FR3001794A1 - Sous-refroidisseur actif pour systeme de climatisation - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un dispositif sous-refroidisseur pour un système d'échanges thermiques principal (11) ledit système comportant au moins un évaporateur (113), un compresseur (112), un condenseur (111) et un détendeur (114) reliés les uns aux autres, en circuit fermé, par un circuit (116, 117) de circulation d'un fluide caloporteur. Le dispositif comporte lui-même au moins un premier évaporateur (123), un compresseur (122), un condenseur (121) et un premier détendeur (124) reliés les uns aux autres, en circuit fermé, par un circuit (126, 127) de circulation d'un fluide caloporteur. Le circuit primaire de l'évaporateur (123) du dispositif sous-refroidisseur est relié à ce circuit de circulation (116, 117) au niveau du segment à haute pression (117), en amont du détendeur (114); tandis que son circuit secondaire est relié au circuit (126) de circulation de fluide caloporteur du dispositif sous-refroidisseur. Dans une variante de réalisation le dispositif comporte un second condenseur (42) et un second détendeur (43) qui lui permettent de fonctionner de manière autonome.

Description

Sous-refroidisseur actif pour système de climatisation L'invention se rapporte au domaine général des installations de conditionnement climatique, telles que des installations frigorifiques. Elle 5 traite plus particulièrement du domaine des circuits de conditionnement pouvant équiper de telles installations. 10 En ce qui concerne les installations de climatisation communément utilisées, il est connu que la puissance frigorifique requise pour une installation conditionne les caractéristiques du groupe de refroidissement qui l'équipe et notamment le débit massique de fluide caloporteur traversant l'évaporateur. Ce débit massique requis conditionne, quant à lui, divers 15 paramètres dimensionnants, tels que la section du tube d'aspiration du compresseur, ou des compresseurs, équipant l'installation, et par voie de conséquence, les dimensions même de ces compresseurs. Cette problématique est par ailleurs également présente dans le cas 20 d'installations réversibles, c'est-à-dire pouvant selon les cas produire du froid ou bien de la chaleur. Les machines dites réversibles sont principalement utilisées pour le chauffage et la climatisation des bâtiments et sont connues sous le nom de climatiseurs réversibles ou pompes à chaleur réversibles. 25 Si l'on souhaite accroitre la puissance d'une telle installation, on est généralement contraint d'apporter au groupe de refroidissement, ou plus généralement de climatisation, des modifications structurelles qui peuvent être difficiles à appliquer. Ces modifications touchent généralement les équipements constituant l'installation mais aussi, malheureusement, les 30 circuits et canalisations reliant les différents éléments entre eux et par suite le débit massique de fluide caloporteur.

