonctionnement du dispositif, laquelle offre d'elle-même un certain nombre d'avantages, dont la possibilité de fonctionnement du dispositif à des températures beaucoup plus basses de l'évaporateur,ce qui à son tour autorise l'emploi du réfrigérant R-22 dans des applications à basse température (réduisant à son tour le coût du

réfrigérant et les problèmes de manipulation de deux réfrigérants différents dans un supermarché typique).

Cet aspect de l'invention comprend le remplacement de la soupape unique de détente 59 des modes de réalisation de la figure 1 par une soupape de détente commandée 300, dont un mode de réalisation est donné à titre d'exemple en figure 6. Le dispositif de la fiqure 7 comporte une soupape 400 RPE (régulateur de pression d'évaporateur) dans la conduite 54, et un se15 cond évaporateur comportant un ou plusieurs échangeurs de chaleur 600 qui reçoivent leur réfrigérant via une conduite de piquage 602 et une soupape de détente 604, le réfrigérant sortant de l'évaporateur 600 étant transmis via une conduite 606 à un compresseur satellite classique 608 qui est situé près du sur-compresseur du premier étage. Dans le dispositif de la présente invention, la sortie du compresseur 608 est connectée à la conduite inter-étage 12 par une conduite 610. La fonction des composants 400-610 sera décrite ultérieurement dans ce wémoire et dans le but de discuter le présent concept de régula25 tion de la températuredu gaz de refoulement du second étage, peu importe si ces composants se trouvent dans le dispositif

ou non.

La soupape de détente 300 (figure 6) comprend généralement un corps 302 définissant une chambre 304 qui communique avec un canal 306 d'entrée de réfrigérant connecté à la conduite 50 et avec un canal 308 de décharge de réfrigérant connecté au refroidisseur intermédiaire 40 via une conduite 310. A l'intérieur de la chambre 304 se trouve une soupape de détente 312 comportant une tige en une pièce 314 et étant normalement sol35 licitée vers sa position de fermeture par un ressort de 15

25 30 35

18.

compression 315. L'extrémité libre de la tige 314 est disposée de manière étanche à l'intérieur d'une enveloppe 316 de diaphragme et est en contact avec un diaphragme 318 situé à l'intérieur de cette enveloppe. Le volume fermé 320 situé sur le côté tige du diaphragme est soumis à la pression du liquide détendu entrant dans l'économiseur (équivalent à la pression de sortie de la vapeur du sous-refroidisseur) via une rainure 322, le canal 308 et la conduite 310. Le côté opposé du diaphragme 318, ayant pour référence 324, communique par fluide avec un detecteur 326 de la température de sortie de l'économiseur ou de la conduite 54 via une conduite 328. Ainsi, la pression régnant dans la chambre 324 est proportionnelle à la température de sor-tie de la vapeur de l'économiseur. La soupape 312 est normalement commandée par l'action du diaphragme 318 dans l'enveloppe 316. Lorsque la température de la vapeur quittant l'échangeur de chaleur augmente par rapport à la pression de vapeur (température de saturation) quittant l'échangeur de chaleur, la soupape est sollicitée vers l'ouverture à l'encontre du ressort 315. Lorsque la température de la vapeur quittant l'économiseur diminue, la situation contraire se produit. Ainsi, la soupape de détente est commandée de manière à maintenir la surchauffe ou niveau de qualité dans la plage désirée. Essentiellement, le détecteur 326 et la pression régnant audessous du diaphragme 318 commandent la soupape 300 de sorte qu'elle module et commande la surchauffe désirée ou la qualité dans la conduite 54.

