FR2731780A1 - Economic industrial refrigeration system with simple structure - Google Patents
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Abstract
Description
SYSTEME DE REFRIGERATION, INSTALLATION FRIGORIFIQUE ET
PROCEDE DE REFRIGERATION
L'invention concerne un système de réfrigération, une installation frigorifique et un procédé de réfrigération.REFRIGERATION SYSTEM, REFRIGERATION INSTALLATION AND
REFRIGERATION PROCESS
The invention relates to a refrigeration system, a refrigeration installation and a refrigeration method.
On connait des systèmes de réfrigération pour une installation frigorifique industrielle, comprenant des canalisations en boucle fermée permettant une circulation de fluide frigorigène. Refrigeration systems are known for an industrial refrigeration installation, comprising closed-loop pipes allowing circulation of refrigerant.
Un compresseur de mise en circulation du fuide frigorigène est relié à un condenseur de passage du fluide d'une phase gazeuse à une phase liquide. A compressor for circulating the refrigerant is connected to a condenser for the passage of the fluid from a gas phase to a liquid phase.
Le fluide en phase liquide est conduit à une bouteille basse pression, par l'intermédiaire d'une vanne qui le maintient à un niveau constant. The liquid phase fluid is led to a low pressure bottle, via a valve which keeps it at a constant level.
La bouteille est reliée à un évaporateur où, par passage du fluide en phase gazeuse est obtenu un échange utile. The bottle is connected to an evaporator where, by passing the fluid in the gas phase, a useful exchange is obtained.
Un conduit renvoie au compresseur un mélange de fluide en phases gazeuse, par l'intermédiaire de la bouteille. A conduit returns a mixture of gaseous phase fluid to the compressor, via the bottle.
Dans la bouteille basse pression, une évaporation du fluide est obtenue sous l'effet de la charge thermique du fluide provenant du conduit de retour de l'évaporateur et de la pression maintenue par l'aspiration du compresseur. In the low-pressure bottle, evaporation of the fluid is obtained under the effect of the thermal load of the fluid coming from the return duct of the evaporator and the pressure maintained by the suction of the compressor.
Ces systèmes ont pour avantages d'être fiables et d'un fonctionnement économique en énergie. These systems have the advantages of being reliable and energy efficient.
Mais ils ont pour inconvénient de contenir, notamment dans la bouteille basse pression, des quantités considérables de fluide frigorigène, parfois de l'ordre de plusieurs tonnes. However, they have the disadvantage of containing, in particular in the low pressure bottle, considerable quantities of refrigerant, sometimes of the order of several tonnes.
Or ces fluides sont généralement coûteux, tandis que l'emploi de certains d'entre eux est limité par des réglements. However, these fluids are generally expensive, while the use of some of them is limited by regulations.
De plus, les systèmes à bouteille basse pression sont sujet à des phénomènes indésirables de cavitation. In addition, low pressure bottle systems are subject to undesirable cavitation phenomena.
Ce qui oblige à prévoire une hauteur importante de colonne de fluide en amont de la pompe, souvent de l'ordre de un a plusieurs mètres. Un tel agencement est contraignant. This means that a significant height of fluid column must be provided upstream of the pump, often of the order of one to several meters. Such an arrangement is restrictive.
L'invention vise à résoudre entre autres ces problèmes. The invention aims to solve, among other things, these problems.
Un objet de l'invention est un système de réfrigération pour une installation frigorifique, comprenant:
- au moins un évaporateur destiné à faire partie de l'installation
- des canalisations en boucle fermée permettant la circulation d' un fluide frigorigène dans l'évaporateur
- un compresseur monté sur les canalisations et apte à engendrer un déplacement du fluide frigorigène en phase gazeuse suivant un sens de circulation choisi
- un condenseur monté sur les canalisations en aval du compresseur, et prévu pour provoquer le passage du fluide d'une phase gaseuse à une phase liquide
- des moyens d'alimentation par pompe en fluide en phase liquide sous-refroidi de l'évaporateur
- un conduit de retour au compresseur du fluide frigorigène en phase gaseuse
dans lequel les moyens d'alimentation comprennent::
- un échangeur dont un circuit primaire et un circuit secondaire sont séparés; le circuit secondaire étant raccordé en entrée au condenseur et en sortie à la pompe, qui est à hauteur manométrique totale variable; le circuit primaire étant raccordé en entrée à l'aval de la pompe et en sortie au compresseur
- ainsi que des moyens de régulation de la pression du fluide en phase liquide en aval de la pompe, permettant de rendre constante la pression d'alimentation en fluide de l'évaporateur
- et en ce que des moyens d'ajustement du débit massique du fluide en phase liquide sont agencés en entrée de l'évaporateur et du circuit primaire de l'évaporateur;
de façon qu'en sortie de l'évaporateur et du circuit primaire de l'échangeur, le fluide frigorigène est en phase vapeur surchauffée.An object of the invention is a refrigeration system for a refrigeration installation, comprising:
- at least one evaporator intended to be part of the installation
- closed loop pipes allowing the circulation of a refrigerant in the evaporator
- a compressor mounted on the pipes and able to generate a displacement of the refrigerant in the gas phase according to a chosen direction of circulation
- a condenser mounted on the pipes downstream of the compressor, and intended to cause the passage of the fluid from a gaseous phase to a liquid phase
- means for supplying the liquid phase sub-cooled fluid pump to the evaporator
- a return line to the compressor for the refrigerant in the gaseous phase
in which the supply means include:
- an exchanger of which a primary circuit and a secondary circuit are separate; the secondary circuit being connected at the inlet to the condenser and at the outlet to the pump, which is at variable total head; the primary circuit being connected at the input downstream of the pump and at the output to the compressor
- as well as means for regulating the pressure of the fluid in the liquid phase downstream of the pump, making it possible to make the fluid supply pressure of the evaporator constant
- And in that means for adjusting the mass flow rate of the fluid in the liquid phase are arranged at the inlet of the evaporator and of the primary circuit of the evaporator;
so that at the outlet of the evaporator and the primary circuit of the exchanger, the refrigerant is in superheated vapor phase.
Les moyens d'ajustement du débit massique peuvent comprendre un capteur de température et un organe de modification du débit massique de fluide, le capteur pilotant 1 'organe. The means for adjusting the mass flow can include a temperature sensor and a member for modifying the mass flow of fluid, the sensor controlling the member.