Un but de l'invention est de proposer une solution pour augmenter la puissance d'un système de climatisation sans jouer sur le débit massique de 5 fluide caloporteur circulant dans l'installation, en particulier au niveau de l'évaporateur équipant le système. Un autre but de l'invention est de proposer une solution permettant d'accroitre la puissance d'un système de climatisation sans modifier de manière importante sa structure et en particulier les circuits de circulation des 10 fluides. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif sous-refroidisseur pour un système d'échanges thermiques principal destiné à produire du froid et/ou de la chaleur dans une installation, ce système principal comportant au 15 moins un évaporateur, un compresseur, un condenseur et un détendeur reliés les uns aux autres, en circuit fermé, par un circuit de circulation d'un fluide caloporteur. Selon l'invention ce dispositif sous-refroidisseur comporte lui-même au moins un premier évaporateur, un compresseur, un condenseur et un premier détendeur, Ces éléments sont reliés les uns aux autres, en 20 circuit fermé, par un circuit de circulation d'un fluide caloporteur, et sont distincts des éléments constituant le système d'échanges thermiques principal. Le circuit secondaire de l'évaporateur du dispositif sous-refroidisseur selon l'invention est relié au circuit de circulation de fluide caloporteur du système d'échanges thermiques principal au niveau du 25 segment à haute pression de celui-ci, c'est-à-dire en amont du détendeur; tandis que le circuit secondaire de cet évaporateur est relié au circuit de circulation de fluide caloporteur du dispositif selon l'invention. Selon une forme de réalisation, le système d'échanges thermiques 30 principal étant un système réversible comportant des clapets anti-retour et une vanne d'inversion commandable, le circuit primaire de l'évaporateur du dispositif sous-refroidisseur selon l'invention est inséré dans le circuit de circulation de fluide du système principal de façon à être toujours placé dans la portion de circuit haute pression du circuit de circulation de fluide du système principal en amont du détendeur, quel que soit le mode de fonctionnement du système d'échanges thermiques principal. Selon une autre forme de réalisation, le dispositif selon l'invention 5 comporte en outre un second évaporateur et un second détendeur agencés en série dans le circuit de circulation de fluide du dispositif, entre la sortie du premier détendeur et l'entrée du condenseur, de telle façon que lorsque le système d'échanges thermiques principal est à l'arrêt, le dispositif selon l'invention fonctionne de manière autonome comme un système de 10 production de chaleur. Selon une variante de réalisation de la forme précédente, selon laquelle le second évaporateur et l'échangeur évaporateur du système d'échanges thermique principal sont des échangeurs air-fluide, le second 15 évaporateur est positionné de manière adjacente à l'échangeur du système d'échanges thermique principal, de telle façon que des échanges de chaleur par conduction puissent se produire entre ces deux éléments. Selon une autre variante de réalisation le second évaporateur est en 20 outre positionné vis-à-vis de l'échangeur évaporateur du système d'échanges thermique principal de telle façon que ces deux éléments puissent être traversés par un même courant d'air produit par un moyen de ventilation. 25 Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui s'appuie sur les figures annexées qui présentent: 30 - la figurel , une illustration schématique d'une première forme de réalisation du dispositif sous-refroidisseur selon l'invention, le dispositif étant intégré à un système de production de chaleur; - les figures 2 et 3, des illustrations schématiques de la forme de réalisation précédente, le dispositif sous-refroidisseur étant intégré à système 35 de climatisation réversible; - les figures 4 et 5, des illustrations schématiques d'une seconde forme de réalisation du dispositif sous-refroidisseur selon l'invention, le dispositif étant intégré à un système de climatisation réversible.

Dans sa configuration la plus simple, le dispositif 12 selon l'invention se présente comme un groupe de refroidissement annexe qui comporte : - un ou plusieurs compresseurs frigorifiques; - un évaporateur/refroidisseur à échanges fluide-fluide; - un détendeur; - un condenseur. La fonction de ce groupe de refroidissement annexe est d'abaisser la température du fluide caloporteur circulant dans le circuit de fluide 15 caloporteur d'une installation dite système d'échanges thermique principal. Selon l'invention, ce dispositif sous-refroidisseur est monté sur le système d'échanges thermique par l'intermédiaire de l'évaporateur/refroidisseur, dont le circuit primaire est placé dans le circuit de 20 circulation du fluide caloporteur de ce système. Préférentiellement, l'évaporateur/refroidisseur est placé dans le segment à "haute pression" du circuit de circulation de fluide du système principal, c'est-à-dire en aval du compresseur et juste avant le détendeur, de façon à abaisser la température du fluide caloporteur circulant dans le circuit 25 de circulation avant son entrée dans le détendeur. De la sorte, avantageusement, la température du fluide en amont du détendeur étant plus faible, le ratio de liquide en aval du détendeur est plus important et le coefficient de transmission du fluide dans l'échangeur 113 se trouve augmenté, ceci pour un débit massique par ailleurs maintenu 30 identique. L'illustration de la figure 1 présente de façon schématique le dispositif sous-refroidisseur 12 selon l'invention dans une première forme de réalisation. Le dispositif est ici mis en oeuvre au sein d'un système 35 d'échanges thermiques non réversible 11, destiné à récupérer de la chaleur dans le milieu extérieur et à transmettre cette énergie à une installation utilisatrice. Dans l'exemple illustré par la figure 1, le système de conditionnement principal 11 est utilisé pour assurer la production d'eau chaude par l'intermédiaire d'un condenseur 111.

Comme l'illustre la figure 1, le dispositif sous-refroidisseur selon l'invention 12 est couplé au circuit de circulation de fluide 116, 117 dans lequel circule le fluide caloporteur du système principal 11, par l'intermédiaire du circuit primaire de l'évaporateur 123.

