FR3094466A1

FR3094466A1 - COOLING CIRCUIT WITH ACCUMULATION OF CALORIFIC ENERGY INCLUDING A LOOP OF DISCHARGE PER THERMOSIPHON

Info

Publication number: FR3094466A1
Application number: FR1903328A
Authority: FR
Inventors: Romuald HUNLEDE; Denis LEDUCQ
Original assignee: Institut National de Recherche en Sciences et Technologies Pour Lenvironnement et lAgriculture IRSTEA
Current assignee: Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: FR3094466B1; WO2020201116A1

Abstract

L’invention concerne notamment un circuit frigorifique (30) à accumulation d’énergie calorifique à compression de vapeur comprenant un accumulateur (44) d’énergie disposé à une hauteur supérieure à celle d’un évaporateur (38) du circuit frigorifique (30) le long d’un axe vertical, dans lequel l’accumulateur (44) est disposé dans une boucle de décharge (52) et configuré pour générer une circulation du fluide frigorigène par thermosiphon à l’intérieur de la boucle de décharge (52) entre l’accumulateur (44) et l’évaporateur (38) lorsque la boucle de décharge (52) est isolée. Figure pour l’abrégé : Fig. 2The invention relates in particular to a refrigeration circuit (30) with vapor compression heat energy storage comprising an energy accumulator (44) disposed at a height greater than that of an evaporator (38) of the refrigeration circuit (30). along a vertical axis, in which the accumulator (44) is disposed in a discharge loop (52) and configured to generate a circulation of the refrigerant by thermosyphon within the discharge loop (52) between the accumulator (44) and the evaporator (38) when the discharge loop (52) is isolated. Figure for the abstract: Fig. 2

Description

REFRIGERATION CIRCUIT WITH CALORIFIC ENERGY STORAGE INCLUDING A THERMOSIPHON DISCHARGE LOOP

La présente invention concerne un circuit frigorifique à accumulation d’énergie calorifique comprenant une boucle de décharge par thermosiphon. L’invention concerne également un kit d’accumulation d’énergie calorifique configuré pour être raccordé à un circuit frigorifique pour former un tel circuit frigorique à accumulation d’énergie calorifique. Par ailleurs, l’invention concerne un procédé de régulation d’un tel circuit frigorifique à accumulation d’énergie calorifique.The present invention relates to a heat energy storage refrigeration circuit comprising a thermosiphon discharge loop. The invention also relates to a heat energy storage kit configured to be connected to a refrigeration circuit to form such a heat energy storage refrigeration circuit. Furthermore, the invention relates to a method for regulating such a heat energy storage refrigeration circuit.

Dans le domaine des circuits frigorifiques à cycle de compression de vapeur, le stockage de l’énergie calorifique est un enjeu important sur le plan de la consommation d’énergie et de l’autonomie du circuit frigorifique.In the field of vapor compression cycle refrigeration circuits, the storage of heat energy is an important issue in terms of energy consumption and the autonomy of the refrigeration circuit.

Tel que représenté en figure 1, un circuit frigorifique 10 forme généralement une boucle thermodynamique de circulation d’un fluide comprenant en série un compresseur 12, un condenseur 14, un détendeur 16 ainsi qu’un évaporateur 18. Cet évaporateur 16 permet usuellement un échange de chaleur entre le fluide circulant à l’intérieur de la boucle de circulation et une enceinte à refroidir extérieure à la boucle de circulation. Cette enceinte à refroidir est par exemple la cavité interne d’un réfrigérateur. En fonctionnement, l’alimentation en énergie électrique du circuit frigorifique 10 permet à la boucle thermodynamique de fournir du froid à l’enceinte à refroidir. Sans alimentation électrique, l’évaporateur 18 ne permet plus de refroidir l’enceinte à refroidir.As shown in Figure 1, a refrigeration circuit 10 generally forms a thermodynamic fluid circulation loop comprising in series a compressor 12, a condenser 14, an expansion valve 16 and an evaporator 18. This evaporator 16 usually allows an exchange of heat between the fluid circulating inside the circulation loop and an enclosure to be cooled outside the circulation loop. This enclosure to be cooled is for example the internal cavity of a refrigerator. In operation, the electrical power supply of the refrigeration circuit 10 allows the thermodynamic loop to supply cold to the enclosure to be cooled. Without a power supply, the evaporator 18 can no longer cool the enclosure to be cooled.

Ainsi, l’addition d’une fonction de stockage de l’énergie calorifique permet d’apporter une autonomie au circuit frigorifique en l’absence d’alimentation électrique, de lisser les pics de consommation et de produire sélectivement du froid lorsque les conditions sont favorables ou que le tarif de l’électricité est avantageux.Thus, the addition of a heat energy storage function makes it possible to provide autonomy to the refrigeration circuit in the absence of electrical power, to smooth out consumption peaks and to selectively produce cold when conditions are poor. favorable or that the electricity tariff is advantageous.

Le stockage de l’énergie calorifique est généralement réalisé en utilisant un matériau apte à stocker de l’énergie calorifique et à la restituer au moment choisi. Différentes techniques sont connues pour la mise en œuvre de ce matériau pour stocker de l’énergie calorifique.The storage of heat energy is generally achieved by using a material capable of storing heat energy and releasing it at the chosen time. Different techniques are known for the implementation of this material to store heat energy.

Une première technique consiste à réaliser le stockage de l’énergie calorifique par contact direct de ce matériau avec l’évaporateur du circuit calorifique. Ainsi, le matériau est généralement disposé à l’intérieur de l’évaporateur. Cette technique est par exemple communément utilisée dans les réfrigérateurs et congélateurs domestiques et les évaporateurs de climatisation dans le domaine automobile. Cette technique peut également mettre en œuvre un phénomène de thermosiphon à l’intérieur de l’évaporateur du circuit frigorifique.A first technique consists in carrying out the storage of calorific energy by direct contact of this material with the evaporator of the calorific circuit. Thus, the material is usually placed inside the evaporator. This technique is for example commonly used in domestic refrigerators and freezers and air conditioning evaporators in the automotive field. This technique can also implement a thermosiphon phenomenon inside the refrigeration circuit evaporator.

D’autres techniques consistent à ajouter dans la boucle de circulation un accumulateur d’énergie ou à réaliser un échange convectif avec l’air froid. Par ailleurs une autre technique consiste à utiliser une boucle secondaire de circulation d’un fluide caloporteur pour réaliser un stockage distant du circuit frigorique.Other techniques consist of adding an energy accumulator to the circulation loop or carrying out a convective exchange with the cold air. In addition, another technique consists in using a secondary circulation loop of a heat transfer fluid to achieve remote storage of the refrigeration circuit.