Dans des conditions de refoulement très élevées (au-delà de la plage normale de fonctionnement), la température de décharge du réfrigérant en provenance du second étage a tendance à s'élever à des valeurs dangereuses. Avec le présent mode de réalisation de l'invention, un détecteur 330 de la température de décharge, placé sur la conduite de décharge 26, détecte une température excessive et transmet le signal, via une conduite 332, à une seconde enveloppe de diaphragme 334 disposée de manière étanche sur le sommet de l'enveloppe 316. L'enveloppe 334 comprend un diaphragme 336 agissant sur une 19. extrémité d'un actionneur 338, dont l'extrémité opposée est en contact avec le sommet du diaphragme 318. La chambre située audessus du diaphragme 336, représentée par la référence 340, est soumise à une pression correspondant au signal de tempéra5 ture provenant du détecteur 330 via une conduite 332 et contient un élément de butée 342 afin de limiter le mouvement ascendant du diaphragme 336. La chambre sur lecôté opposé du diaphragme 336, représentée par la référence 344, est soumise à la pression de la conduite 328 via une rainure et contient un ressort de como10 mande 346 qui sollicite le diaphragme 336 dans la direction du haut, comme cela est représenté, de sorte qu'il ne gêne pas

normalement le fonctionnement de l'enveloppe 316.

Les composants sont conçus de façon qu'il ne s'exerce normalement aucune force descendante sur le diaphragme 318 15 du fait de l'actionneur 338. D'autre part, lorsqu'on rencontre des températures excessives dans la décharge du second étage, l'augmentation résultante de la pression dans la chambre 340 a pour effet que le diaphragme 336 triomphe du ressort 346 et pousse l'actionneur 338 vers le bas, ce qui a pour effet 20 de provoquer le déplacement vers le bas du diaphragme 318 et l'ouverture de la soupape 312. Cela provoque une sur-alimentation de l'économiseur. Ainsi, la sortie du détecteur 330 prend le pas sur la commande normale du détecteur 326 et le liquide en excès qui revient à la conduite inter- étage via la conduite 25 54 bout lorsqu'il se mélange au refoulement du compresseur du premier étage,d'o le refroidissement du gaz de refoulement du premier étage. Cela provoque à son tour la réduction de la température du gaz de refoulement du second étage, la ramenant dans la plage désirée. Bien qu'il puisse y avoir une perte 30 de l'efficacité pendant cette situation de sur-alimentation, l'effet global est de grandement étendre la plage des rapports de pression à laquelle le système peut fonctionner. On remarquera que la soupape de détente 300 et sa commande venant d'être décrits constituent simplement une façon d'atteindre les 35 objets de la présente invention. Des soupapes de détente

- 20 25 3O 35

20.

entraînées par moteur, fonctionnant en réponse à des détecteurs à thermistance, et dispositifs analogues, peuvent être utilisées en variante si elles sont correctement agencées pour assurer les fonctions exposées ci-dessus.

Dans certaines applications de réfrigération, il peut s'avérer souhaitable d'éviter que la température du liquide développée dans la conduite 42 par l'économiseur 40 ne tombe à une valeur trop faible, par exemple à une valeur inférieure à 2 C dans une installation typique. Si la conduite 42 est trop longue et mal isolée, une température très basse du liquide dans cette conduite contribuera à un gain calorifique inutile et provoquera une réduction de l'efficacité du dispositif par suite de ce gai de chaleur. De plus, si la conduite est située dans une zone o il se produira l'amoncellement de la glace, cela pourra créer un problème supplémentaire. Cela pourrait être important car la nature du dispositif décrit est telle que la température du liquide peut chuter alors que la charge varie.

La demanderesse a découvert une façon d'éviter cette

chute excessive de la température, qui ne produira aucune réduction des performances théoriques du dispositif par rapport à ce qu'elles seraient si on laissait tomber la température dans le dispositif de base. Cela est obtenu par la présence d'une soupape RPE 400, qui répond à la pression de la conduite 54, en amont de la soupape (via une conduite 402). Si la pression commence à chuter au-dessous de la valeur qu'on souhaite pour la température minimum de la conduite de liquide, il y a étranglement de la soupape 400 de manière à maintenir la pression amont et donc la température du liquide produite par l'économiseur 40.

Un avantage important du dispositif de la présente invention pour la régulation de la température du liquide est qu'il facilite l'utilisation du refroidissement aspirationliquide, c'est-à-dire le transfert de chaleur entre la conduite de liquide débouchant dans chaque ensemble soupape de 21. détente plus évaporateur et la conduite d'aspiration de gaz quittant un tel ensemble, soit par unéchange de chaleur de

conduite à conduitesoit en utilisant un échangeur de chaleur.