Le système principal 11, un système de production d'eau chaude dans l'exemple de la figure 1, comporte, de manière classique, un évaporateur 113, un compresseur 112, un condenseur 111 et un détendeur 114, ces différents éléments étant montés en circuit fermé. Le sens de circulation du fluide caloporteur est figuré par les flèches qui bordent le circuit frigorifique principal 116, 117. Le circuit de circulation de fluide caloporteur principal 116, 117, représenté en trait plein sur la figure, comporte de manière classique une portion 117 dite "à haute pression", représentée en trait épais, qui relie le compresseur 112 à l'échangeur-condenseur 111 et au détendeur 114, ainsi qu'une portion 116 dite "à basse pression", représentée en trait fin, qui relie le détendeur 114 à l'échangeur-évaporateur 113 et au compresseur 112. Le détendeur 114, est un détendeur électronique ou thermostatique comportant un capteur 115 placé dans le circuit de circulation du fluide juste en amont du compresseur 112.

De manière connue, les changements d'états que subit le fluide caloporteur au cours de sa circulation dans le circuit de circulation principal 116, 117 et son passage au travers des différents éléments du système 11 se traduisent par une dissipation d'énergie calorifique dans le milieu extérieur ou une absorption d'énergie calorifique de ce milieu. Les fonctions des différents éléments constituant le système 11, bien connues de l'homme de l'art ne sont pas détaillées ici. Le dispositif 12 selon l'invention est configuré pour agir comme un 35 "sous-refroidisseur" dont le rôle est d'abaisser la température du fluide caloporteur qui circule dans le circuit de circulation de fluide caloporteur 116, 117 du système d'échanges thermiques principal 11. A ce titre il comporte un évaporateur 123 de type "fluide-fluide" dont le circuit primaire, est monté dans la portion 117 du circuit de circulation de fluide principal, entre le condenseur 111 et le détendeur 114, et dont le circuit secondaire est raccordé au circuit 126, 127 de circulation de fluide caloporteur du dispositif, ce second circuit étant indépendant du circuit 116, 117 du système principal 11. Il comporte également un compresseur 122, un condenseur 121 et un détendeur 124, ces différents éléments étant montés également en circuit fermé comme illustré par la figure 1. Le sens de circulation du fluide de refroidissement est figuré par les flèches qui bordent le circuit de circulation de fluide caloporteur 126, 127 du dispositif 12. Le circuit de circulation de fluide caloporteur secondaire 126, 127, représenté en trait pointillé sur la figure, comporte de manière classique une portion 127 dite "à haute pression", qui relie le compresseur 122 au condenseur 121 et au détendeur 124, ainsi qu'une portion 126 dite "à basse pression", qui relie le détendeur 124 à l'évaporateur 123 et au compresseur 122. La portion à haute pression 127 est représentée sur la figure par un trait pointillé épais tandis que la portion basse pression 126 est représentée par un trait pointillé fin. Selon l'invention l'évaporateur 123, à échanges "fluide-fluide", est par exemple un échangeur à plaques (ou équivalent), dont le circuit primaire est placé en série sur le segment à "haute pression" 117 du circuit de circulation de fluide du système principal 11, entre le condenseur 111 et le détendeur 114 et dont le circuit secondaire est placé en série dans le circuit de circulation de fluide 126, 127 du dispositif selon l'invention, entre le détendeur 124 et le compresseur 122.

Ainsi, le fluide frigorigène liquéfié par le condenseur 111 du système principal 11, qui entre dans l'évaporateur 123 à l'état de liquide sous haute pression avec une température élevée, proche de celle de condensation, est avantageusement refroidi lors de la traversée de ce dernier par le contact thermique avec le fluide réfrigérant circulant dans le circuit secondaire de ce même évaporateur 123. Il ressort de celui-ci dans l'état d'un liquide sous haute pression présentant une température avantageusement plus basse. Du point de vue du fonctionnement, le sous-refroidisseur 12 selon l'invention fonctionne de manière classique.