Le capteur peut alors être agencé en aval de l'évaporateur ou du circuit primaire de l'échangeur. The sensor can then be arranged downstream of the evaporator or of the primary circuit of the exchanger.
Les moyens d'ajustement du débit massique peuvent comprendre un détendeur
Les moyens de régulation de la pression à la pompe peuvent comporter un régulateur de vitesse de rotation de la pompe et/ou un régulateur à diaphragme et/ou un régulateur à aube de pré-rotation. The means for adjusting the mass flow can include a pressure reducer
The means for regulating the pressure at the pump may comprise a regulator for the rotation speed of the pump and / or a diaphragm regulator and / or a pre-rotation vane regulator.
L'échangeur peut être un échangeur à plaques. The exchanger can be a plate exchanger.
Le système peut comporter au moins deux évaporateurs montés en parallèle. The system can include at least two evaporators mounted in parallel.
La boucle fermée peut comprendre une boucle secondaire sur laquelle sont montés en série le compresseur, le condenseur, le circuit secondaire de l'échangeur, la pompe, l'évaporateur et le conduit de retour au compresseur du fluide frigorigène en phase gazeuse. The closed loop can include a secondary loop on which the compressor, the condenser, the secondary circuit of the exchanger, the pump, the evaporator and the return pipe to the compressor of the refrigerant in gaseous phase are mounted in series.
La boucle fermée peut alors comprendre une boucle primaire confondue avec la boucle secondaire entre d'une part l'amont de l'échangeur et le compresseur, et d'autre part l'aval de l'échangeur et la pompe, sur laboucle primaire étant montés en série en aval de la pompe, le circuit primaire de l'échangeur, et un tronçon de canalisation raccordé au conduit de retour au compresseur du fluide en phase gazeuse. The closed loop can then comprise a primary loop merged with the secondary loop between on the one hand the upstream of the exchanger and the compressor, and on the other hand the downstream of the exchanger and the pump, on the primary loop being mounted in series downstream of the pump, the primary circuit of the exchanger, and a section of pipe connected to the return pipe to the compressor of the gas phase fluid.
Suivant un mode de réalisation, des moyens d'apport d'un flux externe de refroidissement, par exemple au moins un ventilateur, sont agencés à proximité et sont aptes à coopèrer avec le condenseur et/ou l'évaporateur. According to one embodiment, means for supplying an external cooling flow, for example at least one fan, are arranged nearby and are able to cooperate with the condenser and / or the evaporator.
Le fluide frigorigène peut être choisi parmi les amoniacs, les substances de transitions HCFC telles que
R22, les pentafluoroéthanes tels que le R125, les mélanges azéotropiques tels que R502, ou les chlorofuorocarbures CFC tels que R12.The refrigerant can be chosen from ammonia, HCFC transition substances such as
R22, pentafluoroethanes such as R125, azeotropic mixtures such as R502, or CFC chlorofuorocarbons such as R12.
Les moyens d'alimentation comprennent un conduit de contournement, raccordé d'une part en amont et d'autre part en aval de la pompe, une vanne par exemple motorisée étant montée sur le conduit de contournement de sorte qu'en cas d'arret de la pompe, la circulation du fluide peut être dérivée par ce conduit. The supply means comprise a bypass conduit, connected on the one hand upstream and on the other hand downstream of the pump, a valve for example motorized being mounted on the bypass conduit so that in the event of a stop of the pump, the circulation of the fluid can be diverted by this conduit.
Suivant un mode de réalisation, les moyens d'alimentation comprennent un conduit de limitation, raccordé d'une part en amont et d'autre part en aval de la pompe, un clapet de retour par exemple à ressort taré étant monté sur le conduit de limitation, de sorte qu'en cas de pression en aval de la pompe dépassant une valeur prédéterminée, une partie du fluide en aval de la pompe peut être renvoyée en amont par ce conduit. According to one embodiment, the supply means comprise a limitation conduit, connected on the one hand upstream and on the other hand downstream of the pump, a return valve for example with calibrated spring being mounted on the conduit limitation, so that in the event of a pressure downstream of the pump exceeding a predetermined value, part of the fluid downstream of the pump can be returned upstream through this conduit.
Un réservoir à liquide peut être agencé sur la canalisation, directement en aval du condenseur, de manière à en recevoir le fluide refroidi par condensation. A liquid reservoir can be arranged on the pipeline, directly downstream of the condenser, so as to receive the fluid cooled by condensation.
Un autre objet de l'invention vise une installation frigorifique telle que chambre froide, chambre de réfrigération, vitrine réfrigérée, refroidisseur d'un médium et par exemple d'eau, ou analogues, cette installation comportant un système de réfrigeration tel qu'évoqué ci-dessus. Another object of the invention relates to a refrigeration installation such as a cold room, refrigeration room, refrigerated display case, cooler for a medium and for example water, or the like, this installation comprising a refrigeration system as mentioned above. -above.
Le condenseur et la pompe peuvent être sensiblement agencés au même niveau l'une que l'autre. The condenser and the pump can be arranged substantially at the same level as each other.