Toutefois ces techniques de stockage de l’énergie calorifique sont soit intégrées aux organes de la boucle thermodynamique du circuit frigorifique soit difficiles et couteuses à mettre en œuvre. En particulier, les techniques intégrant directement le matériau de stockage d’énergie dans l’évaporateur de la boucle thermodynamique ont une incidence sur l’encombrement et la technologie de l’évaporateur utilisé. Ceci est d’autant plus dommageable que l’évaporateur est l’interface entre le circuit frigorifique et l’enceinte à refroidir. Ainsi, l’introduction de contraintes quant à sa technologie et son encombrement ne permettent pas une flexibilité satisfaisante dans la conception du circuit frigorifique.However, these heat energy storage techniques are either integrated into the components of the thermodynamic loop of the refrigeration circuit or are difficult and expensive to implement. In particular, the techniques directly integrating the energy storage material in the evaporator of the thermodynamic loop have an impact on the size and the technology of the evaporator used. This is all the more damaging as the evaporator is the interface between the refrigeration circuit and the enclosure to be cooled. Thus, the introduction of constraints regarding its technology and its size do not allow satisfactory flexibility in the design of the refrigeration circuit.

De plus, ces techniques intégrées ne permettent pas à un circuit frigorifique existant n’ayant pas de fonction de stockage de pouvoir être équipé simplement et rapidement de cette fonction sans remplacement de l’évaporateur ou modifications profondes du circuit frigorifique.In addition, these integrated techniques do not allow an existing refrigeration circuit that does not have a storage function to be equipped simply and quickly with this function without replacing the evaporator or major modifications to the refrigeration circuit.

Par ailleurs, l’intégration du matériau directement dans l’évaporateur du circuit frigorifique ne permet généralement pas d’obtenir un mode de fonctionnement où le stockage du froid n’est pas réalisé ce qui est néfaste tant en termes de souplesse d’utilisation qu’en consommation d’énergie.Furthermore, the integration of the material directly into the evaporator of the refrigeration circuit does not generally make it possible to obtain an operating mode where the cold is not stored, which is harmful both in terms of flexibility of use and in energy consumption.

L’utilisation de moyens d’entrainement du fluide lors du déstockage du froid, telle qu’une pompe, est également un inconvénient important pour des raisons acoustiques.The use of means for driving the fluid during cold destocking, such as a pump, is also a major drawback for acoustic reasons.

Il existe donc un besoin pour un circuit frigorifique intégrant une fonction de stockage/déstockage d’énergie calorifique plus économique et plus simple à mettre en œuvre, notamment en permettant une intégration ultérieure de cette fonction de stockage d’énergie calorifique sur un circuit frigorifique existant ne comprenant pas cette fonction.There is therefore a need for a refrigeration circuit incorporating a heat energy storage/retrieval function that is more economical and simpler to implement, in particular by allowing subsequent integration of this heat energy storage function on an existing refrigeration circuit. not understanding this feature.

Pour cela l’invention concerne un circuit frigorifique à accumulation d’énergie calorifique dans lequel un fluide frigorigène est destiné à circuler, comprenant un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur montés en série les uns par rapport aux autres, le circuit frigorifique comprenant également une branche de détente reliant le détendeur à l’évaporateur et une branche de compression reliant l’évaporateur au compresseur,
le circuit frigorifique comprenant en outre :
un accumulateur d’énergie calorifique entre le détendeur et le compresseur, l’accumulateur étant disposé à une hauteur supérieure à celle de l’évaporateur le long d’un axe vertical,
une branche de retour dont une première extrémité est raccordée à la branche de compression entre l’évaporateur et le compresseur et une deuxième extrémité est raccordée à la branche de détente entre le détendeur et l’évaporateur,
une première vanne d’isolement disposée dans la branche de détente entre le détendeur et la deuxième extrémité de la branche de retour,
une deuxième vanne d’isolement disposée dans la branche de compression entre la première extrémité de la branche de retour et le compresseur,
une vanne de retour disposée dans la branche de retour et configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de retour entre la branche de compression et la branche de détente,
dans lequel la branche de retour, une portion de la branche de détente entre la deuxième extrémité de la branche de retour et l’évaporateur et une portion de la branche de compression entre l’évaporateur et la première extrémité de la branche de retour forment une boucle de décharge d’énergie calorifique, et
dans lequel l’accumulateur est disposé dans la boucle de décharge et configuré pour générer une circulation du fluide frigorigène par thermosiphon à l’intérieur de la boucle de décharge entre l’accumulateur et l’évaporateur lorsque les première et deuxième vannes d’isolement sont fermées pour isoler la boucle de décharge.For this, the invention relates to a heat energy storage refrigeration circuit in which a refrigerant is intended to circulate, comprising a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator mounted in series with respect to each other, the refrigeration circuit also comprising an expansion branch connecting the expander to the evaporator and a compression branch connecting the evaporator to the compressor,
the refrigeration circuit further comprising:
a heat energy accumulator between the expander and the compressor, the accumulator being arranged at a height greater than that of the evaporator along a vertical axis,
a return branch, a first end of which is connected to the compression branch between the evaporator and the compressor and a second end is connected to the expansion branch between the expander and the evaporator,
a first isolation valve arranged in the expansion branch between the regulator and the second end of the return branch,
a second isolation valve arranged in the compression branch between the first end of the return branch and the compressor,
a return valve arranged in the return branch and configured to prevent the refrigerant from circulating in the return branch between the compression branch and the expansion branch,
wherein the return leg, a portion of the expansion leg between the second end of the return leg and the evaporator and a portion of the compression leg between the evaporator and the first end of the return leg form a heat energy discharge loop, and
wherein the accumulator is disposed in the discharge loop and configured to generate thermosiphonic refrigerant circulation within the discharge loop between the accumulator and the evaporator when the first and second isolation valves are closed to isolate the discharge loop.

Le stockage du froid par un organe distinct de l’évaporateur permet d’améliorer la souplesse de conception de l’évaporateur et permet à la fonction de stockage d’être rapportée aisément sur un circuit frigorifique existant n’ayant pas cette fonction. La fonction de stockage et de déstockage du froid est ainsi indépendante de la technologie d’évaporateur utilisée, notamment s’il est ventilé ou non. De plus, l’accumulateur peut ainsi être placé en dehors de l’enceinte à refroidir, ce qui représente un avantage important par rapport à un dispositif où la fonction de stockage et de déstockage est intégrée à l’évaporateur. L’accumulateur n’occupe ainsi pas de volume « utile » dans l’enceinte à refroidir. La densité de stockage, i.e. le volume occupé par le matériau de stockage en relation avec le volume total de l’accumulateur, dans un accumulateur indépendant est plus grande que dans les solutions connues d’accumulateur intégré à l’évaporateur.Storing the cold by a component separate from the evaporator makes it possible to improve the design flexibility of the evaporator and allows the storage function to be easily transferred to an existing refrigeration circuit that does not have this function. The cold storage and retrieval function is thus independent of the evaporator technology used, in particular whether it is ventilated or not. In addition, the accumulator can thus be placed outside the enclosure to be cooled, which represents a significant advantage compared to a device where the storage and retrieval function is integrated into the evaporator. The accumulator thus does not occupy any “useful” volume in the enclosure to be cooled. The storage density, i.e. the volume occupied by the storage material in relation to the total volume of the accumulator, in an independent accumulator is greater than in the known solutions of an accumulator integrated into the evaporator.