Ainsi, lors de son passage dans l'évaporateur 123, le fluide caloporteur du circuit de circulation 126, 127, initialement a l'état liquide, entre en ébullition et absorbe l'énergie calorifique du fluide caloporteur haute pression du circuit de circulation 116, 117 du système principal. L'évaporateur 123 est de préférence dimensionné de façon à ce que la vaporisation du fluide caloporteur qui circule dans le circuit 126, 127 soit totale à sa sortie. De la sorte on obtient un abaissement maximal de la température du fluide caloporteur du circuit de circulation du système principal 11, après sa traversée de l'évaporateur 123. Le fluide caloporteur qui circule alors à l'état gazeux dans le circuit 15 126, 127 est quant à lui comprimé par le compresseur 122 puis transféré sous forme gazeuse à haute pression vers le condenseur 121 où il est liquéfié. Le fluide liquéfié à haute pression qui ressort du condenseur 121, traverse ensuite le détendeur 124 puis pénètre à nouveau dans l'évaporateur 20 123 essentiellement sous la forme d'un liquide à plus basse pression et plus basse température. Comme dans le cas du fluide caloporteur du circuit principal 116, 117, la liquéfaction du fluide caloporteur qui circule dans le circuit 126,127, se fait 25 par une évacuation de son énergie thermique au profit d'un autre fluide circulant dans le circuit secondaire de l'échangeur-condenseur 121, par exemple, de l'eau ou de l'air. Dans le cas de la figure 1 l'échangeur 121 représenté est par exemple un échangeur refroidi par une boucle d'eau. L'eau de refroidissement ayant traversé le circuit secondaire de l'échangeur 30 121 en ressort réchauffée. Il est à noter qu'afin d'optimiser le rendement énergétique et d'optimiser l'efficacité de l'évaporateur 123, ce dernier est placé dans la portion à haute pression 117 du circuit de circulation du système principal 11, en amont du détendeur 114, dans le sens de circulation du fluide, de préférence entre le condenseur 111 et le détendeur 114. Le positionnement de l'évaporateur 123 en aval du détendeur 114 aurait en effet pour conséquence de diminuer fortement l'efficacité de l'échange thermique entre le fluide du circuit de circulation de fluide 116, 117 du système principal 11 et celui du circuit de circulation de fluide 126, 127 dispositif selon l'invention, du fait d'un écart moyen logarithmique alors plus faible entre la température du fluide dans les circuits primaire et secondaire de l'évaporateur 123.

Cela aurait en outre pour effet de diminuer le rendement énergétique global du système du fait que la température du fluide en aval du détendeur 114 est, par principe, plus faible qu'en amont. Les figures 2 et 3 illustrent quant à elles un exemple de mise en 15 oeuvre de ce dispositif selon l'invention, dans la forme de réalisation de la figure 1, au sein d'un système réversible. A la différence d'un système d'échanges thermiques non réversible, tel que le système 11 de la figure 1, le système réversible 21 comporte, outre 20 les éléments déjà présents sur le système de production de chaleur 11 de la figure 1, quatre clapets anti-retour, 22 à 25, ainsi qu'une vanne d'inversion de cycle 26. Ces éléments sont agencés de façon à permettre la circulation du fluide caloporteur dans le circuit de circulation 216, 217 indifféremment dans un sens de circulation ou dans le sens inverse. 25 Le système 21 comporte également un premier échangeur 213, réversible, c'est-à-dire capable de fonctionner soit en mode condenseur pour évacuer l'énergie calorifique, soit en mode évaporateur pour capturer l'énergie calorifique, ainsi qu'un second échangeur 211 également réversible. De par la présence des clapets anti-retour 22 à 25 et de la vanne 30 d'inversion 26, le système décrit ici peut avantageusement fonctionner de deux façons distinctes, selon la position de la vanne 26. Ainsi, dans une première configuration, illustrée par la figure 2, le système 21 a pour fonction de produire de la chaleur au niveau de 35 l'échangeur 211, c'est à dire au niveau de l'installation sur laquelle il est monté. A cet effet la vanne d'inversion de cycle 26 est actionnée de telle sorte que le sens de circulation du fluide dans le circuit de circulation du fluide caloporteur 216, 217 soit le même que celui de la figure 1.

L'énergie calorifique apportée à l'installation est produite par absorption d'énergie calorifique dans le milieu extérieur par l'échangeur 213 fonctionnant en évaporateur, puis dissipation de cette énergie dans l'installation par l'intermédiaire de l'échangeur 211 fonctionnant alors en condenseur, comme dans le cas de la figure 1.

