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Installation frigorifique avec dispositif de stockage du froid par chaleur latente Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne une installation frigorifique avec dispositif de stockage du froid par chaleur latente comportant un compresseur 1, un condenseur 2, une bouteille accumulatrice haute pression 3, un organe 4 assurant la détente du fluide frigorigène, un évaporateur 5 assurant l'échange frigorifique avec un milieu à refroidir et une bouteille basse pression 6 dans laquelle s'effectue la séparation entre phase gazeuse et phase liquide de l'agent frigorigène revenant de l'évaporateur 5, l'agent frigorigène liquide repris à la base de la bouteille basse pression étant envoyé par une pompe 7 à l'évaporateur. Conformément à l'invention on remplit une partie du volume intérieur de la bouteille basse pression 6 de l'installation frigorifique avec des éléments 8 contenant un mélange eutectique ayant une température de solidification supérieure à la température de vaporisation du fluide frigorigène. L'invention est applicable aux installations frigorifiques.

Description

Installation frigorifique avec dispositif de stockage du froid par chaleur latente.
I1 est connu que le besoin en frigories des installations frigorifiques varie dans le temps dans une mesure parfois très importante selon que l'installation est sujette ou non à des apports thermiques divers. De ce fait les pointes de consommation en frigories peuvent dépasser la puissance du groupe frigorifique installée. En outre, en règle générale, la consommation moyenne est la plus forte pendant les heures de travail, c'est-à-dire de jour aux heures où le courant électrique consommé par le groupe frigorifique est le plus cher.
On a donc proposé d'emmagasiner des frigories, notamment aux heu res creuses de la consommation d'énergie électrique, en les stockant dans un réservoir rempli d'un mélange eutectique. Le réservoir contenant le mélange eutectique est en général réalisé sous forme d'un échangeur entre la masse de mélange eutectique et un agent frigorigène liquide ou gazeux qui circule dans les passages de l'échangeur pour fournir des frigories au mélange eutectique ou au contraire prélever des frigories à partir dudit mélange en, respectivement, congelant ou décongelant le mélange eutectique.
Le stockage du froid dans une telle installation nécessite donc l'adjonction d'un réservoir de stockage de l'eutectique avec son échangeur et les canalisations de dérivation de l'agent frigorigène de l'installation frigorifique vers ledit échangeur, ces canalisations devant être munies de vannes de contrôle commandées par des détecteurs.
On connait en fait divers types d'installations avec réservoir eutectique.
Un premier type comporte un réservoir eutectique avec deux échangeurs, l'un parcouru par le fluide frigorigène du groupe frigorifique pour introduire dans le mélange eutectique toutes les frigories produites et l'autre parcouru par le fluide frigorigène de l'évaporateur utilisateur, le débit de ce deuxième échangeur étant commandé par une pompe pour prélever à partir du mélange eutectique les calories demandées par l'installation.
Un second type prévoit un régime de marche du groupe frigorifique pendant lequel ledit groupe fournit à pleine puissance des frigories qui sont envoyées à l'échangeur, les frigories excédentaires étant renvoyées au réservoir eutectique ou les frigories faisant défaut étant prélevées à partir dudit réservoir et un régime d'arrêt du groupe frigorifique pendant lequel les frigories demandées par l'échangeur sont prélevées à partir du réservoir à eutectique.
Les deux types nécessitent donc un réservoir à eutectique avec au moins un échangeur.
I1 est également connu, pour éviter un échangeur, d'enfermer dans le réservoir à mélange eutectique des corps creux contenant ledit eutectique et d'introduire dans le réservoir le fluide frigorifique qui, sans changer d'état, échange les frigories avec l'eutectique à travers la paroi des corps creux.
Une installation frigorifique classique comporte un compresseur, un condenseur, une bouteille accumulatrice haute pression pour le fluide frigorigène liquéfié, un organe assurant la détente du fluide frigorigène, un évaporateur assurant l'échange frigorifique avec un milieu à refroidir et une bouteille basse pression dans laquelle s'effectue la séparation entre la phase gazeuse et la phase liquide de l'agent frigorigène revenant de l'évaporateur, l'agent frigorigène liquide étant repris à la base de la bouteille basse pression pour alimenter l'évaporateur par l'intermédiaire d'une pompe et l'agent frigorigène gazeux étant repris par le compres seur.
La présente invention a pour but d'incorporer dans une telle installation un dispositif de stockage du froid ne nécessitant pas de réservoir à eutectique.