Encore un autre objet de l'invention vise un procédé de réfrigération d'un médium tel que par exemple de l'air ou de l'eau, comprenant les étapes suivant lesquelles:
- on véhicule suivant un sens de circulation prédéterminé par compression un fluide frigorigène en phase gazeuse;
- on refroidit par condensation le fluide en phase gazeuse jusqu'à obtention d'un fluide en phase liquide;
- on sous-refroidit par échange le fluide en phase liquide jusqu'à une température de consigne;
- on relève à température constante et par pOmpage, la pression du fluide sous-refroidi;
- on ajuste le débit massique du fluide à pression relevée;
- on provoque un échange utile qui permet la réfrigération du médium; et
- on renvoie le fluide en boucle fermée en vue du renouvellement du cycle,
ce procédé prévoyant en outre que:
- le sous-refroidissement par échange s'effectue à partir d'un fluide à pression et température variable, de manière que le fluide refroidi ait une température constante et une pression variable;
-le relèvement est ensuite effectué par variation de la hauteur manométrique totale de pompage, de façon à obtenir un fluide à une pression de consigne constante;
- une partie du fluide à pression et à température constantes étant prélevée pour permettre le sousrefroidissement;
- le fluide à pression et à température constantes a son débit massique ajusté en fonction de sa température après l'echange utile, afin de subir un changement complet d'état en phase gazeuse surchauffée.Yet another object of the invention relates to a process for refrigerating a medium such as, for example, air or water, comprising the steps according to which:
- A refrigerant in the gas phase is transported in a predetermined direction of flow by compression;
- The fluid is cooled by condensation in the gas phase until a fluid in the liquid phase is obtained;
- The fluid in the liquid phase is sub-cooled by exchange to a set temperature;
- the pressure of the sub-cooled fluid is measured at constant temperature and by pumping;
- the mass flow of the fluid at raised pressure is adjusted;
- a useful exchange is provoked which allows the refrigeration of the medium; and
- the fluid is returned in a closed loop with a view to renewing the cycle,
this process further providing that:
- Subcooling by exchange takes place from a fluid at variable pressure and temperature, so that the cooled fluid has a constant temperature and a variable pressure;
the raising is then carried out by variation of the total pumping head, so as to obtain a fluid at a constant set pressure;
- part of the fluid at constant pressure and temperature being withdrawn to allow sub-cooling;
- the fluid at constant pressure and temperature at its mass flow rate adjusted according to its temperature after the useful exchange, in order to undergo a complete change of state in the superheated gas phase.
Le changement complet est subi en fin d'échange utile, ainsi qu'à l'issue du sous-refroidissement pour la partie du fluide à pression et température constantes prélevée. The complete change is undergone at the end of useful exchange, as well as at the end of sub-cooling for the part of the fluid at constant pressure and temperature sampled.
L'étape de relèvement de pression par pompage peut ne pas être effectuée lorsque la pression du fluide sousrefroidi est au moins égale à la valeur de la pression de consigne. The step of raising the pressure by pumping may not be carried out when the pressure of the sub-cooled fluid is at least equal to the value of the set pressure.
La pression du fluide sous-refroidi par échange et pouvant être relevée par pompage, est déterminée en fonction de paramètres tels que les conditions climatiques dans lesquelles le procèdé est mis en oeuvre. The pressure of the fluid sub-cooled by exchange and which can be raised by pumping, is determined as a function of parameters such as the climatic conditions in which the process is implemented.
L'invention est décrite de façon plus détaillée ciaprès, en se référant aux dessins annèxés. The invention is described in more detail below, with reference to the accompanying drawings.
La figure 1 est une vue schématique d'une installation frigorifique selon un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention. Figure 1 is a schematic view of a refrigeration installation according to a currently preferred embodiment of the invention.
La figure 2 est une vue à une échelle agrandie du détail désigné en II sur la figure 1. FIG. 2 is a view on an enlarged scale of the detail designated in II in FIG. 1.
La figure 3 est un schéma fonctionnel d'un système de réfrigération de l'art antérieur. Figure 3 is a block diagram of a refrigeration system of the prior art.
La figure 4 est un schéma fonctionnel d'un système de réfrigération selon un mode de réalisation de l'invention. Figure 4 is a block diagram of a refrigeration system according to an embodiment of the invention.
La figure 5 est un diagramme illustrant le fonctionnement en termes de pression et de temps, de la pompe du système de réfrigération de la figure 3. FIG. 5 is a diagram illustrating the operation, in terms of pressure and time, of the pump of the refrigeration system of FIG. 3.
La figure 6 est un diagramme illustrant un exemple de fonctionnement en termes de pression et de temps, d'une pompe au sein d'un système de réfrigération selon l'invention. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of operation in terms of pressure and time, of a pump within a refrigeration system according to the invention.
Certains termes ou expressions employés pour la description de l'invention sont expliqués ici. Certain terms or expressions used for the description of the invention are explained here.
Un système de réfrigération est un dispositif permettant d'effectuer un échange thermique utile. A refrigeration system is a device for carrying out a useful heat exchange.
Un échange utile est un transfert d'énergie entre un fluide frigorigène et un médium que l'on désire refroidir. C'est la fonction principale d'un système de réfrigération ou d'une installation frigorifique. A useful exchange is a transfer of energy between a refrigerant and a medium that we want to cool. This is the main function of a refrigeration system or a refrigeration installation.
Une installation frigorifique est un agencement comportant un ou plusieurs systèmes frigorifiques. A refrigeration installation is an arrangement comprising one or more refrigeration systems.
Une telle installation peut par exemple comprendre au moins une chambre froide ou de réfrigération, vitrine réfrigérée, implantation de congélation ou analogues. Such an installation may for example comprise at least one cold or refrigeration room, refrigerated display case, freezing location or the like.
Un évaporateur est une structure à l'intérieur de laquelle un fluide frigorigène est mis en circulation et où est provoqué un passage d'une phase ou état liquide à une phase gazeuse. An evaporator is a structure inside which a refrigerant is circulated and where a transition from a liquid phase or state to a gaseous phase is caused.
Ce passage produit un abaissement de température qui est utilisé pour obtenir l'échange utile. This passage produces a lowering of temperature which is used to obtain the useful exchange.
Par boucle fermée, on entend que les canalisations permettent une circulation cyclique ou recirculation du fluide frigorigène. By closed loop is meant that the pipes allow cyclic circulation or recirculation of the refrigerant.
Cette circulation est effectuée suivant un sens prédéterminé. C'est en fonction de ce sens que les termes amont et aval sont définis. This circulation is carried out in a predetermined direction. It is according to this meaning that the terms upstream and downstream are defined.
Un compresseur est un dispositif permettant de faire circuler le fluide frigorigène en phase au moins partiellement gaseuse dans le système ou l'installation. A compressor is a device for circulating the refrigerant in the at least partially gaseous phase in the system or installation.
Par exemple, il peut s'agir d'un compresseur centrifuge, rotatif à vis ou à pistons. For example, it may be a centrifugal, rotary screw or piston compressor.
Un condenseur est une structure permettant de provoquer le passage d'un fluide de sa phase gazeuse à sa phase liquide, par refroidissement. A condenser is a structure allowing the passage of a fluid from its gaseous phase to its liquid phase, by cooling.
I1 peut s'agir d'un condenseur à serpentin immergé, à ruissellement ou à air par exemple. I1 can be a condenser with submerged coil, trickle or air for example.