Dans ce premier cas de fonctionnement, du fait de la présence des clapets anti retour et de la position de la vanne 26 et du jeu des pressions imposées par le compresseur 112 dans cette configuration, le fluide caloporteur circule dans le circuit de circulation du système principal 21 comme indiqué par les flèches; le jeu des pressions empêchant la circulation du fluide caloporteur en sens direct à travers les clapets 24 et 25. Comme dans le cas de la figure 1, grâce à l'action des clapets antiretour 22 et 24, la portion "haute pression" 217 du circuit de circulation du système principal est constituée par la portion qui relie la sortie du compresseur 112 au détendeur 114 en passant par l'échangeur 211 et l'évaporateur 123, portion représentée en trait continu épais sur la figure. La portion "basse pression" 216 du circuit de circulation du système principal est constituée par la portion qui relie la sortie du détendeur 114 à l'entrée du compresseur 112 en passant par l'échangeur 213, portion représentée en trait continu fin sur la figure.

Par suite, l'échangeur évaporateur 123 du dispositif sous-refroidisseur 12 selon l'invention se trouve avantageusement placé dans le segment à "haute pression" 217 entre l'échangeur 211 et le détendeur 114, le fluide caloporteur circulant alors par le clapet 22. De la sorte le dispositif sous-refroidisseur 12 se trouve placé dans une 30 position où il présente une efficacité maximale. Inversement, dans une seconde configuration, illustrée par la figure 3, le système a pour fonction de réaliser un emport de calories au niveau de l'installation sur laquelle il est monté.

A cet effet la vanne d'inversion de cycle 26 est actionnée de telle sorte que le sens de circulation du fluide dans le circuit de circulation de fluide 216, 217 du système d'échanges thermiques principal 21 soit, compte tenu de la présence des clapets, inverse de celui de la figure 1, comme illustré par les flèches. L'emport de calories est réalisé par l'échangeur 211 placé au niveau de l'installation et fonctionnant en évaporateur, cette énergie calorifique étant transmise au milieu extérieur par l'intermédiaire de l'échangeur 213 fonctionnant alors en condenseur.

Grâce à l'action des clapets anti-retour 23 et 24, la portion "haute pression" 217 du circuit de circulation du système principal est constituée par la portion qui relie la sortie du compresseur 112 au détendeur 114 en passant par l'échangeur 213 et l'évaporateur 123. La portion "basse pression" 216 de ce même circuit de circulation est 15 celle qui relie la sortie du détendeur 114 à l'entrée du compresseur 112 en passant par l'échangeur 211. Par suite, comme précédemment, l'évaporateur 123 du dispositif 12 selon l'invention reste, dans ce second cas de fonctionnement, avantageusement placé dans le segment à haute pression 217 du circuit de 20 circulation de fluide du système principal 21, entre l'échangeur 213 et le détendeur 114, le fluide à haute pression circulant alors par le clapet 24. De la sorte le dispositif selon l'invention se trouve encore placé dans une position où il présente une efficacité maximale. 25 Il est à noter, par ailleurs, que, quel que soit le mode de fonctionnement du système principal 21, le sous-refroidisseur actif 12 selon l'invention produit de l'énergie calorifique en sortie du condenseur 121 de, cette énergie a pour origine l'énergie calorifique récupérée par l'évaporateur 123 et l'énergie transférée par le compresseur 122. Ainsi, quel que soit le 30 mode de fonctionnement (production de chaleur ou de froid) du système d'échanges thermiques principal 21, le dispositif sous-refroidisseur 12 selon l'invention fonctionne toujours comme un dispositif producteur de chaleur. Par suite, en ce qui concerne le fonctionnement du système principal 21 en mode "refroidisseur" (figure 3), l'énergie calorifique, captée par le 35 dispositif 12 selon l'invention et évacuée au niveau de l'échangeur 121, peut par exemple être dissipée simplement par échange thermique avec le milieu extérieur. L'abaissement de la température du liquide sur le circuit 217 en aval de l'échangeur 123 et en amont du détendeur 114 a pour conséquence d'augmenter la puissance frigorifique disponible sur l'échangeur 211 ainsi que son coefficient moyen de transmission sans pour autant augmenter le débit massique du circuit 21 .En revanche, en ce qui concerne le fonctionnement du système principal 21 en mode "pompe à chaleur" (figure 2), la chaleur produite par le dispositif selon l'invention peut avantageusement être utilisée, le dispositif 12 constituant alors un étage de puissance supplémentaire capable de fournir de la chaleur à l'installation, chaleur véhiculée par la circulation d'eau qui passe par le circuit secondaire du condenseur 121. Cet apport d'énergie supplémentaire à l'installation est avantageusement réalisé sans augmentation du débit massique de fluide sur le circuit de circulation de fluide 216, 217 du système principal 21.