L'échange de chaleur de conduite à conduite pourrait s'effec5 tuer en soudant ensemble les deux conduites, en les entourant d'un canal isolé, en les torsadant ensemble et/ou en les enroulant l'une autour de l'autre. Ce type d'échange de chaleur a des avantages bien connus,mais est rarement utilisé à cause du risque de surchauffe de l'aspiration. Cependant, dans 10 le présent dispositif, avec la régulation de la température du liquidel on peut employer avec sécurité un échangeur de chaleur

de cette nature.

La demanderesse a également découvert qu'avec le présent dispositif, il est possible de refroidir très économique15 ment un ou plusieurs évaporateurs à température ultra-basse (par exemple,ceux utilisés dans les congélateurs de crème glacée à une température d'environ -40 C,par comparaison à une température d'environ -30 C qu'on rencontre dans la plupart des cuves d'aliments congelés}. Comme on peut le voir 20 en figure 7, la soupape de détente 604 et l'évaporateur 600 seraient installés dans la cuve, par exemple, en communication avec une conduite 606 reliée au compresseur 608, dont le refoulement est connecté à la conduite inter-étage 12 via une conduite 610. Comme le compresseur 608 doit fonctionner seule25 ment à un rapport de pression relativement faible, il peut avoir une puissance relativement basse. Par exemple, dans une installation donnée, la manière classique de traiter cette application consisterait à placer un compresseurs de 3 chevaux de déplacement donné en parallèle avec les deux étages, alors qu'avec le présent dispositif la même réfrigération peut être obtenue en utilisant un compresseur de 2 chevaux ayant la même capacité. Si le compresseur 608 a une capacité fixe, il nécessitera probablement une soupape RPE en amont (non représentée) pour éviter que l'évaporateur 600 ne devienne trop froid; 35 cependant, le compresseur 608 présente une puissance si faible "5 10 i15 À 20 *30 22.

qu'il sera relativement peu conteux de l'alimenter à vitesse variable avec une commande par inverseur, auquel cas ladite soupape n'est pas nécessaire pour la régulation de la température de l'évaporateur.

En figure 8, on a décrit d'une façon quelque peu différente, mais schématiquementun circuit de réfrigération selon les caractéristiques de la présente invention dont on pense qu'il constitue le dispositif idéal de réfrigération pour supermarché. Le dispositif comprend un sur- compresseur à vitesse variable 700, entratné par inverseur, comportant une conduite de refoulement 702 qui communique avec un refroidisseur intermédiaire refroidi par air 704,dont la sortie s'écoule dans une conduite inter-étage 706 jusqu'à une conduite 708 qui communique directement avec l'aspiration des deux compresseurs 710 et 712 du second étage de capacité fixe, lesquels sont montés en parallèle. La sortie des compresseurs du second étage s'écoule dans une aonduite le refoulement 714 jusqu'a un condenseur classique refroidi par air 716, d'o le fluide condensé circule via une conduite 718 jusqu'à un récepteur 720. Le liquide du récepteur 720 traverse, via une conduite 722, un économiseur 724 pour entrer dans une conduite de liquide 726 qui communique avec l'une des cuves d'aliments, 728, du supermarché via une soupape de détente 730. La cuve 728 contient l'évaporateur normal qui reçoit et utilise le réfrigérant détendu en provenance de la soupape 730 de la manière classique à des fins de refroidissement, la sortie de l'évaporateur traversant une conduite d'aspiration 732 pour atteindre un collecteur d'aspiration 734 qui communique à son tour avec l'aspiration du surcompresseur via une conduite d'aspiration 736.

Une installation typique de supermarché comprendra généralement un nombre important de cuves, peut être 30 ou davaptage; cependant, pour simplifier, on ena représenté seulement trois dans la figure 8. Par exemple, une cuve 738 comportant une soupape de détente 740 est alimentée par une conduite de liquide 742 connectée à la conduite 726 et comporte une 23. conduite de retour 744 reliée au collecteur 734. D'une façon similaire, une cuve 746 comporte une soupape de détente 748

alimentée par une conduite de liquide 750 connectée à la conduite 726, et comporte une conduite de retour 752 reliée au collec5 teur 734.