Le débit massique d'un fluide est la quantité en unité de masse par unité de temps, de fluide véhiculé à travers une section donnée. The mass flow rate of a fluid is the quantity in unit of mass per unit of time, of fluid conveyed through a given section.
Une température ou une pression de consigne est une valeur choisie de température ou pression qui doit être sensiblement maintenue pour un état ou une étape donnée. A set temperature or pressure is a chosen temperature or pressure value which must be substantially maintained for a given state or stage.
Le sous-refroidissement consiste à faire subir un refroidissement à un fluide frigorigène déjà en phase liquide, jusqu'à ce qu'il atteigne une température de consigne. Subcooling consists of subjecting a refrigerant already in the liquid phase to cooling, until it reaches a set temperature.
Les termes primaire et secondaires se rapportent à deux parties d'un dispositif permettant d'effectuer un échange thermique. The terms primary and secondary refer to two parts of a device for performing heat exchange.
Le secondaire est la partie dans laquelle circule le fluide dont on souhaite changer la température. Le primaire est la partie où circule le fluide d'apport énergétique. The secondary is the part in which the fluid whose temperature you want to change circulates. The primary is the part where the energy supply fluid circulates.
On désigne par échangeur un dispositif d'échange thermique dans lequel le circuit primaire et le circuit secondaire sont séparés. Heat exchanger designates a heat exchange device in which the primary circuit and the secondary circuit are separated.
Sur les figures, un système de réfrigération est désigné en 1. In the figures, a refrigeration system is designated at 1.
La référence numérique 2 désigne une installation frigorifique dont au moins un système 1 à laquelle il est déstiné, fait partie. The reference numeral 2 designates a refrigeration installation of which at least one system 1 to which it is intended is part.
Le sens de circulation du fluide dans le système 1 et l'installation 2 est représenté sur les figures par des flèches S sur les canalisations 4. The direction of circulation of the fluid in the system 1 and the installation 2 is represented in the figures by arrows S on the pipes 4.
La nature du fluide frigorigène est déterminée en fonction du type et de la destination du système 1 de ou de l'installation 2. The nature of the refrigerant is determined according to the type and destination of the system 1 or installation 2.
I1 peut être choisi parmi les amoniacs, les substances de transitions HCFC telles que R22 ou les pentafluoroéthanes tels que le R125. It can be chosen from amoniacs, HCFC transition substances such as R22 or pentafluoroethanes such as R125.
Lorsque les règlements en vigeur l'autorisent, le fluide frigorigène peut être un mélange azéotropique tel que R502, ou un chlorofuorocarbures CFC tel que R12. When the regulations in force authorize it, the refrigerant can be an azeotropic mixture such as R502, or a CFC chlorofuorocarbons such as R12.
Les canalisations 4 relient en boucle fermée les divers constituant du système 1 et de l'installation 2. The pipes 4 connect the various components of the system 1 and of the installation 2 in a closed loop.
Le système 1 comprend au moins un évaporateur 3, destiné à faire partie de l'installation 2. The system 1 comprises at least one evaporator 3, intended to be part of the installation 2.
Sur la figure 1, le système 1 comporte plusieurs évaporateurs 3. Ces évaporateurs, qui peuvent être au nombre de deux, trois ou plus, sont ici montés en parallèle. In FIG. 1, the system 1 comprises several evaporators 3. These evaporators, which may be two, three or more, are here mounted in parallel.
Mais un système 1 peut comporter un seul évaporateur 3. However, a system 1 can comprise a single evaporator 3.
Sur la boucle, un compresseur 5 est disposé en aval de l'évaporateur 3. On the loop, a compressor 5 is arranged downstream of the evaporator 3.
Un condenseur 6 est monté sur les canalisations 4 en aval du compresseur 5. A condenser 6 is mounted on the pipes 4 downstream of the compressor 5.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, un réservoir à liquide 16 est agencé sur la canalisation 4, directement en aval du condenseur 6, de manière à en recevoir le fluide refroidi par condensation. In the embodiment of Figure 1, a liquid reservoir 16 is arranged on the pipe 4, directly downstream of the condenser 6, so as to receive the fluid cooled by condensation.
Des moyens d'alimentation 7 en fluide frigorigène de l'évaporateur 3 sont prévus en aval du condenseur 6. Les moyens d'alimentation 7 comprennent au moins une pompe 8. Supply means 7 for refrigerant of the evaporator 3 are provided downstream of the condenser 6. The supply means 7 comprise at least one pump 8.
Sur la figure 3 qui représente un agencement de l'art antérieur, les moyens d'alimentation 7 comprennent une bouteille basse pression 9. In FIG. 3 which represents an arrangement of the prior art, the supply means 7 comprise a low pressure bottle 9.
La pompe 8 est disposée en aval de la bouteille 9. The pump 8 is arranged downstream of the bottle 9.
Et l'évaporateur 3 est monté en aval de la pompe 8. And the evaporator 3 is mounted downstream of the pump 8.
le fluide est renvoyé jusqu'à la bouteille 9 par un conduit 11 raccordé à une sortie de l'évaporateur 3. the fluid is returned to the bottle 9 via a conduit 11 connected to an outlet of the evaporator 3.
Le conduit 11 permet au mélange de fluide en phase liquide et en phase gazeuse provenant de l'évaporateur 3 d'être recyclé. The conduit 11 allows the mixture of fluid in liquid phase and in gaseous phase coming from the evaporator 3 to be recycled.
Un conduit 10 de retour au compresseur 5 du fluide frigorigène en phase gaseuse fait partie des canalisations 4. A pipe 10 returning to the compressor 5 of the refrigerant in the gaseous phase forms part of the pipes 4.
Le conduit 10 visible sur la figure 3 relie une sortie de la bouteille 9 à une entrée unique de fluide en phase gazeuse dans le compresseur 5. The duct 10 visible in FIG. 3 connects an outlet from the bottle 9 to a single inlet for gas phase fluid in the compressor 5.
Le système de réfrigération à bouteille basse pression 9 forme une boucle unique. The low pressure bottle refrigeration system 9 forms a single loop.
Tandis que les canalisations des systèmes 1 des figures 1 et 4, comprennent une boucle secondaire et une boucle primaire. While the piping systems 1 of Figures 1 and 4, include a secondary loop and a primary loop.