Ainsi qu'il ressort de la description précédente l'invention permet d'augmenter la puissance frigorifique ou calorifique d'un système d'échanges thermiques classique, sans pour autant avoir à augmenter le débit massique de fluide caloporteur traversant l'évaporateur de ce système ou à modifier les dimensions et caractéristiques des éléments de ce système. La fonction du dispositif selon l'invention étant de capter avec une efficacité optimale l'énergie calorifique contenue par le fluide circulant dans le circuit de circulation de fluide du système principal 21 de façon à augmenter le rendement global du système.

Ce système permet aussi d'augmenter le rendement énergétique de l'évaporateur 213 du système principal 21 en améliorant son coefficient moyen de transmission par une quantité supérieure de réfrigérant à l'état liquide dans celui-ci. Pour les systèmes fonctionnant en «pompe à chaleur» (figure 2), l'invention permet d'augmenter la puissance calorifique disponible sans dégrader le rendement du système principal, ce dernier peut même se trouver augmenté si la température d'évaporation du sous-refroidisseur actif est supérieure à la température d'évaporation du système frigorifique standard.

En ce qui concerne les systèmes mixtes, un positionnement judicieux de l'échangeur 123 du dispositif selon l'invention vis-à-vis des clapets antiretour qui définissent le sens de circulation du fluide caloporteur dans le circuit de circulation 216, 217 du système principal 21 permet avantageusement de maintenir une efficacité optimale du dispositif sous-refroidisseur 12 dans les deux modes de fonctionnement du système principal. Les figures 4 et 5 illustrent quant à elles une deuxième forme de réalisation du dispositif selon l'invention, placé au sein d'un système réversible. Cette seconde forme de réalisation constitue une optimisation, en termes de rendement et de souplesse de fonctionnement, de la forme de réalisation des figures 2 et 3.

Comme dans l'exemple de réalisation précédent, illustré par les figures 2 et 3, le dispositif sous-refroidisseur 41 selon l'invention vient s'intégrer au système d'échanges thermiques principal 21, sans en modifier substantiellement la structure. En, particulier le débit massique du fluide caloporteur traversant le circuit de circulation de fluide du système principal 21 reste inchangé. Le fonctionnement du système principal n'est ainsi pas modifié. Cependant, dans ce second mode de mise en oeuvre particulier, le dispositif 41 selon l'invention comporte, outre les composants décrits précédemment, un second évaporateur 42 ainsi qu'un second détendeur 43, ces deux éléments étant insérés en série dans un segment complémentaire 44 du circuit de circulation du fluide caloporteur du dispositif, comme illustré par la figure 4. L'évaporateur 42 est ainsi placé en aval du détendeur 124 dont l'entrée est reliée à la portion "haute pression" 127 du circuit de circulation, portion figurée en trait pointillé épais sur la figure, et en amont du détendeur 43 dont la sortie est reliée à la portion "basse pression" 126 de ce même circuit, portion figurée en trait pointillé fin sur la figure. Selon l'invention les détendeurs 124 et 43, sont ici configurés de telle façon qu'à l'intérieur de cette portion 44 du circuit de circulation, le fluide caloporteur circule à une pression intermédiaire entre la "haute pression de 35 la portion de circuit 127 et la "basse pression" de la portion de circuit 126.