De plus, une portion de la boucle de décharge peut être formée par le circuit frigorifique existant de sorte qu’un un faible nombre de composants sont à rapporter au circuit frigorifique pour réaliser la fonction de stockage et de déstockage. En effet, la boucle de décharge peut n’avoir que deux points de raccordements avec le circuit existant et être rapportée « en bloc » ce qui facilite son intégration. De plus, la possibilité de stocker le froid par contact direct du fluide frigorigène avec l’accumulateur, i.e. sans échangeur de chaleur intermédiaire, permet de stocker du froid à une température plus basse que dans un dispositif où un tel échangeur de chaleur intermédiaire est utilisé. L’efficacité du stockage et du déstockage est donc meilleure ici.In addition, a portion of the discharge loop can be formed by the existing refrigeration circuit so that a small number of components have to be added to the refrigeration circuit to perform the storage and retrieval function. Indeed, the discharge loop can have only two connection points with the existing circuit and be added "en bloc" which facilitates its integration. In addition, the possibility of storing cold by direct contact of the refrigerant with the accumulator, ie without an intermediate heat exchanger, makes it possible to store cold at a lower temperature than in a device where such an intermediate heat exchanger is used. . The efficiency of storage and retrieval is therefore better here.

La réalisation d’une boucle de décharge du fluide frigorigène par thermosiphon permet de générer une circulation du fluide frigorigène par gravité de l’accumulateur vers l’évaporateur et par différence de pression de l’évaporateur vers l’accumulateur. La circulation du fluide frigorigène à l’intérieur de la boucle de décharge est ainsi réalisée sans pompe ou autres moyens d’entrainement additionnels. Ceci permet à la fonction de déstockage du froid d’être réalisée de manière très silencieuse et très économique, notamment en comparaison avec un dispositif utilisant une pompe.The realization of a refrigerant discharge loop by thermosiphon makes it possible to generate a circulation of the refrigerant by gravity from the accumulator to the evaporator and by pressure difference from the evaporator to the accumulator. The circulation of the refrigerant inside the discharge loop is thus achieved without a pump or other additional drive means. This allows the cold destocking function to be carried out in a very silent and very economical way, in particular in comparison with a device using a pump.

Le circuit frigorifique peut aussi comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible.The refrigeration circuit may also include one or more of the following characteristics taken in any technically permissible combination.

Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, l’accumulateur est configuré, lorsque les première et deuxième vannes d’isolement sont fermées pour isoler la boucle de décharge, pour générer une circulation du fluide frigorigène par différence de pression de l’évaporateur vers l’accumulateur et pour générer une circulation du fluide frigorigène par gravité de l’accumulateur vers l’évaporateur.According to one embodiment of the refrigeration circuit, the accumulator is configured, when the first and second isolation valves are closed to isolate the discharge loop, to generate circulation of the refrigerant by pressure difference from the evaporator to the accumulator and to generate a flow of refrigerant by gravity from the accumulator to the evaporator.

Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, l’accumulateur est configuré de sorte que l’énergie calorifique accumulée par l’accumulateur permet de condenser le fluide frigorigène circulant à travers l’accumulateur.According to one embodiment of the refrigeration circuit, the accumulator is configured so that the calorific energy accumulated by the accumulator makes it possible to condense the refrigerant fluid circulating through the accumulator.

Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, l’accumulateur comprend un matériau à changement de phase configuré pour échanger de la chaleur avec le fluide frigorigène circulant au travers de l’accumulateur.According to one embodiment of the refrigeration circuit, the accumulator comprises a phase change material configured to exchange heat with the refrigerant flowing through the accumulator.

Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, celui-ci comprend en outre une branche de dérivation de l’accumulateur dont une première extrémité est raccordée en amont de l’accumulateur et dont une deuxième extrémité est raccordée en aval de l’accumulateur par rapport au sens de circulation du fluide frigorigène dans le circuit frigorifique.According to one embodiment of the refrigeration circuit, the latter further comprises a bypass branch of the accumulator, a first end of which is connected upstream of the accumulator and a second end of which is connected downstream of the accumulator with respect to the direction of flow of the refrigerant in the refrigeration circuit.

Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, celui-ci comprend en outre une vanne de dérivation disposée dans la branche de dérivation et configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de dérivation lorsque la vanne de dérivation est fermée.According to one embodiment of the refrigeration circuit, the latter further comprises a bypass valve arranged in the bypass branch and configured to prevent the refrigerant from circulating in the bypass branch when the bypass valve is closed.

Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, celui-ci comprend en outre un contrôleur configuré pour commander sélectivement la fermeture ou l’ouverture de la vanne de retour, des première et deuxième vannes d’isolement et, le cas échéant, de la vanne de dérivation.According to one embodiment of the refrigeration circuit, the latter further comprises a controller configured to selectively control the closing or opening of the return valve, of the first and second isolation valves and, if applicable, of the valve derivation.

Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, la distance séparant l’accumulateur de l’évaporateur le long de l’axe vertical est supérieure ou égale à 30cm, de préférence supérieure ou égale à 50cm, de manière encore préférée supérieure ou égale à 90cm.According to one embodiment of the refrigeration circuit, the distance separating the accumulator from the evaporator along the vertical axis is greater than or equal to 30cm, preferably greater than or equal to 50cm, even more preferably greater than or equal to 90cm .

L’invention concerne également un kit d’accumulation d’énergie calorifique configuré pour être raccordé à un circuit frigorifique dans lequel un fluide frigorigène est destiné à circuler, le circuit frigorifique comprenant un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur montés en série les uns par rapport aux autres, le circuit frigorifique comprenant également une branche de détente reliant le détendeur à l’évaporateur et une branche de compression reliant l’évaporateur au compresseur , le kit d’accumulation comprenant :
un accumulateur d’énergie calorifique configuré pour être raccordé entre le détendeur et le compresseur, l’accumulateur étant disposé à une hauteur supérieure à celle de l’évaporateur le long d’un axe vertical,
une branche de retour dont une première extrémité est configurée pour être raccordée à la branche de compression entre l’évaporateur et le compresseur et une deuxième extrémité est configurée pour être raccordée à la branche de détente entre le détendeur et l’évaporateur,
une vanne de retour disposée dans la branche de retour et configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de retour entre la branche de compression et la branche de détente,
la branche de retour, une portion de la branche de détente entre la deuxième extrémité de la branche de retour et l’évaporateur et une portion de la branche de compression entre l’évaporateur et la première extrémité de la branche de retour formant une boucle de décharge d’énergie calorifique, et
dans lequel l’accumulateur est disposé dans la boucle de décharge et configuré pour générer une circulation du fluide frigorigène par gravité et par différence de pression à l’intérieur de la boucle de décharge entre l’accumulateur et l’évaporateur lorsque la boucle de décharge est isolée du reste du circuit frigorifique.The invention also relates to a heat energy accumulation kit configured to be connected to a refrigeration circuit in which a refrigerant is intended to circulate, the refrigeration circuit comprising a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator mounted in series relative to each other, the refrigeration circuit also comprising an expansion branch connecting the expander to the evaporator and a compression branch connecting the evaporator to the compressor, the accumulation kit comprising:
a heat energy accumulator configured to be connected between the expander and the compressor, the accumulator being arranged at a height greater than that of the evaporator along a vertical axis,
a return branch, a first end of which is configured to be connected to the compression branch between the evaporator and the compressor and a second end is configured to be connected to the expansion branch between the expander and the evaporator,
a return valve arranged in the return branch and configured to prevent the refrigerant from circulating in the return branch between the compression branch and the expansion branch,
the return branch, a portion of the expansion branch between the second end of the return branch and the evaporator and a portion of the compression branch between the evaporator and the first end of the return branch forming a heat energy discharge, and
wherein the accumulator is disposed in the discharge loop and configured to generate circulation of refrigerant by gravity and pressure difference within the discharge loop between the accumulator and the evaporator when the discharge loop is isolated from the rest of the refrigeration circuit.