Et les moyens d'alimentation 7 comprennent un échangeur 12. And the supply means 7 comprise an exchanger 12.
En comparaison avec le système de la figure 3, l'échangeur 12 est disposé en aval du condenseur 6 et en amont de la pompe 8, et donc en lieu et place de la bouteille 9. In comparison with the system of FIG. 3, the exchanger 12 is arranged downstream of the condenser 6 and upstream of the pump 8, and therefore in place of the bottle 9.
L'échangeur 12 peut être de divers types. Et par exemple de type à plaques. The exchanger 12 can be of various types. And for example of the plate type.
Sur la boucle primaire des figures 1 et 4, sont montés en série et en aval les uns des autres le compresseur 5 , le condenseur 6, un circuit secondaire 13 de l'échangeur 12, la pompe 8, l'évaporateur 3 et le conduit de retour 10 au compresseur 5 du fluide frigorigène en phase gazeuse. On the primary loop of Figures 1 and 4, are mounted in series and downstream from each other the compressor 5, the condenser 6, a secondary circuit 13 of the exchanger 12, the pump 8, the evaporator 3 and the conduit return 10 to the compressor 5 of the refrigerant in the gas phase.
Ici, le conduit 10 relie directement la sortie de l'évaporateur 3 et une entrée du compresseur 5. Here, the duct 10 directly connects the outlet of the evaporator 3 and an inlet of the compressor 5.
La boucle fermée du système 2 des figures 1 et 4 comprend également une boucle primaire confondue avec la boucle secondaire entre d'une part le compresseur 5 et l'amont de l'échangeur 12, et d'autre part l'aval de l'échangeur 12 et la pompe 8. The closed loop of the system 2 of FIGS. 1 and 4 also includes a primary loop merged with the secondary loop between on the one hand the compressor 5 and the upstream of the exchanger 12, and on the other hand the downstream of the exchanger 12 and pump 8.
Sur cette boucle primaire, sont montés en serie et en aval les uns des autres à partir de la pompe 8, le circuit primaire 14 de l'échangeur 12 , et un tronçon de canalisation 15 de retour au compresseur 5 du fluide en phase gazeuse. On this primary loop, are mounted in series and downstream from each other from the pump 8, the primary circuit 14 of the exchanger 12, and a section of pipe 15 returning to the compressor 5 of the fluid in the gaseous phase.
Le tronçon 15 peut soit comme sur la figure 1 être raccordé au conduit 10. The section 15 can either, as in FIG. 1, be connected to the conduit 10.
Soit comme sur la figure 4, être raccordé directement à une entrée du compresseur 5, le conduit 10 étant lui-même relié en parallèle à une autre entrée du compresseur 5. Either as in FIG. 4, be connected directly to an input of the compressor 5, the duct 10 being itself connected in parallel to another input of the compressor 5.
Sur la figure 1, le système 1 comporte des moyens 17 d'apport d'un flux externe de refroidissement. In FIG. 1, the system 1 comprises means 17 for supplying an external cooling flow.
Ces moyens 17 sont agencés à proximité du condenseur 6 et de évaporateur 3, de sorte que le flux de refroidissement qu'ils produisent circule sur ces condenseur et évaporateur. These means 17 are arranged near the condenser 6 and of the evaporator 3, so that the cooling flow which they produce circulates on these condenser and evaporator.
Par exemple les moyens 17 comprennent au moins un ventilateur. For example, the means 17 comprise at least one fan.
Selon les installations 2, des moyens d'apport 17 peuvent être prévus ou non, pour chaque évaporateur 3 ou condenseur 6. Depending on the installations 2, supply means 17 may or may not be provided, for each evaporator 3 or condenser 6.
Outre que le circuit secondaire 13 est raccordé en entrée au condenseur 6 et en sortie à la pompe 8, une autre particularité des systèmes des figures 1, 2 et 4 est que la pompe 8 est à hauteur manométrique totale variable. In addition to the fact that the secondary circuit 13 is connected at the inlet to the condenser 6 and at the outlet to the pump 8, another particular feature of the systems in FIGS. 1, 2 and 4 is that the pump 8 has a variable total head.
Et que des moyens 18 de régulation de la pression du fluide en phase liquide en aval de la pompe 8, sont prévus ( figure 2 ) pour permettre de rendre constante la pression d'alimentation en fluide de l'évaporateur 3. And that means 18 for regulating the pressure of the fluid in the liquid phase downstream of the pump 8 are provided (FIG. 2) to allow the fluid supply pressure of the evaporator 3 to be made constant.
Les moyens de régulation 18 de la pression à la pompe 8 peuvent comporter un régulateur de vitesse de rotation de la pompe et/ou un régulateur à diaphragme et/ou un régulateur à aube de pré-rotation. The means 18 for regulating the pressure at the pump 8 may include a regulator for the rotation speed of the pump and / or a diaphragm regulator and / or a pre-rotation vane regulator.
La pompe 8 n'a plus comme vocation simplement de vaincre les pertes de charges à l'évaporateur 3, comme c'est le cas dans le système à bouteille basse pression. The purpose of the pump 8 is no longer simply to overcome the pressure drops at the evaporator 3, as is the case in the low pressure bottle system.
Mais de compenser un éventuel manque de pression issu de la condensation. But to compensate for a possible lack of pressure resulting from condensation.
Une pression d'alimentation suffisante peut ainsi être maintenue, en aval de la pompe 8 et en amont de l'évaporateur 3. Sufficient supply pressure can thus be maintained, downstream of the pump 8 and upstream of the evaporator 3.
En se reportant aux figures 5 et 6, le fonctionnement des pompes 8 des systèmes 1 des figures 3 et 4 respectivement, est comparé. Referring to Figures 5 and 6, the operation of the pumps 8 of the systems 1 of Figures 3 and 4 respectively, is compared.
Sur la figure 5, la presion (a)-(b) en amont de la pompe est constante. Cette constance est le résultat de la régulation de la pression dans la bouteille 9. In Figure 5, the pressure (a) - (b) upstream of the pump is constant. This consistency is the result of the regulation of the pressure in the bottle 9.