Par ailleurs, l'évaporateur 42 est lui-même configuré de telle façon qu'à sa sortie le fluide caloporteur ne soit que partiellement vaporisé, l'évaporation complète du fluide devant se produire à basse pression dans l'évaporateur 123. Le détendeur 124, comme le détendeur 114, est un détendeur électronique ou thermostatique comportant un capteur 125 placé dans le circuit de circulation du fluide juste en amont du compresseur 122. Le détendeur 43, quant à lui est un détendeur à commande électrique ou électronique. Comme on peut le constater à partir des figures 4 et 5, une telle configuration permet avantageusement de disposer d'un dispositif sous-refroidisseur 41 pouvant fonctionner de manière autonome, indépendamment du système principal 21. Cette optimisation permet ainsi la mise en fonction du dispositif 41 selon l'invention même si le système principal 21 est à l'arrêt, la présence d'un évaporateur 42 non lié au système principal permettant de gérer une production d'énergie calorifique au niveau du condenseur 121, sans qu'il soit nécessaire de produire de la chaleur ou du froid au niveau de l'échangeur 211 du système principal 21. Une telle structure permet de distinguer ainsi différents modes de fonctionnement de l'ensemble: - un mode n°1 dans lequel le système principal 21 et le dispositif sous- refroidisseur 41 sont tous les deux en marche; - un mode n°2 dans lequel le système principal 21 est en fonctionnement seul. Le compresseur 122 du dispositif sous-refroidisseur 41, responsable de la circulation du fluide caloporteur dans le dispositif 41 est 25 alors arrêté; - un mode n°3 dans lequel le système principal 21 est à l'arrêt et le dispositif sous-refroidisseur 41 en marche. Le compresseur 112 du système principal 21, responsable de la circulation du fluide caloporteur dans ce système est alors arrêté; 30 - un mode n°4 dans lequel le système principal 21 et le dispositif sous- refroidisseur 41 sont tous les deux à l'arrêt. Selon l'invention, l'évaporateur 42 du dispositif sous-refroidisseur 41 selon l'invention est placé au contact de l'échangeur 213 du système 35 principal 21. Selon le mode de réalisation choisie les circuits de circulations des fluides des deux éléments 42 et 213 peuvent être complètement imbriqués, les deux éléments formant alors une seule structure, ou bien simplement juxtaposés, les deux éléments 42 et 213 étant placés en contact l'un de l'autre.

Dans ce dernier cas, si le système est équipé d'un moyen de ventilation 45 capable de forcer une circulation d'air au travers de l'évaporateur 42 et de l'échangeur 213, comme c'est généralement le cas, il convient de commander le moyen de ventilation 45 de telle façon que, compte tenu des positions relatives de l'évaporateur 42 et de l'échangeur 213 vis-à-vis du moyen de ventilation 45, le sens de circulation d'air imposé au travers de ces deux éléments permette d'optimiser, selon les cas, le rendement énergétique du système principal 21 ou bien celui du dispositif selon l'invention 41.

La figure 4, illustre plus particulièrement le cas où le système principal 21 fonctionne, de manière analogue au cas de la figure 2, en mode de production de chaleur, l'évaporateur 42 du dispositif selon l'invention 41 étant placé entre l'échangeur 213 du système principal et le moyen de ventilation 45.

Dans ce cas, en considérant que le système global fonctionne selon le mode n°1 décrit précédemment (les deux compresseurs 112 et 122 étant en marche), le détendeur 43 est commandé de façon à produire une détente du fluide caloporteur qui le traverse, ce qui diminue la pression et la température de ce dernier avant son entrée dans l'évaporateur 123.

L'abaissement de température ainsi obtenu favorise avantageusement un abaissement maximal de la température du fluide caloporteur du circuit du système principal 21 lors de sa traversée du circuit primaire de l'évaporateur 123. On favorise du même coup un accroissement du rendement énergétique du système principal 21.

Par suite le fluide caloporteur du circuit de circulation du dispositif 41 selon l'invention est alors totalement à l'état de vapeur en sortie de l'évaporateur 123. Ce fluide caloporteur est ensuite comprimé par le compresseur 122 et re-liquéfié sous forme de liquide à haute pression dans le condenseur 121. Le fluide sous forme liquide à haute pression est ensuite détendu pendant sa traversée du détendeur 124 et traverse l'évaporateur 42 où il est partiellement vaporisé puis retourne dans le détendeur 43. La figure 5, quant à elle, illustre plus particulièrement le cas où le système principal 21 fonctionne, de manière analogue au cas de la figure 3, en mode de production de froid, l'évaporateur 42 du dispositif selon l'invention 41 étant, comme précédemment, placé entre l'échangeur 213 du système principal et le moyen de ventilation 45. Dans ce cas, en considérant que le système global fonctionne selon le mode n°1 décrit précédemment (les deux compresseurs 112 et 122 étant en marche), le détendeur 43 est commandé de façon à produire une détente minimal, voire nulle, du fluide caloporteur qui le traverse. Le fluide caloporteur entre ainsi dans l'évaporateur 123 à la température qu'il a en sortie de l'évaporateur 42.