L'une des caractéristiques particulièrement avantageuse du dispositif de la figure 8 est que chacune des cuves comporte un échangeur de chaleur aspiration - liquide, utilisant un échangeur de chaleur entre conduites 754, 756 et 10 758 pour les cuves 728, 738 et 746, respectivement. Chacun de ces échangeurs de chaleur permet un transfert de chaleur entre la conduite de liquide entrant dans la cuve et la conduite de vapeur d'aspiration sortant de la cuve. Cet agencement permet la surchauffe de la vapeur d'aspiration en soumettant à un sous15 refroidissement le liquide au lieu de capter la chaleur dans l'espace ambiant du bâtiment (via des conduites de retour),

ce qui améliore notablement les performances et l'efficacité.

L'isolation des conduites d'aspiration réduira encore la valeur de la surchauffe pouvant se produire à la suite du transfert de 20 chaleur avec l'ambiance. En outre, l'ensemble du dispositif réussit si bien à assurer la régulation complète de la température des conduites de liauide au'il n'y a aucun risque que les échangeurs de chaleur de conduite à conduite ne provoquent des températures excessives à l'aspiration, comme cela peut se pro25 duire dans les dispositifs connus. Par exemple, le dispositif

peut fonctionner facilement de façon que la température du liquide dans les conduites de liquide ne dépasse jamais -15 C.

On a ainsi l'assurance que les températures à l'aspiration

n'atteindront jamais une valeur dangereuse.

Comme dans les modes de réalisation précédents, une partie du réfrigérant liquide provenant du récepteur se détend via une soupape de détente 760, puis est utilisée pour soumettre à un sous-refroidissement le liquide passant du récepteur aux évaporateurs, le réfrigérant détendu traversant alors 35 une conduite 762 jusqu'à une conduite inter-étage 708 à

15 20 25

24.

partir de laquelle il entre dans les compresseurs du second étage. Une soupape RPE 764 peut être montée dans la conduite 762 de manière à assurer que les conduites de liquide ne deviennent pas trop froides. La soupape 764 fonctionne de la même façon et dans le même but que la soupape 400 du mode de réalisation de la figure 7. De plus, une conduite de dérivation 766 comportant une soupape de régulation de pression amont 768, actionnée par solénoïde,est branchée entre la conduite de retour 762 et la conduite d'aspiration 736 du sur-compresseur, ces composants exécutant les mêmes fonctions que la conduite 57 et la soupape 59 de la figure 7. La conduite 762 comporte une soupape de retenue 770 qui exécute la même fonction que la soupape de retenue 55 de la figure 7 lorsque l'un des étages est à l'arrêt.

Une conduite de dérivation 772 comportant une soupape de retenue 774 est montée en parallèle avec les compresseurs du second étage pour permettre la traversée dans le cas oh le second étage est à l'arrêt. D'une façon similaire, une conduite de dérivation 776 comportant une soupape de retenue 778 est montée en parallèle avec le sur-compresseur pour permettre le passage dans le cas o le premier étage est à l'arrêt, comme on l'a discuté auparavant en liaison avec les modes de réalisation précédents. Les conduites de retour de la vapeur de l'évaporateur 732, 744 et 752, peuvent comporter chacune une soupape RPE 780, 782 et 784, respectivement, pour avoir l'assurance que la pression et par conséquent la température des conduites de retour ne tombent pas à une valeur trop basse. Le dispositif de la figure 8 fonctionnera de la même manière et utilisera les mêmes commandes que dans le cas des modes de réalisation précédents.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.