L'élévation de pression (b)-(c) est l'augmentation de hauteur de manométrique fixe appliquée au fluide par la pompe 8 en sortie de la bouteille 9. The pressure increase (b) - (c) is the increase in fixed head height applied to the fluid by the pump 8 at the outlet of the bottle 9.
La valeur constante ainsi obtenue est maintenue en (c)-(d) et donc pour l'alimentation des évaporateurs. The constant value thus obtained is maintained in (c) - (d) and therefore for the supply of the evaporators.
La hauteur manométrique fixe de cette pompe est égale à l'écart de valeur entre les pressions (c)-(d) et (b)-(e). The fixed head of this pump is equal to the difference in value between the pressures (c) - (d) and (b) - (e).
Sur la figure 6, la pression (f)-(g) en amont de la pompe 8 - ici disposée en aval de l'échangeur 12 - est variable. In FIG. 6, the pressure (f) - (g) upstream of the pump 8 - here arranged downstream of the exchanger 12 - is variable.
Cette variation est fonction des conditions ellesmêmes variables de passage en phase liquide dans le condenseur 6. This variation is a function of the very variable conditions of passage into the liquid phase in the condenser 6.
Les paramètres desquelles dépendent les conditions de condensation sont divers, selon le type de l'installation 2. The parameters on which the condensation conditions depend are different, depending on the type of installation 2.
Par exemple, il peut s'agir des conditions climatiques telles que pression athmosphérique, hygrométrie ou température à l'extérieur de l'installation. For example, it may be climatic conditions such as atmospheric pressure, hygrometry or temperature outside the installation.
Ou du débit et de la température d'un flux externe tel qu'une circulation d'eau. Or the flow and temperature of an external flow such as a water circulation.
A un instant (tl), la hauteur manométrique fournie par la pompe et déterminée par les moyens 18 de régulation correspond au secteur (g)-(h). At an instant (tl), the manometric height supplied by the pump and determined by the regulation means 18 corresponds to the sector (g) - (h).
Cette hauteur est suffisante pour que la pression (h) en aval de la pompe 8 soit égale, sans être supérieure, à une pression de consigne (h)-(i). This height is sufficient for the pressure (h) downstream of the pump 8 to be equal, without being greater, to a set pressure (h) - (i).
La pression de consigne (h)-(i) a une valeur constante et est la pression d'alimentation de l'évaporateur 3. The set pressure (h) - (i) has a constant value and is the supply pressure of the evaporator 3.
A un instant (t2), la pression de condensation (1) est inférieure à la pression (g) en amont de la pompe 8 à l'instant (tl). At an instant (t2), the condensing pressure (1) is lower than the pressure (g) upstream of the pump 8 at the instant (tl).
La hauteur manométrique (l)-(m) fournie par la pompe 8 est supérieure à celle qui est fournie à l'instant (tel)
Les moyens de régulation 18 sont donc prévus pour que la pression en aval de la pompe soit maintenue égale à la pression de consigne (h)-(i), quelle que soit la pression en amont.The head (l) - (m) supplied by the pump 8 is greater than that supplied at the instant (tel)
The regulating means 18 are therefore provided so that the pressure downstream of the pump is kept equal to the set pressure (h) - (i), whatever the pressure upstream.
Dans le cas où les conditions de condensation dépendent des conditions climatiques, une fonction de la pompe peut consister à compenser un éventuel manque de pression dû à ce que, par exemple en hivers, la température est basse. In the case where the condensation conditions depend on the climatic conditions, a function of the pump can consist in compensating for a possible lack of pressure due to the fact that, for example in winters, the temperature is low.
A un instant (t3), la pression de condensation est telle que la pression (k) en aval de la pompe 8 est égale à la pression de consigne (h)-(i). At an instant (t3), the condensing pressure is such that the pressure (k) downstream of the pump 8 is equal to the set pressure (h) - (i).
Alors, le relèvement de pression par pompage n'est pas effectué puisque la pression du fluide sous-refroidi (k) est au moins égale à la valeur de la pression de consigne (h)-(i). Then, the pressure rise by pumping is not carried out since the pressure of the sub-cooled fluid (k) is at least equal to the value of the set pressure (h) - (i).
Dans l'exemple de la figure 6, la pompe 8 est mise à l'arret à l'instant (t3). In the example of FIG. 6, the pump 8 is stopped at the instant (t3).
Notamment dans ce cas, un contournement ou "bypass" de la pompe 8 peut être prévu. In particular in this case, a bypass or "bypass" of the pump 8 can be provided.
Sur la figure 2, les moyens d'alimentation 7 comprennent à cet effet un conduit de contournement 19, raccordé d'une part en amont et d'autre part en aval de la pompe 8. In FIG. 2, the supply means 7 for this purpose comprise a bypass duct 19, connected on the one hand upstream and on the other hand downstream of the pump 8.
Une vanne 20, par exemple motorisée est montée sur le conduit de contournement 19 de sorte qu'en cas d'arret de la pompe 8, la circulation S du fluide est dérivée par ce conduit. A valve 20, for example motorized, is mounted on the bypass pipe 19 so that in the event of the pump 8 being stopped, the circulation S of the fluid is diverted through this pipe.
Suivant le mode de réalisation des figure 1 et 2, les moyens d'alimentation 7 comprennent de plus un conduit de limitation 21 ( en trait discontinu sur la figure 2). According to the embodiment of FIGS. 1 and 2, the supply means 7 also comprise a limitation conduit 21 (in broken lines in FIG. 2).
Le conduit 21 est raccordé d'une part en amont et d'autre part en aval de la pompe 8. The conduit 21 is connected on the one hand upstream and on the other hand downstream of the pump 8.
Un clapet 22 de retour, par exemple à ressort taré, est monté sur le conduit de limitation 21. A return valve 22, for example with a calibrated spring, is mounted on the limiting duct 21.
Lorsque la pression en aval de la pompe 8 dépasse une valeur prédéterminée d'ouverture du clapet 22 - ici la pression de consigne (h)-(i) -, une partie du fluide en aval de la pompe 8 peut être renvoyée en amont. When the pressure downstream of the pump 8 exceeds a predetermined opening value of the valve 22 - here the set pressure (h) - (i) -, part of the fluid downstream of the pump 8 can be returned upstream.