Par suite le fluide caloporteur du circuit de circulation de fluide du dispositif 41 selon l'invention est alors totalement à l'état de vapeur. Ce fluide caloporteur est ensuite comprimé par le compresseur 122 et re-liquéfié sous forme de liquide à haute pression dans le condenseur 121. Le fluide sous forme liquide à haute pression est ensuite détendu pendant sa traversée du détendeur 124 et traverse l'évaporateur 42 où il est partiellement vaporisé puis retourne dans le détendeur 43. Il est à noter qu'au cours de ce processus de fonctionnement le dispositif 41 selon l'invention produit, comme cela a été dit précédemment, une énergie calorifique qui est dissipée au niveau du condenseur 121 et ce quel que soit le mode de fonctionnement du système d'échanges thermiques principal 21 (production de chaleur ou de froid). Cette énergie calorifique résulte de l'énergie calorifique récupérée par l'évaporateur 123, par l'évaporateur 42, ainsi que de l'énergie calorifique produite par le compresseur 122. Elle est transmise au milieu extérieur par le circuit secondaire du condenseur 121. Elle peut être récupérée pour usage au moyen d'une circulation d'eau par exemple, comme illustré par les figures 4 et 5. Il est à noter par ailleurs que dans le cas où le système principal 21 est arrêté, le dispositif sous-refroidisseur selon l'invention 41 reste en 35 mesure, comme cela a été dit précédemment, de fonctionner de manière autonome, comme un système de production de chaleur. Dans ce cas cependant, l'évaporation du fluide caloporteur du circuit de circulation du dispositif selon l'invention est intégralement réalisée au niveau de l'évaporateur 42. L'énergie calorifique produit, qui est dissipée au niveau du condenseur 121, résulte alors seulement de l'énergie calorifique récupérée par l'évaporateur 42, ainsi que de l'énergie calorifique produite par le compresseur 122.

Claims (5)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif sous-refroidisseur (12) pour système d'échanges thermiques principal (11) destiné à produire du froid et/ou de la chaleur dans une installation, ledit système (11) comportant au moins un évaporateur (113), un compresseur (112), un condenseur (111) et un détendeur (114) reliés les uns aux autres, en circuit fermé, par un circuit (116, 117) de circulation d'un fluide caloporteur; caractérisé en ce qu'il comporte lui-même au moins un premier évaporateur (123), un compresseur (122), un condenseur (121) et un premier détendeur (124) reliés les uns aux autres, en circuit fermé, par un circuit (126, 127) de circulation d'un fluide caloporteur, les éléments (121, 122, 123, 124) constituant le dispositif (12) étant distincts des éléments constituant le système d'échanges thermiques principal (11); le circuit primaire de l'évaporateur (123) du dispositif étant relié au circuit (116, 117) de circulation de fluide caloporteur du système d'échanges thermiques principal (11) au niveau du segment à haute pression (117) de celui-ci, en amont du détendeur (114); le circuit secondaire de l'évaporateur (123) dudit dispositif (12) étant relié au circuit (126) de circulation de fluide caloporteur de ce dernier.
2. 2. Dispositif (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'échanges thermiques principal (21) étant un système réversible comportant des clapets anti-retour (22, 23, 24, 25) et une vanne d'inversion (26) commandable, le circuit primaire de l'évaporateur (123) du dispositif est inséré dans le circuit de circulation de fluide (216, 217) du système principal (21) de telle façon qu'il se trouve toujours placé dans la portion de circuit haute pression (217) du circuit de circulation de fluide du système principal en amont du détendeur (114), quel que soit le mode de fonctionnement du système d'échanges thermiques principal (21).
3. 3. Dispositif (41) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un second évaporateur (42) et un second détendeur (43) agencés en série dans le circuit de circulationde fluide du dispositif, entre la sortie du premier détendeur (124) et l'entrée du premier évaporateur (123), de telle façon que lorsque le système d'échanges thermiques principal (21) est à l'arrêt, le dispositif selon l'invention fonctionne de manière autonome comme un système de production de chaleur.
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second évaporateur (42) et l'échangeur (213) du système d'échanges thermique principal (21) étant des échangeurs air-fluide, le second évaporateur (42) est positionnés de manière adjacente à l'échangeur (213) du système d'échanges thermique principal (21), de telle façon que des échanges de chaleur par conduction puissent se produire entre ces deux éléments.
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second évaporateur (42) est positionné de telle façon que le second évaporateur (42) et l'échangeur (213) du système d'échanges thermique principal (21) puissent être traversés par un même courant d'air produit par un moyen de ventilation (45).20