Ce but est atteint, conformément à l'invention, en remplissant une partie du volume intérieur de la bouteille basse pression de l'installation frigorifique avec des éléments contenant un mélange eutectique ayant une température de solidification supérieure à la température de vaporisation du fluide frigorigène.
Avec cette réalisation, lorsque le niveau du fluide frigorigène dans la bouteille basse pression est bas, le fluide frigorigène gazeux qui revient de l'évaporateur sous forme d'un gaz ou d'un mélange gaz-liquide, condense sa phase gazeuse au contact des éléments émergés dans lesquels le mélange eutectique fond. Lorsqu'au contraire le niveau du liquide frigorigène croît en immergeant les éléments dans lesquels le mélange eutectique est liquide, le fluide frigorigène se vaporise en cédant des frigories au mélange eutectique qui se solidifie. On obtient donc un fonctionnement entièrement automatique du dispositif de stockage du froid.
La présente invention sera décrite ci-après sous forme d'un exemple de réalisation avec référence au dessin ci-annexé dont la figure unique représente schématiquement une installation frigorifique classique modifiée conformément à l'invention.
Dans le dessin, la référence 1 désigne le compresseur, la référence 2 le condenseur, la référence 3 la bouteille accumulatrice haute pression pour le fluide frigorigène liquéfié, cette bouteille ayant un volume suffisant pour contenir la totalité du fluide frigorigè- ne de l'installation, la référence 4 le détendeur et la référence 5 l'évaporateur assurant l'échange frigorifique avec le milieu à refroidir.
L'installation comporte en outre une bouteille basse pression 6 dans laquelle s'effectue la séparation entre la phase gazeuse et la phase liquide de l'agent frigorigène provenant de l'évaporateur 5.
L'agent frigorigène liquide est repris à la base de la bouteille basse pression 6 pour alimenter l'évaporateur 5 par l'intermédiaire d'une pompe 7 et l'agent frigorigène gazeux est repris par le compresseur 1.
Conformément à l'invention, on incorpore dans la bouteille basse pression un dispositif de stockage du froid 8 ne nécessitant pas de réservoir à eutectique. Selon un mode de réalisation préférentiel, ce dispositif 8 de stockage du froid est constitué par de petits réservoirs dits nodules qui contiennent un mélange eutectique ayant une température de solidification supérieure à la température de vaporisation du fluide frigorigène. A titre d'exemple, si le fluide frigorigène est du "Réfrigérant 502" ayant une température de vaporisation de -35iC sous la pression absolue de 162,1 kPa régnant dans le circuit basse pression de l'installation frigorifique, les nodules pourront être remplis avec une solution aqueuse à 68% en poids de bromure de sodium (NaBr) qui a un point de liquéfaction d'environ -28-C.
Le fonctionnement de l'installation est le suivant
Le compresseur l aspire par la canalisation 9 les vapeurs de "Fréon" qui se trouvent au sommet de la bouteille basse pression 6 à une température, qui est fonction de la température de vaporisation du "Fréon" à la pression régnant dans la bouteille et le circuit basse pression, et par exemple de l'ordre de -35iC. I1 refoule ces vapeurs par la canalisation 10 sous une pression de 1337 kPa vers l'échangeur 2 dans lequel le fluide frigorigène se condense pour alimenter la bouteille haute pression 3 en "Fréon" liquéfié à une température de, par exemple, +30-C. Ce fluide frigorigène liquéfié est envoyé par le détendeur 4 dans la bouteille basse pression.
La partie supérieure de la bouteille 6 est occupée par du fluide frigorigène gazeux à la température ci-dessus indiquée de -35-C et la partie inférieure par du "Fréon" liquide à la température d'équilibre de vaporisation également de -35'C.
Un débit de fluide frigorigène liquide est prélevé par la canalisation 13 d'aspiration de la pompe 7 à la base de la bouteille basse pression pour être envoyé, par la canalisation 14, à l'évaporateur 5 qui se trouve par exemple dans une atmosphère à -20-C.
Un partie du fluide frigorigène va s'évaporer en prélevant la chaleur de changement d'état dans l'évaporateur 5 et un mélange de fluide frigorigène liquide et gazeux est renvoyé par la canali sation 15 à la bouteille basse pression 6 dans laquelle il se sépare entre une partie gazeuse et une partie liquide qui retombe dans le liquide au bas de la bouteille.
Dans la bouteille 6, il s'établit une pression d'équilibre qui, en fonction de la courbe de vaporisation du fluide frigorigène, va déterminer la température du fluide frigorigène liquide et gazeux dans la bouteille.