La valeur d'ouverture correspond au tarage du ressort dans le cas d'un clapet de limitation 22 à ressort. The opening value corresponds to the spring setting in the case of a spring-loaded limitation valve 22.
On peut alors obtenir une circulation de fluide dite "en canard", et garantir le maintien de la pression constante de consigne en aval de la pompe 8. It is then possible to obtain a so-called "duck" fluid circulation, and to guarantee that the constant constant pressure is set downstream of the pump 8.
Suivant le mode de réalisation de la figure 1, des moyens 23 d'ajustement du débit massique du fluide en phase liquide sont agencés en entrée (amont) de l'évaporateur 3. According to the embodiment of FIG. 1, means 23 for adjusting the mass flow rate of the fluid in the liquid phase are arranged at the inlet (upstream) of the evaporator 3.
Ainsi qu'en entrée du circuit primaire 14 de l'échangeur 12. As well as at the input of the primary circuit 14 of the exchanger 12.
Grâce à la régulation de pression à une valeur de consigne et à ces moyens 23, on obtient un fluide frigorigène en phase vapeur surchauffée en sortie de l'évaporateur 3, et dans le conduit de retour au compresseur. Thanks to pressure regulation at a set value and to these means 23, a refrigerant is obtained in superheated vapor phase at the outlet of the evaporator 3, and in the return pipe to the compressor.
Puisque sur les figures 1 et 4, le circuit primaire 14 est raccordé en entrée à l'aval de la pompe 8 par une canalisation 24, on obtient également en aval du circuit primaire 14 de l'échangeur 12 une phase gazeuse surchauffée. Since in FIGS. 1 and 4, the primary circuit 14 is connected at the input downstream of the pump 8 by a pipe 24, a superheated gas phase is also obtained downstream of the primary circuit 14 of the exchanger 12.
Dans l'exemple illustré, les moyens d'ajustement 23 comprennent des détendeurs. In the example illustrated, the adjustment means 23 comprise regulators.
Ces détendeurs font office d'organe de modification du débit massique du fluide. These regulators act as a means of modifying the mass flow rate of the fluid.
Eventuellement, une sonde 26 de contrôle de la température est montée en aval de la sortie du circuit secondaire 13 de l'évaporateur 12
Une telle sonde 26 peut participer au contrôle du passage complet du fluide de sa phase liquide à sa phase gazeuse, dans le circuit prilaire 14.Optionally, a temperature control probe 26 is mounted downstream of the output of the secondary circuit 13 of the evaporator 12
Such a probe 26 can participate in controlling the complete passage of the fluid from its liquid phase to its gaseous phase, in the prilar circuit 14.
Les moyens d'ajustement 23 du débit massique peuvent comprendre un ou plusieurs capteurs 25 de température. The means 23 for adjusting the mass flow can include one or more temperature sensors 25.
Ici, chaque organe de modification du débit massique de fluide est piloté par un capteur 25. Here, each member for modifying the mass flow rate of fluid is controlled by a sensor 25.
Les capteurs 25 sont agencés en aval de l'évaporateur 3 pour les détendeurs placés en entrée de l'évaporateur. The sensors 25 are arranged downstream of the evaporator 3 for the regulators placed at the inlet of the evaporator.
Et en sortie du circuit primaire 14, pour le détendeur placé en entrée de l'échangeur 12. And at the outlet of the primary circuit 14, for the regulator placed at the inlet of the exchanger 12.
Les moyens 23 d'ajustement du débit massique sont alors dits à détendeur thermostatique. The means 23 for adjusting the mass flow are then said to have a thermostatic expansion valve.
Dans une installation 2 de ce type, le condenseur 6 et la pompe 8 peuvent être sensiblement agencés au même niveau l'une que l'autre, sans risque de cavitation du fluide, comme dans les installations de l'art antérieur. In an installation 2 of this type, the condenser 6 and the pump 8 can be substantially arranged at the same level as one another, without risk of cavitation of the fluid, as in the installations of the prior art.
Un exemple de mise en oeuvre du procédé de réfrigération de l'invention, est maintenant décrit. An example of implementation of the refrigeration process of the invention is now described.
Cette description est faite en se reportant aux système 1 et installation 2 des figures 1 et 4. This description is made with reference to system 1 and installation 2 of FIGS. 1 and 4.
Afin d'obtenir la réfrigération d'un médium tel que par exemple de l'air ou de l'eau, on procède succéssivement aux étapes suivantes. In order to obtain refrigeration of a medium such as for example air or water, the following steps are carried out successively.
- On véhicule par compression un fluide frigorigène en phase gazeuse, suivant un sens S de circulation prédéterminé. - A refrigerant is conveyed by compression in the gaseous phase, in a predetermined direction S of circulation.
- On refroidit par condensation le fluide en phase gazeuse jusqu'à obtention d'un fluide en phase liquide. - The fluid is cooled by condensation in the gaseous phase until a fluid in the liquid phase is obtained.
- On sous-refroidit le fluide en phase liquide du circuit secondaire 13, jusqu'à une température de consigne. - The fluid in the liquid phase of the secondary circuit 13 is sub-cooled to a set temperature.
Ici, le sous-refroidissement s'effectue à partir d'un fluide à pression et température variable, et de manière que le fluide refroidi ait une température constante et une pression variable. Here, the sub-cooling takes place from a fluid at variable pressure and temperature, and so that the cooled fluid has a constant temperature and a variable pressure.
- On relève à température constante et dans la pompe 8 la pression du fluide sous-refroidi qui y circule suivant le sens de circulation S
Le relèvement est effectué par variation de la hauteur manométrique totale de la pompe 8 en fonction des moyens de régulation 18, de façon à obtenir un fluide à une pression de consigne constante, comme expliqué précédemment.- The pressure of the sub-cooled fluid which circulates therein in the direction of circulation S is noted at constant temperature and in the pump 8
The raising is carried out by varying the total head of the pump 8 as a function of the regulating means 18, so as to obtain a fluid at a constant reference pressure, as explained above.
En aval de la pompe 8, une partie du fluide à pression et à température constantes est prélevée pour permettre le sous-refroidissement. Downstream of the pump 8, part of the fluid at constant pressure and temperature is removed to allow sub-cooling.
Cette partie du fluide est dirigée suivant S vers une entrée du circuit primaire 14 de l'échangeur 12. This part of the fluid is directed along S to an inlet of the primary circuit 14 of the exchanger 12.