25.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de réfrigération, caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen de compresseur de premier étage à capaci5 té variable; - un moyen de compresseur de second étage à capacité variable; - un moyen de conduite renfermant un réfrigérant compressible, reliant le moyen de compresseur du premier étage 10 au moyen de compresseur du second étage; - un moyen de moteur pour entraîner les moyens de compresseur des premier et second étages; et - un moyen de commande pour commander le moyen de compresseur du premier étage et le moyen de compresseur du second étage, ce moyen de commande pouvant être mis en oeuvre pour faire varier la capacité du moyen de compresseur du premier étage alors que le moyen de compresseur du second étage est en fonctionnement, afin de réduire la capacité du moyen du compresseur du second étage lorsqu'une condition de sortie 20 du moyen de compresseur du premier étage atteint un minimum

prédéterminé, puis d'augmenter la capacité du moyen de compresseur du premier étage tout en maintenant le fonctionnement du moyen de compresseur restant dans le second étage.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 25 en ce que le moyen de commande peut être mis en oeuvre pour arrêter complètement l'un des étages; et en ce qu'il comporte en outre un moyen permettant au réfrigérant de contourner ledit étage

qui est arrêté.

3 - Dispositif selon la revendication 2,caractérisé 30 en ce que ledit étage est le premier étage.

4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé

en ce que ledit étage est le second étage.

- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de compresseur du premier étage com35 porte un sur-compresseur à capacité variable et le moyen de E V : : : g i u - 0 : E E: - a: D S e :

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26.

compresseur du second étage comporte deux compresseurs en parallèle.

6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacun des compresseurs du second étage est un compresseur à capacité fixe.

7 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins l'un des compresseurs du second étage est un compresseur à capacité variable.

8 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de commande, lors de la détection de la diminution de la charge du dispositif,réduit d'abord la capacité du sur-compresseur jusqu'au point o il devient possible de couper l'un des compresseurs du second étage, le moyen de commande, lors d'une nouvelle diminution de la charge, réduisant la capacité du sur-compresseur jusqu'à sa valeur minimum, le moyen de commande procédant ensuite à un cyclage du compresseur restant du second étage pour répondre à la charge du dispositif.

9 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de commande,lors de la détection d'une diminution de la charge du dispositif réduit d'abord la capacité du sur-compresseur jusqu'au point o il devient possible de couper l'un des compresseurs du second étage, le moyen de commande, lors d'une nouvelle diminution de la charge du dispositif, diminuant encore la capacité du sur-compresseur jusqu'à ce qu'il devienne possible d'arrêter le compresseur du second étage, le moyen de commande modulant ensuite la capacité du sur-compresseur pour répondre à la charge.

- 10 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un condenseur et un évaporateur sont connectés fonctionnellement en série entre le refoulement du moyen de compresseur du second étage et l'aspiration du moyen de compresseur du premier étage, le dispositif comprenant en outre un dispositif de sous-refroidissement de réfrigérant afin de soumettre le réfrigérant à un sous-refroidissement lorsqu'il 27.

s'écoule entre le condenseur et l'évaporateur.

11 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de sous-refroidissement détend normalement une partie du réfrigérant condensé en aval du conden5 seur afin de soumettre à un sousrefroidissement le réfrigérant s'écoulant jusqu'à l'évaporateur, et en ce qu'il comprend en outre un moyen pour introduire la partie détendue du réfrigérant dans le moyen de conduite entre le refoulement du moyen de compresseur du premier étage et l'entrée du 10 moyen de compresseur du second étage.

12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen pour transférer l'alimentation en réfrigérant détendu du moyen de conduite à l'aspiration du moyen de compresseur du premier étage lorsque le 15 second étage est à l'arrêt.

13 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de compresseurs des premier et second étages sont le moyen de motocompresseur primaire et en ce qu'il comprend en outre: (a) un évaporateur primaire; (b) un évaporateur secondaire à température ultrabasse; (c) un condenseur; (d) un moto-compresseur satellite; (e) un premier moyen de conduite comportant un réfrigérant compressible interconnectant le motocompresseur primaire, le condenseur et l'évaporateur primaire en série dans une boucle fermée; et (f) un second moyen de conduite comportant un réfri30 gérant compressible interconnectant le condenseur, l'évaporateur secondaire, le moto-compresseur satellite et le moyende moto-compresseur primaire en

série, le second moyen de conduite étant connecté au moyen de motocompresseur primaire à un point inter35 étage.

15 20 25 30 35

28.