Selon un mode de réalisation du kit d’accumulation, celui-ci comprend en outre l’une ou plusieurs parmi :
une première vanne d’isolement configurée pour être raccordée à la branche de détente entre le détendeur et la deuxième extrémité de la branche de retour, et
une deuxième vanne d’isolement configurée pour être raccordée la branche de compression entre la première extrémité de la branche de retour.According to one embodiment of the accumulation kit, the latter further comprises one or more of:
a first isolation valve configured to be connected to the expansion branch between the regulator and the second end of the return branch, and
a second isolation valve configured to be connected to the compression branch between the first end of the return branch.

Selon un mode de réalisation du kit d’accumulation, celui-ci comprend en outre une branche de dérivation et une vanne de dérivation configurée pour être raccordée à la branche de dérivation de l’accumulateur dont une première extrémité est raccordée en amont de l’accumulateur et dont une deuxième extrémité est raccordée en aval de l’accumulateur par rapport au sens de circulation du fluide frigorigène dans le circuit frigorifique, la vanne de dérivation étant configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de dérivation lorsque la vanne de dérivation est fermée.According to one embodiment of the accumulation kit, the latter further comprises a bypass branch and a bypass valve configured to be connected to the bypass branch of the accumulator, one end of which is connected upstream of the accumulator and of which a second end is connected downstream of the accumulator with respect to the direction of circulation of the refrigerant in the refrigerating circuit, the bypass valve being configured to prevent the refrigerant from circulating in the bypass branch when the bypass is closed.

L’invention concerne en outre un procédé de régulation d’un circuit frigorifique à accumulation d’énergie calorifique tel que présenté ci-avant, comprenant une phase de charge dans laquelle les étapes suivantes sont réalisées :
ouverture des première et deuxième vannes d’isolement,
fermeture de la vanne de retour,
mise en circulation du fluide frigorigène à l’intérieur du circuit frigorifique au travers du compresseur, du condenseur, du détendeur et de l’évaporateur,
le procédé de régulation comprenant en outre une phase de décharge postérieure à la phase de charge dans laquelle l’étape suivante est réalisée :
ouverture de la vanne de retour,
fermeture de la deuxième vanne d’isolement,
fermeture de la première vanne d’isolement pour isoler la boucle de décharge de manière à permettre une circulation du fluide frigorigène par gravité et par différence de pression à l’intérieur de la boucle de décharge entre l’accumulateur et l’évaporateur.The invention further relates to a method for regulating a heat energy storage refrigeration circuit as presented above, comprising a charging phase in which the following steps are carried out:
opening of the first and second isolation valves,
closing the return valve,
circulation of the refrigerant inside the refrigeration circuit through the compressor, the condenser, the expansion valve and the evaporator,
the regulation method further comprising a discharge phase subsequent to the charging phase in which the following step is carried out:
opening of the return valve,
closing the second isolation valve,
closing the first isolation valve to isolate the discharge loop so as to allow circulation of the refrigerant by gravity and by pressure difference inside the discharge loop between the accumulator and the evaporator.

Selon un mode de réalisation du procédé de régulation, la phase de décharge est réalisée à la suite de l’arrêt de la circulation du fluide frigorigène à l’intérieur du circuit frigorifique.According to one embodiment of the regulation method, the discharge phase is carried out following the stopping of the circulation of the refrigerant fluid inside the refrigeration circuit.

Selon un mode de réalisation du procédé de régulation, la fermeture de la première vanne d’isolement est réalisée après une durée prédéterminée à compter de la fermeture de la deuxième vanne d’isolement pour permettre au fluide frigorigène présent en amont de l’évaporateur de migrer vers la boucle de décharge.According to one embodiment of the control method, the closing of the first isolation valve is carried out after a predetermined time from the closing of the second isolation valve to allow the refrigerant present upstream of the evaporator to migrate to the discharge loop.

Selon un mode de réalisation du procédé de régulation, celui-ci comprend en outre une phase de dérivation comprenant les étapes suivantes :
fermeture de la première vanne d’isolement,
ouverture de la vanne de dérivation pour permettre au fluide frigorigène de circuler du détendeur vers le compresseur sans circuler au travers de l’accumulateur.According to one embodiment of the regulation method, the latter further comprises a derivation phase comprising the following steps:
closing the first isolation valve,
opening the bypass valve to allow the refrigerant to flow from the expansion valve to the compressor without flowing through the accumulator.

L'invention n’est pas limitée aux modes de réalisation illustrés dans les dessins.The invention is not limited to the embodiments illustrated in the drawings.

De plus, le terme « comprenant » n’exclut pas d’autres éléments ou étapes. En outre, des caractéristiques ou étapes qui ont été décrites en référence à l’un des modes de réalisation exposés ci-dessus peuvent également être utilisées en combinaison avec d’autres caractéristiques ou étapes d’autres modes de réalisation exposés ci-dessus.Further, the term "comprising" does not exclude other elements or steps. Furthermore, features or steps that have been described with reference to one of the embodiments set forth above may also be used in combination with other features or steps of other embodiments set forth above.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation préférés de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of preferred embodiments of the invention, given by way of example and with reference to the appended drawings.