On décrira maintenant les différentes phases relatives au stockage du froid. Si le débit aspiré par la canalisation 13 est nul, du fluide frigorigène est introduit par le détendeur 4 dans la bouteille basse pression 6 et ce jusqu'à une hauteur 16 déterminée par un flotteur à niveau. Du fluide frigorigène sous forme de vapeur est aspiré par le compresseur 1 par la canalisation 9 et le volume aspiré est compensé par évaporation du fluide frigorigène liquide admis en 4 qui, pour s'évaporer, absorbe des calories de la masse 8 qui va se refroidir avec congélation d'une certaine masse de liquide eutectique dans les nodules.
Cette phase correspond à un-stockage de la totalité du froid produit par l'installation.
Si le débit aspiré par la canalisation 13 n'est pas nul, le fluide frigorigène introduit par le détendeur 4 absorbe des calories fournies, d'une part, par la masse 8 dont un volume correspondant d'eutectique va se congeler et, d'autre part, par l'échangeur 5.
Cette phase correspond à un stockage dans la masse eutectique 8 d'une partie du froid produit par l'installation.
On décrira maintenant les phases relatives au déstockage du froid.
Si on interrompt volontairement, au niveau de la tuyauterie 12, l'arrivée du fluide frigorigène au détendeur 4, le volume de fluide frigorigène prélevé dans la bouteille basse pression 6 par la pompe 7 et envoyé à l'échangeur 5 se vaporisera partiellement dans l'échangeur 5, en abaissant le niveau du fluide frigorifique liquide dans la bouteille 6.
Les vapeurs accumulées à la partie supérieure de la bouteille 6 vont être aspirées par le compresseur 1, par l'intermédiaire de la tuyauterie 9, et condensées dans l'échangeur 2 avant d'être stockées sous forme liquide dans la capacité 3.
Si l'apport calorifique par l'échangeur 5 est suffisant pour assurer la vaporisation d'un volume de fluide frigorigène renvoyé à l'état de vapeurs mélangées avec le fluide frigorigène liquide non vaporisé, qui évite toute intervention d'un organe de sécurité du compresseur, le niveau dans la bouteille basse pression 6 peut baisser jusqu'au repère 17, hauteur qui est fixée à un niveau suffisant pour éviter les phénomènes de cavitation dans la pompe 7. Le compresseur 1 peut alors être arrêté, les nodules contenus dans la bouteille basse pression 6 étant progresivement émergés. Le fluide frigorigène qui remplissait partiellement le volume compris entre les repères 16 et 17, est alors en totalité stocké dans-la bouteille haute pression 3. Pendant cette phase, les vapeurs de fluide frigorigène qui entourent les nodules se condensent sur les surfaces extérieures des nodules, le liquide formé s'ajoutant au volume restant dans le fond de ladite bouteille 6 pour alimenter la pompe 7.Cette phase correspond donc à un déstockage d'une partie des frigories emmagasinées dans les nbdules.
La durée possible du fonctionnement du système décrit ci-dessus sans utilisation du compresseur frigorifique 1 est fonction de l'énergie stockée dans les nodules. A un instant fixé, on pourra remettre le compresseur 1 en service et admettre du fluide frigorigène par la tubulure 12 et le détendeur 4 dans la bouteille basse pression 6 et choisir en fonction des besoins en frigories de l'évaporateur 5, l'un des cas ci-dessus décrits et correspondant à une phase de stockage.

Claims (2)

Revendications
1. Une installation frigorifique avec dispositif de stockage du froid par chaleur latente comportant un compresseur (1), un condenseur (2), une bouteille accumulatrice haute pression (3) pour le fluide frigorigène liquéfié, un organe (4) assurant la détente du fluide frigorigène, un évaporateur (5) assurant l'échange frigorifique avec un milieu à refroidir et une bouteille basse pression (6) dans laquelle s'effectue la séparation entre la phase gazeuse et la phase liquide de l'agent frigorigène revenant de l'évaporateur (5), l'agent frigorigène liquide étant repris à la base de la bouteille basse pression pour alimenter l'évaporateur par l'intermédiaire d'une pompe (7) et l'agent frigorigène gazeux étant repris par le compresseur (1), caractérisée en ce que l'on remplit une partie du volume intérieur de la bouteille basse pression (6) de l'installation frigorifique avec des éléments (8) contenant un mélange eutectique ayant une température de solidification supérieure à la température de vaporisation du fluide frigorigène.
2. Une installation frigorifique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de remplissage sont des nodules eutectiques ou autres éléments de stockage.
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