14 - Dispositif selon la revendication 13,caractérisé en ce que le.,.o_3compresseur satellite est un moto-compresseur de capacité fixe.

- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le motocompresseur satellite est un moto-compresseur à vitesse variable.

16 - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le motocompresseur satellite a une capacité sensiblement inférieure à celle du moyen de moto-compresseur primaire.

17 - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un économiseur disposé fonctionnellement entre le condenseur et les deux évaporateurs pour détendre une partie du réfrigérant condensé provenant de la boucle fermée en aval du condenseur pour soumettre à un sousrefroidissement le réfrigérant s'écoulant vers les évaporateurs, et un moyen pour introduire la partie détendue du réfrigérant dans le moyen de moto-compresseur primaire à un point interétages.

18 - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un échangeur de chaleur à refroidisseur intermédiaire disposé entre les étages du moyen de moto-compresseur primaire, un élément chauffant d'eau chaude/cuve de stockage, et un moyen pour communiquer l'eau d'alimentation à l'élément chauffant/cuve de stockage via l'échangeur de chaleur afin de soumettre à un refroidissement intermédiaire le réfrigérant inter-étages.

19 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de oompresseur du premier étage comprend au moins deux moto-compresseurs de premier étage, au moins l'un des moto-compresseurs du premier étage étant un moto-compresseur à vitesse variable, les deux moto-compresseurs de premier étage étant montés en parallèle; et en ce qu'il comprend en outre un moyen d'entraînement par inverseur pour alimenter le motocompresseur du premier étage à 29. vitesse variable, ce moyen de commande comportant le moyen l'inverseur. - Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que les deux moto-compresseurs du premier étage

sont des moto-compresseurs à vitesse variable.

21 - Dispositif selon la revendication 20, c aractérisé en ce que le moyen de commande comprend des inverseurs séparés pour l'alimentation de chacun des moto-compresseurs.

22 - Dispositif selon la revendication 21, caractérisé l1 en ce que le moyen de commande fonctionne pour réduire la vitesse des deux motocompresseurs lorsque la charge diminue jusqu'au point o l'un des motocompresseurs peut traiter plus efficacement la charge du dispositif,et à ce point pour arrêter

l'un des moto-compresseurs du premier étage.

23 - Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce que les deux moto-compresseurs ont sensiblement la même capacité. 24 - Dispositif selon la revendication 20, caractérisé

en ce que l'un des moto-compresseurs est normalement alimenté 2) par un inverseur et l'autre est normalement alimenté par le secteur.

- Dispositif selon la revendication 24, caractérisé en ce que le moyen de commande fonctionne pour réduire la vitesse 'dudit moto-compresseur lorsque la charge du dispositif diminue. 25 26 - Dispositif selon la revendication 25,caractérisé en ce que,lors d'une nouvelle diminutionde la charge du dispopositif le moyen de comnande arrête l'autre motocompresseur et

augmente la vitesse du premier moto-compresseur pour équilibrer la charge du dispositif.

27 - Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que lors d'une nouvelle diminution de la charge du dispositif, le moyen de commande arrête le premier moto-compresseur

et transfère l'alimentation par l'inverseur à l'autre motocompresseur pour fournir une capacité variable aux charges très 35 basses du dispositif.

30.

28 - Dispositif selon la revendication 27,caractérisé en ce que le premier moto-compresseur a une capacité plus gran: - de que l'autre motocompresseur.