Les dessins annexés illustrent l’invention :The accompanying drawings illustrate the invention:

représente schématiquement un circuit frigorifique à cycle de compression de vapeur. schematically represents a vapor compression cycle refrigeration circuit.

représente schématiquement un circuit frigorifique à cycle de compression de vapeur comprenant une fonction de stockage et de déstockage du froid.
Description de mode(s) de réalisation schematically represents a refrigerating circuit with a vapor compression cycle comprising a cold storage and retrieval function.
Description of embodiment(s)

Une référence dans toute la spécification à « un mode de réalisation » signifie qu'une fonctionnalité, une structure, ou une caractéristique particulière décrite en relation avec un mode de réalisation est incluse dans au moins un mode de réalisation de la présente invention. Ainsi, l'apparition de l'expression « dans un mode de réalisation » à divers emplacements dans toute la spécification ne fait pas nécessairement référence au même mode de réalisation. En outre, les fonctionnalités, les structures, ou les caractéristiques particulières peuvent être combinées de n'importe quelle manière appropriée dans un ou plusieurs modes de réalisation.Reference throughout the specification to "an embodiment" means that a particular feature, structure, or feature described in connection with an embodiment is included in at least one embodiment of the present invention. Thus, the appearance of the phrase "in one embodiment" at various places throughout the specification does not necessarily refer to the same embodiment. Further, the particular functionalities, structures, or features may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.

Dans la présente description, les termes « décharge » et « déstockage » sont employés en tant que synonymes. De manière similaire, les termes « charge » et « stockage » sont employés en tant que synonymes.In the present description, the terms “unloading” and “destocking” are used as synonyms. Similarly, the terms "load" and "storage" are used synonymously.

Tel que représenté sur la figure 2, un circuit frigorifique 30 à cycle de compression de vapeur comprend un compresseur 32, un condenseur 34, un détendeur 36 et un évaporateur 38 montés en série les uns par rapport aux autres. Ainsi, le circuit frigorifique 30 forme une boucle de circulation d’un fluide frigorigène destiné à circuler dans le circuit frigorifique 30 successivement au travers du compresseur 32, du condenseur 34, du détendeur 36 et de l’évaporateur 38. Le circuit frigorifique 30 comprend également un bulbe de détendeur 62 permettant de mesurer la température à la sortie de l’évaporateur 38 et permet de maintenir le remplissage de l’évaporateur 38 en fluide frigorigène à un niveau satisfaisant. Le bulbe de détendeur 62 est généralement un capteur de température lorsque le détendeur 36 est électronique.As shown in FIG. 2, a vapor compression cycle refrigeration circuit 30 comprises a compressor 32, a condenser 34, an expander 36 and an evaporator 38 connected in series with each other. Thus, the refrigeration circuit 30 forms a circulation loop for a refrigerant intended to circulate in the refrigeration circuit 30 successively through the compressor 32, the condenser 34, the expansion valve 36 and the evaporator 38. The refrigeration circuit 30 comprises also an expander bulb 62 for measuring the temperature at the outlet of the evaporator 38 and makes it possible to maintain the filling of the evaporator 38 with refrigerant at a satisfactory level. Expansion valve bulb 62 is generally a temperature sensor when expansion valve 36 is electronic.

Les premières branches du circuit frigorifique 30 disposées entre le compresseur 32 et le condenseur 34 et entre le condenseur 34 et le détendeur 36 forment une portion dite « haute pression ». De manière similaire, les deuxièmes branches du circuit frigorifique 30 disposées entre le détendeur 36 et l’évaporateur 38 et entre l’évaporateur 38 et le compresseur 32 forment une portion dite « basse pression ». En d’autres termes, la pression et la température du fluide frigorigène sont plus élevées dans les premières branches que dans les deuxièmes branches du circuit frigorifique 30. Ainsi, le fluide frigorigène circule à l’intérieur de la boucle de circulation du compresseur 32 vers le condenseur 34.The first branches of the refrigeration circuit 30 arranged between the compressor 32 and the condenser 34 and between the condenser 34 and the expansion valve 36 form a so-called “high pressure” portion. Similarly, the second branches of the refrigeration circuit 30 arranged between the expansion valve 36 and the evaporator 38 and between the evaporator 38 and the compressor 32 form a so-called “low pressure” portion. In other words, the pressure and the temperature of the refrigerant are higher in the first branches than in the second branches of the refrigeration circuit 30. Thus, the refrigerant circulates inside the circulation loop of the compressor 32 towards condenser 34.

Le circuit frigorifique 30 comprend une branche de détente 40 reliant le détendeur 36 à l’évaporateur 38 et une branche de compression 42 reliant l’évaporateur 38 au compresseur 32.The refrigeration circuit 30 comprises an expansion branch 40 connecting the expander 36 to the evaporator 38 and a compression branch 42 connecting the evaporator 38 to the compressor 32.

Le circuit frigorifique 30 comprend en outre un accumulateur 44 d’énergie calorifique disposé entre le détendeur 36 et le compresseur 32. L’accumulateur 44 est ici disposé dans la branche de détente 40. En d’autres termes, l’accumulateur 44 est disposé entre le détendeur 36 et l’évaporateur 38. De manière alternative, l’accumulateur 44 peut être disposé dans la branche de compression 42 entre l’évaporateur 38 et le compresseur 32.The refrigeration circuit 30 further comprises a heat energy accumulator 44 disposed between the expander 36 and the compressor 32. The accumulator 44 is here disposed in the expansion branch 40. In other words, the accumulator 44 is disposed between the expander 36 and the evaporator 38. Alternatively, the accumulator 44 can be arranged in the compression branch 42 between the evaporator 38 and the compressor 32.

L’accumulateur 44 comprend de préférence un matériau à changement de phase configuré pour échanger de la chaleur avec le fluide frigorigène circulant au travers de l’accumulateur 44. On entend par changement de phase, le changement de l’un des états solide, liquide ou gazeux lorsque le matériau est à une première température du matériau vers un état différent lorsque le matériau est à une deuxième température. La température à laquelle le matériau change d’état est prédéterminée. Le matériau est choisi pour opérer dans une plage préférentielle de températures entre -40°C et 5°C. Cette plage de température correspond à une application dite frigorifique. De préférence, le matériau est choisi de sorte que sa température de fusion est comprise entre -40° et 5°C. Le matériau comprend de préférence au moins l’un parmi un mélange de paraffines, une solution saline et des hydrates de gaz.The accumulator 44 preferably comprises a phase change material configured to exchange heat with the refrigerant flowing through the accumulator 44. By phase change is meant the change of one of the states solid, liquid or gaseous when the material is at a first material temperature to a different state when the material is at a second temperature. The temperature at which the material changes state is predetermined. The material is chosen to operate in a preferred temperature range between -40°C and 5°C. This temperature range corresponds to a so-called refrigeration application. Preferably, the material is chosen so that its melting temperature is between -40° and 5°C. The material preferably comprises at least one of a mixture of paraffins, saline and gas hydrates.

Le circuit frigorifique 30 comprend également une branche de retour 46 comprenant une première extrémité raccordée à la branche de compression 42 entre l’évaporateur 38 et le compresseur 32 et une deuxième extrémité raccordée à la branche de détente 40 entre le détendeur 36 et l’accumulateur 44. En d’autres termes, la branche de retour 46 forme une dérivation de la boucle de circulation du fluide frigorigène dont la première extrémité est raccordée en aval de l’évaporateur 38 et dont la deuxième extrémité est raccordée en amont de l’accumulateur 44. Les termes aval et amont s’entendent en fonction du sens de circulation du fluide frigorigène à l’intérieur de la boucle de circulation.The refrigeration circuit 30 also comprises a return branch 46 comprising a first end connected to the compression branch 42 between the evaporator 38 and the compressor 32 and a second end connected to the expansion branch 40 between the expander 36 and the accumulator 44. In other words, the return branch 46 forms a bypass of the refrigerant circulation loop, the first end of which is connected downstream of the evaporator 38 and the second end of which is connected upstream of the accumulator. 44. The terms downstream and upstream are understood according to the direction of circulation of the refrigerant inside the circulation loop.