L'étape de relèvement de pression par pompage peut ne pas être effectuée lorsque la pression du fluide sousrefroidi est au moins égale à la valeur de la pression de consigne. The step of raising the pressure by pumping may not be carried out when the pressure of the sub-cooled fluid is at least equal to the value of the set pressure.
Par exemple comme à l'instant (t3) sur la figure 6, lorsque les conditions de condensation sont telles que la pression de fluide en amont de la pompe 8 est suffisante. For example as at time (t3) in Figure 6, when the condensation conditions are such that the fluid pressure upstream of the pump 8 is sufficient.
C'est-à-dire égale à la pression de consigne.That is to say equal to the set pressure.
En cas de dépassement de la pression de consigne en sortie de la pompe 8, le clapet de limitation 22 est ouvert de façon à maintenir la pression de consigne en aval de la pompe 8. If the set pressure at the outlet of pump 8 is exceeded, the limiting valve 22 is opened so as to maintain the set pressure downstream of pump 8.
- On ajuste ensuite le débit massique du fluide à pression relevée. - The mass flow of the fluid at raised pressure is then adjusted.
Tant en amont du circuit primaire 14 que de l'évaporateur 3, le débit massique du fluide à pression et à température constantes est ajusté par les moyens 23, en fonction de la température du fluide mesurée par les capteurs 25. Both upstream of the primary circuit 14 and of the evaporator 3, the mass flow rate of the fluid at constant pressure and temperature is adjusted by the means 23, as a function of the temperature of the fluid measured by the sensors 25.
- On provoque alors un échange utile de réfrigération du médium. - We then cause a useful exchange of refrigeration of the medium.
A l'issue de cet échange utile, la totalité du fluide provenant de l'évaporateur 3 a subi un changement d'état en phase gazeuse surchauffée. At the end of this useful exchange, all of the fluid coming from the evaporator 3 underwent a change of state in the superheated gas phase.
Un changement complet est également obtenu en aval du circuit primaire 14 à l'issue du sous-refroidissement pour la partie du fluide à pression et température constantes prélevée en aval de la pompe 8. A complete change is also obtained downstream of the primary circuit 14 at the end of sub-cooling for the part of the fluid at constant pressure and temperature taken downstream of the pump 8.
- Et on peut procèder au retour du fluide en boucle fermée en vue du renouvellement du cycle. - And we can proceed to the return of the fluid in a closed loop for the renewal of the cycle.
La pression du fluide sous-refroidi par échange et pouvant être relevée par pompage, est déterminée en fonction de paramètres qui font varier l'état du fluide en sortie du condenseur 6. The pressure of the fluid subcooled by exchange and which can be raised by pumping, is determined as a function of parameters which vary the state of the fluid leaving the condenser 6.
Dans l'exemple présent, ces paramètres sont les conditions climatiques dans lesquelles le procèdé est mis en oeuvre. In the present example, these parameters are the climatic conditions in which the process is implemented.
Mais il est aussi possible de prendre en considération d'autres paramètres tels que les changements d'un flux externe par exemple une rivière. Ou encore le coût de l'énergie d'alimentation qui peut varier le long de la journée ou de l'année. But it is also possible to take into account other parameters such as changes in an external flow, for example a river. Or the cost of power supply, which can vary throughout the day or year.
Les spécifications et valeurs à atteindre notamment pour l'échange utile produit par le ou les évaporateurs permet de déterminer les caractéristiques de structure et fonctionnelles des constituants du système et de l'installation de l'invention. The specifications and values to be reached, in particular for the useful exchange produced by the evaporator or evaporators, make it possible to determine the structural and functional characteristics of the components of the system and of the installation of the invention.
Il en va de même pour les valeurs de consigne. The same applies to the setpoints.
L'invention permet donc d'obtenir une réfrigération économique. The invention therefore makes it possible to obtain economical refrigeration.
Comme avec les systèmes à bouteille basse pression, où la consommation d'energie nécessaire à la compression du fluide est limitée grâce au fait que le volume important de fluide dans la bouteille, ainsi que le maintien du niveau de fluide en phase liquide, permet de laisser descendre la température de condensation. As with low pressure bottle systems, where the energy consumption necessary for the compression of the fluid is limited thanks to the fact that the large volume of fluid in the bottle, as well as the maintenance of the level of fluid in liquid phase, makes it possible to allow the condensation temperature to drop.
Le remplacement dans l'invention de la bouteille basse pression par un échangeur permet de la même manière de garantir un bon rendement de la réfrigération, sans retour dans les moyens d'alimentation de fluide réchauffé dans l'évaporateur. The replacement in the invention of the low-pressure cylinder by an exchanger likewise makes it possible to guarantee good efficiency of the refrigeration, without return to the means for supplying fluid heated in the evaporator.
L'invention permet de d'obtenir ces résultats avec une structure simple et par conséquent de fonctionnement fiable. The invention makes it possible to obtain these results with a simple structure and therefore of reliable operation.
De plus, en régulant la pression en aval de la pompe, tandis qu'on laisse la pression fluctuer en amont d'après les variations de condensation, il est possible de limiter la quantité de fluide dans les moyens d'alimentation. In addition, by regulating the pressure downstream of the pump, while allowing the pressure to fluctuate upstream according to variations in condensation, it is possible to limit the amount of fluid in the supply means.
Par exemple de plusieurs tonnes à quelques centaines de litres. For example, from several tonnes to several hundred liters.
L'obtension d'un fluide en phase complètement gazeuse en sortie de l'évaporateur et du circuit primaire de l'échangeur participe également à la limitation de la quantité de fluide nécéssaire. Obtaining a fluid in completely gaseous phase at the outlet of the evaporator and of the primary circuit of the exchanger also contributes to the limitation of the quantity of fluid required.
L'invention et ses avantages ne sont pas limités aux exemples décrits et illustrés. The invention and its advantages are not limited to the examples described and illustrated.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CD | Change of name or company name | ||
| TP | Transmission of property | ||
| CD | Change of name or company name | ||
| TP | Transmission of property | ||
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20111130 |
|
| RN | Application for restoration |
Effective date: 20120221 |
|
| FC | Decision of inpi director general to approve request for restoration |
Effective date: 20120305 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20131129 |