29 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: (a) un échangeur de chaleur avec refroidisseur intermédiaire disposé dans le moyen de conduite; (b) un élément chauffant pour eau chaude/cuve de stockage; et (c) un moyen pour communiquer l'eau d'alimentation à "':^ 0 -l'élément chauffant/cuve de stockage via l'échangeur de chaleur pour soumettre à un refroidissement intermédiaire le réfrigérant du moyen de conduite. 30 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 15 en ce qu'il comprend en outre: - un condenseur; - un évaporateur, le premier moyen de conduite interconnectant le moyen de compresseur du premier étage, le moyen de compresseur du second étage, le condenseur, et l'évaporateur, en série dans une boucle fermée,dans l'ordre précédent; - un économiseur monté fonctionnellement entre le condenseur et l'évaporateur pour détendre une partie du réfrigérant condensé provenant de la boucle fermée en aval du condenseur afin : 25. A,de soumettre à un sous-refroidissement le réfrigérant s'écoulant vers l'évaporateur; - un second moyen de conduite pour fournir la partie détendue du réfrigérant à un point inter-étages entre la sortie du moyen de compresseur du premier étage et l'entrée du moyen de compresseur du second étage; et - une soupape sensible à la pression dans le second moyen de conduite,cette soupape répondant à la pression régnant dans le moyen de conduite entre la soupape et l'économiseur pour provoquer un étranglement lorsque cette pression chute au-dessous de la valeur qu'on désire pour maintenir à une valeur minimum la 31.

température de sortie du liquide de l'économiseur.

31 - Dispositif selon la revendication 30, caractérisé en ce que la partie de la première conduite qui délivre du liquide à l'évaporateur est en relation d'échange de chaleur avec la partie de la première conduite qui éloigne la vapeur

de l'évaporateur.

32 - Dispositif selon la revendication 31, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une soupape sensible à la pression dans le second moyen de conduite, cette soupape répondant à la 10 pressionrégnant dans le moyen de conduite entre la soupape et l'économiseur pour provoquer un étranglement lorsque cette pression chute au-dessous de la valeur qu'on désire pour maintenir à une valeur minimum la température de sortie du liquide de l'économiseur. 13 33 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de compresseur du premier étage comprend au moins un moto-compresseur à vitesse variable, et le moyen de compresseur du second étage comporte au moins un moto-compresseur à vitesse variable en communication fluidique avec le moyen de compresseur du premier étage; et comporte en outre: un moyen d'alimentation associé au moyen de commande pour alimenter chacun des moto-compresseurs, ce moyen d'alimentation comprenant: (1) un contrôleur de moteur à vitesse variable con25 necté normalement au moto-compresseur du premier étage pour en faire varier la capacité; et

(2) un moyen pour mettre hors service le motocompresseur du premier étage et pour connecter le contrôleur de moteur au moto-compresseur du second étage 30 afin d'en faire varier la capacité lors de faibles conditions de charge du dispositif.

34 - Dispositif selon la revendication 33, caractérisé en ce que dans la gamme de charge normale du dispositif, le moto-compresseur du second étage fonctionne à une vitesse 35 fixe avec le moyen d'alimentation faisant varier la vitesse et 32. et par conséquent la capacité du motocompresseur du premier

étage en réponse à la charge du dispositif.

- Dispositif selon la revendication 34, caractérisé en ce que dans la gamme de charge du dispositif au-dessous de la normale, le moyen d'alimentation met hors service le motocompresseur du premier étage, puis fait varier la vitesse et

par conséquent la capacité du moto-compresseur du second étage en réponse à la charge du dispositif.

36 - Dispositif selon la revendication 35, caractérisé 10 en ce que les deux gammes de charge se chevauchent partiellement.

37 - Dispositif selon la revendication 36,caractérisé en ce que le chevauchement est approximativement 10 à 25 % de

la gamme entre l'absence de charge et la charge maximum du dis15 positif.

38 - Dispositif selon la revendication 35, caractérisé

en ce que le moyen d'alimentation commute sur le moto-compresseur du second étage pour augmenter l'efficacité.

39 - Dispositif selon la revendication 34, caractérisé 20 en ce qu'il comprend en outre un condenseur, un évaporateur et un moyen de conduite renfermant un réfrigérant compressible interconnectant le moyen de compresseur du premier étage, le moyen de compresseur du second étage, le condenseur et l'évaporateur,en série dans une boucle fermée,dans l'ordre précédent; - un économiseur disposé fonctionnellement entre le condenseur et l'évaporateur pour détendre une partie du réfrigérant condensé provenant de la boucle fermée en aval du condenseur afin de soumettre à un sous-refroidissement le réfrigérant s'écoulant vers l'évaporateur; et - un moyen pour introduire la partie détendue du réfrigérant à un point inter-étages situé entre la sortie du moyen

de compresseur du premier étage et l'entrée du moyen de compresseur du second étage.