Le circuit frigorifique comprend en outre une première 48 et une deuxième 50 vannes d’isolement. La première vanne d’isolement 48 est disposée dans la branche de détente 40 entre le détendeur 36 et la deuxième extrémité de la branche de retour 46. La première vanne d’isolement 48 est configurée pour sélectivement empêcher la circulation du fluide à l’intérieur de la branche de détente 40 en amont de la deuxième extrémité de la branche de retour 46. La deuxième vanne d’isolement 50 est disposée dans la branche de compression 42 entre la première extrémité de la branche de retour 46 et le compresseur 32. La deuxième vanne d’isolement 50 est configurée pour sélectivement empêcher la circulation du fluide à l’intérieur de la branche de compression 42 en aval de la première extrémité de la branche de retour 46. Ainsi, les première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement permettent conjointement d’isoler sélectivement une portion de la boucle de circulation comprenant la branche de retour 46 ainsi que l’accumulateur 44 et l’évaporateur 38. Cette portion forme une boucle de décharge 52 d’énergie calorifique. En d’autres termes, la branche de retour 46, une portion de la branche de détente 40 entre la deuxième extrémité de la branche de retour 46 et l’évaporateur 38 et une portion de la branche de compression 42 entre l’évaporateur 38 et la première extrémité de la branche de retour 46 forment la boucle de décharge 52 d’énergie calorifique. On entend par « décharge » le fait de transférer l’énergie calorifique stockée dans l’accumulateur 44 à l’évaporateur 38 pour refroidir une enceinte à refroidir.The refrigeration circuit also includes a first 48 and a second 50 isolation valves. The first isolation valve 48 is disposed in the expansion branch 40 between the expansion valve 36 and the second end of the return branch 46. The first isolation valve 48 is configured to selectively prevent the flow of fluid inside of the expansion branch 40 upstream of the second end of the return branch 46. The second isolation valve 50 is arranged in the compression branch 42 between the first end of the return branch 46 and the compressor 32. The second isolation valve 50 is configured to selectively prevent the circulation of fluid inside the compression branch 42 downstream of the first end of the return branch 46. Thus, the first 48 and second 50 isolation valves together make it possible to selectively isolate a portion of the circulation loop comprising the return branch 46 as well as the accumulator 44 and the evaporator 38. This portion forms a discharge loop 52 of en calorific energy. In other words, the return branch 46, a portion of the expansion branch 40 between the second end of the return branch 46 and the evaporator 38 and a portion of the compression branch 42 between the evaporator 38 and the first end of the return branch 46 forms the discharge loop 52 of heat energy. By "discharge" is meant the fact of transferring the heat energy stored in the accumulator 44 to the evaporator 38 to cool an enclosure to be cooled.

Cette enceinte à refroidir peut être une enceinte interne à un meuble frigorifique de vente, une pièce d’un logement dont la température est régulée par une installation de climatisation résidentielle, une enceinte interne d’une armoire frigorifique ou d’une chambre froide. La boucle de décharge 52 et le kit d’accumulation 70 décrit ci-après peuvent également être rapportés à une pompe à chaleur.This enclosure to be cooled can be an enclosure internal to a refrigerated display cabinet, a room in a dwelling whose temperature is regulated by a residential air conditioning installation, an internal enclosure of a refrigerated cabinet or a cold room. The discharge loop 52 and the accumulation kit 70 described below can also be attached to a heat pump.

Le circuit frigorifique 30 comprend en outre une vanne de retour 54 disposée dans la branche de retour 46 et configurée pour sélectivement empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de retour 46 entre la branche de compression 42 et la branche de détente 40. En d’autres termes, la vanne de retour 54 permet d’empêcher le retour du fluide frigorigène sortant de l’évaporateur 38 en amont de l’accumulateur 44. Ainsi, la combinaison des première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement et de la vanne de retour 54 permet de placer le circuit frigorifique 30 soit dans une configuration de stockage ou de charge de l’accumulateur 44 soit dans une configuration de déstockage ou de décharge de l’énergie calorifique stockée ou chargée. Dans la configuration de stockage ou de charge, le fluide frigorigène circule du détendeur 36 vers le compresseur 32 en passant successivement par l’accumulateur 44 et l’évaporateur 38 sans pouvoir circuler à l’intérieur de la branche de retour 46. Dans la configuration de déstockage ou de décharge, une partie du fluide frigorigène est enfermé à l’intérieur de la boucle de décharge 52.The refrigeration circuit 30 further comprises a return valve 54 disposed in the return branch 46 and configured to selectively prevent the refrigerant from circulating in the return branch 46 between the compression branch 42 and the expansion branch 40. In d In other words, the return valve 54 prevents the return of the refrigerant leaving the evaporator 38 upstream of the accumulator 44. Thus, the combination of the first 48 and second 50 isolation valves and the valve return 54 makes it possible to place the refrigeration circuit 30 either in a configuration for storing or charging the accumulator 44 or in a configuration for releasing or discharging the heat energy stored or charged. In the storage or charging configuration, the refrigerant circulates from the expander 36 to the compressor 32 passing successively through the accumulator 44 and the evaporator 38 without being able to circulate inside the return branch 46. In the configuration destocking or unloading, part of the refrigerant is enclosed inside the unloading loop 52.

La fermeture et l’ouverture de l’une ou plusieurs parmi la vanne de retour 54 et les première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement sont de préférence commandées sélectivement par un contrôleur 56. Ainsi, le contrôleur 56 permet de placer le circuit frigorifique 30 dans l’une ou l’autre des configurations de décharge ou de charge.The closing and opening of one or more of the return valve 54 and the first 48 and second 50 isolation valves are preferably selectively controlled by a controller 56. Thus, the controller 56 makes it possible to place the refrigeration circuit 30 in either discharge or charge configurations.

Pour permettre la décharge de l’accumulateur 44, celui-ci est configuré pour générer une circulation du fluide frigorigène par thermosiphon à l’intérieur de la boucle de décharge 52 entre l’accumulateur 44 et l’évaporateur 38 lorsque les première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement sont fermées pour isoler la boucle de décharge 52. On entend par « circulation par thermosiphon » le fait que la circulation du fluide frigorigène à l’intérieur de la boucle de décharge 52 est réalisée par différence de pression de l’évaporateur 38 vers l’accumulateur 44 au travers de la branche de retour 46 et par gravité de l’accumulateur 44 vers l’évaporateur 38 au travers de la branche de détente 40.To allow the discharge of the accumulator 44, the latter is configured to generate a circulation of the refrigerant fluid by thermosiphon inside the discharge loop 52 between the accumulator 44 and the evaporator 38 when the first 48 and second 50 isolating valves are closed to isolate the discharge loop 52. By "circulation by thermosiphon" is meant the fact that the circulation of the refrigerant inside the discharge loop 52 is carried out by pressure difference of the evaporator 38 to accumulator 44 through return branch 46 and by gravity from accumulator 44 to evaporator 38 through expansion branch 40.

Pour permettre la circulation du fluide frigorigène par thermosiphon, l’accumulateur 44 est notamment disposé à une hauteur supérieure à celle de l’évaporateur 38 le long d’un axe vertical. Autrement dit, l’accumulateur 44 est disposé à une hauteur supérieure que celle de l’évaporateur 38. De manière préférée, la distance séparant l’accumulateur 44 de l’évaporateur 38 le long de l’axe vertical est supérieure ou égale à 30cm, de préférence supérieure ou égale à 50cm, de manière encore préférée supérieure ou égale à 90cm, de manière encore préférée supérieure ou égale à 100cm. Cette différence de hauteur permet au fluide frigorigène présent au niveau de l’accumulateur 44 de descendre par gravité depuis l’accumulateur 44 vers l’évaporateur 38 et, une fois évaporé par l’évaporateur 38, de remonter par différence de pression vers l’accumulateur 44 au travers de la branche de retour 46. Dans l’exemple représenté en figure 2, l’accumulateur 44 est disposé en amont de l’évaporateur 38 par rapport au sens de circulation du fluide frigorigène. De manière alternative, l’accumulateur 44 est disposé en aval de l’évaporateur 38 et en amont de la première extrémité de la branche de retour 46 par rapport au sens de circulation du fluide frigorigène.To allow circulation of the refrigerant by thermosiphon, the accumulator 44 is in particular arranged at a height greater than that of the evaporator 38 along a vertical axis. In other words, the accumulator 44 is arranged at a higher height than that of the evaporator 38. Preferably, the distance separating the accumulator 44 from the evaporator 38 along the vertical axis is greater than or equal to 30 cm , preferably greater than or equal to 50cm, more preferably greater than or equal to 90cm, more preferably greater than or equal to 100cm. This difference in height allows the refrigerant fluid present at the level of the accumulator 44 to descend by gravity from the accumulator 44 towards the evaporator 38 and, once evaporated by the evaporator 38, to rise by pressure difference towards the accumulator 44 through return branch 46. In the example shown in FIG. 2, accumulator 44 is arranged upstream of evaporator 38 with respect to the direction of circulation of the refrigerant. Alternatively, the accumulator 44 is arranged downstream of the evaporator 38 and upstream of the first end of the return branch 46 with respect to the direction of circulation of the refrigerant.

De plus, l’accumulateur 44 est configuré de sorte que l’énergie calorifique accumulée par le matériau de l’accumulateur 44 permet de condenser le fluide frigorigène circulant à travers l’accumulateur 44 lors d’une phase de décharge du circuit frigorifique 30.In addition, the accumulator 44 is configured so that the calorific energy accumulated by the material of the accumulator 44 makes it possible to condense the refrigerant fluid circulating through the accumulator 44 during a discharging phase of the refrigeration circuit 30.

Ainsi, la chaleur apportée à l’évaporateur 38 pendant la décharge évapore le fluide frigorigène, le fluide frigorigène à l’état gazeux migre ensuite vers l’accumulateur 44 par différence de pression et le matériau de stockage provoque une nouvelle condensation du fluide frigorigène à l’état gazeux. Le fluide frigorigène à l’état liquide redescend alors dans l’évaporateur 38 par gravité, permettant de réalimenter celui-ci en fluide frigorigène à l’état liquide. Une circulation du fluide frigorigène « auto-entretenue » se met en place et un cycle évaporation-condensation s’instaure, ce qui permet de restituer l’énergie calorifique stockée dans le matériau en maintenant à basse température l’évaporateur 38 pendant toute la phase de décharge.Thus, the heat brought to the evaporator 38 during the discharge evaporates the refrigerant, the refrigerant in the gaseous state then migrates towards the accumulator 44 by pressure difference and the storage material causes a new condensation of the refrigerant at the gaseous state. The refrigerant in the liquid state then descends again into the evaporator 38 by gravity, making it possible to replenish the latter with refrigerant in the liquid state. A "self-sustaining" circulation of the refrigerant is set up and an evaporation-condensation cycle is established, which makes it possible to restore the calorific energy stored in the material by maintaining the evaporator 38 at low temperature throughout the entire phase. discharge.

L’utilisation d’une boucle de décharge utilisant le principe du thermosiphon permet de disposer l’accumulateur 44 dans une position distante de l’évaporateur 38, notamment à l’extérieur du dispositif formant l’enceinte à refroidir. Dans l’exemple d’un réfrigérateur, l’évaporateur 38 est usuellement disposé à l’intérieur du réfrigérateur de manière à être en contact ou très proche d’une paroi de l’enceinte à refroidir. Le circuit frigorifique 30 permet l’intégration de l’accumulateur 44 hors du réfrigérateur, i.e. hors des parois extérieures du réfrigérateur. Ainsi, l’intégration de l’accumulateur 44, et plus généralement de la boucle de décharge, à un réfrigérateur dont le circuit frigorifique ne comprend pas de fonction de charge et de décharge est rendu beaucoup plus aisé. En effet, l’intégration de la boucle de décharge sur un circuit frigorifique n’ayant pas de fonction de charge et de décharge peut ainsi être réalisée sur en raccordant les composants sur les portions du circuit frigorifique accessibles à l’extérieur du réfrigérateur. Cet avantage est obtenu pour tout type de dispositif dans lequel l’évaporateur est disposé à l’intérieur de celui-ci.The use of a discharge loop using the principle of the thermosiphon makes it possible to place the accumulator 44 in a position remote from the evaporator 38, in particular outside the device forming the enclosure to be cooled. In the example of a refrigerator, the evaporator 38 is usually arranged inside the refrigerator so as to be in contact or very close to a wall of the enclosure to be cooled. The refrigeration circuit 30 allows the integration of the accumulator 44 outside the refrigerator, i.e. outside the outer walls of the refrigerator. Thus, the integration of the accumulator 44, and more generally of the discharge loop, to a refrigerator whose refrigeration circuit does not include a charge and discharge function is made much easier. Indeed, the integration of the discharge loop on a refrigeration circuit that does not have a charge and discharge function can thus be carried out by connecting the components to the portions of the refrigeration circuit accessible outside the refrigerator. This advantage is obtained for any type of device in which the evaporator is arranged inside it.