- Dispositif selon la revendication 33, caractérisé 35 en ce qu'il comprend en outre une conduite de dérivation en 33. parallèle avec le moyen de compresseur du premier étage, et une soupape de retenue pour permettre l'écoulement vers le moyen le compresseur du second étage lorsque le moyen de compresseur

da 2remier étage est mis hors service.

41 - Dispositif selon la revendication 33, caractérisé en ce que le motocompresseur du premier étage a une capacité maximum supérieure à celle du moto-compresseur du second étage. 42 - Dispositif selon la revendication 33, caractéri10 sé en ce que le contrôleur de moteur comporte un inverseur à fréquence variable pour alimenter les moto-compresseurs à des

vitesses variables.

43 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: 15 - un condenseur; - un évaporateur; le moyen de conduite interconnectant le moyen de compresseur du premier étage, le moyen de compresseur du second étage, le condenseur, et l'évaporateur, en série dans une boucle 20 fermée,dans l'ordre précédent; - un économiseur disposé fonctionnellement entre le condenseur et l'évaporateur et comportant une soupape de détente afin de détendre une partie du réfrigérant condensé provenant de la boucle fermée en aval du condenseur de manière à sou25 mettre à un sous-refroidissement le réfrigérant s'écoulant vers l'évaporateur; - un moyen pour introduire la partie détendue du réfrigérant à un point inter-étage situé entre la sortie du moyen de compresseur du premier étage et l'entrée du moyen de compres30 seur du second étage; - un premier détecteur afin de détecter la température de refoulement du second étage; et - un moyen de commande sensible à une température excessive du refoulement du second étage, telle qu'elle est dé35 tectée par le premier détecteur pour actionner la soupape de 15

25 30 35

34.

détente jusqu'à une position plus ouverte afin de provoquer une suralimentation de l'économiseur et par conséquent réduire la température de refoulement du second étage.

44 - Dispositif selon la revendication 43, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second détecteur pour détecter la température de sortie de la vapeur de l'économiseur,

ce moyen de commande commandant normalement la soupape de détente pour qu'elle s'ouvre davantage en réponse à une augmentation de la température telle qu'elle est détectée par le second détecteur.

- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commande comprend un moyen de détection pour détecter la pression du réfrigérant inter-étage à l'intérieur du moyen de conduite et un moyen répondant à celle-ci pour arrêter au moins l'un des compresseurs du second étage lorsque la pression inter-étage atteint une valeur minimum prédéterminée.

46 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commande module la sortie des compresseurs du second étage en réponse à un paramètre qui est en parallèle avec l'état inter-étage.

47 - Dispositif selon la revendication 46, caractérisé en ce qu'un condenseur et un évaporateur sont connectés fonctionnellement en série entre le refoulement des compresseurs du second étage et l'aspiration du compresseur du premier étage, le dispositif comportant en outre un dispositif de sous-refroidissement de réfrigérant afin de soumettre à un sous-refroidissement le réfrigérant s'écoulant entre le condenseur et l'évaporateur.

48 - Dispositif selon la revendication 47, caractérisé en ce que le dispositif de sous-refroidissement détend une partie du réfrigérant condensé en aval du condenseur afin de soumettre à un sousrefroidissement le réfrigérant s'écoulant jusqu'à l'évaporateur, et en ce qu'il comporte en outre un moyen pour introduire la partie détendue du réfrigérant dans-le moyen de

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35. conduite entre la sortie du compresseur du premier étage et

l'entrée des compresseurs du second étage.

49 - Dispositif selon la revendication 46, caractérisé en ce que le second étage comporte au moins deux moto5 compresseurs à capacité fixe.

- Dispositif selon la revendication 46, caractérisé en ce que le moyen de commande module la sortie du moyen de compresseur du second étage en réponse à la vitesse à laquelle

fonctionne le compresseur du premier étage.

51 - Dispositif selon la revendication 46, caractérisé en ce que le moyen de commande module la sortie du moyen de

compresseur du second étage en réponse à la consonmmation d'énergie du compresseur du premier étage.