Ainsi la configuration de la boucle de décharge 52 permet d’envisager un raccordement économique et simple à mettre en œuvre sur un circuit frigorifique dépourvu de fonction d’accumulation. La boucle de décharge 52 peut par exemple être ajoutée à un tel circuit frigorifique sous la forme d’un kit d’accumulation décrit ci-après.Thus the configuration of the discharge loop 52 makes it possible to envisage a connection that is economical and simple to implement on a refrigeration circuit devoid of an accumulation function. The discharge loop 52 can for example be added to such a refrigeration circuit in the form of an accumulation kit described below.

En outre, le circuit frigorique 30 peut comporter une branche de dérivation 58 de l’accumulateur 44. La branche de dérivation 58 comprend une première extrémité raccordée à la branche de détente 40 entre le détendeur 36 et la première vanne d’isolement 48 ainsi qu’une deuxième extrémité raccordée à la branche de détente 40 entre l’accumulateur 44 et l’évaporateur 38. La branche de dérivation 58 permet au fluide frigorigène de circuler depuis le détendeur 36 vers l’évaporateur 38 sans circuler au travers de l’accumulateur 44. Ainsi, la branche de dérivation 58 combinée à l’utilisation de la première vanne d’isolement permet de placer le circuit frigorifique dans une configuration de dérivation où l’énergie calorifique n’est pas stockée dans l’accumulateur 44. En effet, la fermeture de la première vanne d’isolement 48 permet d’obliger le fluide frigorigène à circuler au travers de la branche de dérivation 58 lors du fonctionnement du circuit frigorifique 30.In addition, the refrigeration circuit 30 may include a bypass branch 58 of the accumulator 44. The bypass branch 58 comprises a first end connected to the expansion branch 40 between the expansion valve 36 and the first isolation valve 48 as well as a second end connected to the expansion branch 40 between the accumulator 44 and the evaporator 38. The bypass branch 58 allows the refrigerant to flow from the expansion valve 36 to the evaporator 38 without circulating through the accumulator 44. Thus, the bypass branch 58 combined with the use of the first isolation valve makes it possible to place the refrigeration circuit in a bypass configuration where the calorific energy is not stored in the accumulator 44. Indeed , the closing of the first isolation valve 48 makes it possible to force the refrigerant to circulate through the bypass branch 58 during the operation of the refrigeration circuit 30.

Le circuit frigorifique 30 comprend également une vanne de dérivation 60 disposée dans la branche de dérivation 58 et configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de dérivation 58 lorsque la vanne de dérivation 60 est fermée. Ainsi, la vanne de dérivation 60 et la première vanne d’isolement 48 permettent conjointement de configurer le circuit frigorifique 30 dans la configuration de stockage ou dans la configuration de dérivation. L’ouverture et la fermeture de la vanne de dérivation 60 peuvent également être commandées par le contrôleur 56.Refrigerant circuit 30 also includes a bypass valve 60 disposed in bypass branch 58 and configured to prevent refrigerant from flowing into bypass branch 58 when bypass valve 60 is closed. Thus, the bypass valve 60 and the first isolation valve 48 together make it possible to configure the refrigeration circuit 30 in the storage configuration or in the bypass configuration. The opening and closing of the diverter valve 60 can also be controlled by the controller 56.

Dans le cas où l’accumulateur 44 est disposé en aval de l’évaporateur 38, la première extrémité de la branche de dérivation 58 est raccordée entre l’évaporateur 38 et l’accumulateur 44. La deuxième extrémité de la branche de dérivation 58 est raccordée entre la deuxième vanne d’isolement 50 et le compresseur 32, de préférence en amont du bulbe détendeur 62.In the case where the accumulator 44 is arranged downstream of the evaporator 38, the first end of the bypass branch 58 is connected between the evaporator 38 and the accumulator 44. The second end of the bypass branch 58 is connected between the second isolation valve 50 and the compressor 32, preferably upstream of the expansion bulb 62.

Il est également proposé un procédé de régulation d’un circuit frigorifique tel que le circuit frigorifique 30. Le procédé de régulation comprend notamment une phase de charge dans laquelle l’ouverture des première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement est commandée. La fermeture de la vanne de retour 54 est également commandée. Dans le cas où le circuit frigorifique 30 comprend une branche de dérivation 58 avec une vanne de dérivation 60, la fermeture de la vanne de dérivation 60 est également commandée. Ainsi, le fluide frigorigène circulant à l’intérieur de la branche de détente est dirigé vers l’accumulateur 44 puis l’évaporateur 38. La combinaison de l’ouverture des première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement et de la fermeture des vannes de retour 54 et de dérivation 60 place le circuit frigorifique 30 dans une configuration de stockage ou de charge.A method for regulating a refrigeration circuit such as the refrigeration circuit 30 is also proposed. The regulation method comprises in particular a charging phase in which the opening of the first 48 and second 50 isolation valves is controlled. Closing of the return valve 54 is also controlled. In the case where the refrigeration circuit 30 comprises a bypass branch 58 with a bypass valve 60, the closing of the bypass valve 60 is also controlled. Thus, the refrigerant circulating inside the expansion branch is directed to the accumulator 44 then the evaporator 38. The combination of the opening of the first 48 and second 50 isolation valves and the closing of the valves return 54 and bypass 60 places the refrigeration circuit 30 in a storage or load configuration.

Le fluide frigorigène est ensuite mis en circulation à l’intérieur du circuit frigorifique 30 au travers du compresseur 32, du condenseur 34, du détendeur 36 et de l’évaporateur 38 pour charger le matériau de l’accumulateur 44 en énergie calorifique. Le matériau de stockage présent dans l’accumulateur 44 est refroidi et se charge en énergie calorifique. De manière usuelle, le matériau se solidifie lorsqu’il se refroidit. Pendant cette phase de charge, l’évaporation du fluide frigorigène débute dans l’accumulateur 44 et se poursuit dans l’évaporateur 38. Selon un mode de fonctionnement préféré, lorsque la puissance captée par l’accumulateur 44 est trop importante, la première vanne d’isolement peut être fermée et la deuxième vanne d’isolement ouverte afin de basculer dans une configuration de dérivation dans laquelle le fluide frigorigène ne circule plus au travers de l’accumulateur 44.The refrigerant is then circulated inside the refrigeration circuit 30 through the compressor 32, the condenser 34, the expander 36 and the evaporator 38 to charge the material of the accumulator 44 with calorific energy. The storage material present in the accumulator 44 is cooled and is charged with heat energy. Usually, the material solidifies when it cools. During this charging phase, the evaporation of the refrigerant begins in the accumulator 44 and continues in the evaporator 38. According to a preferred mode of operation, when the power captured by the accumulator 44 is too high, the first valve isolation valve can be closed and the second isolation valve opened in order to switch to a bypass configuration in which the refrigerant no longer circulates through the accumulator 44.

Lorsque le matériau de l’accumulateur 44 atteint son seuil maximum d’accumulation d’énergie calorifique, l’évaporation se réalise entièrement dans l’évaporateur 38. L’ouverture et/ou la fermeture des différentes vannes ne nécessite pas de commande particulière car le fonctionnement est neutre, i.e. sans consommation supérieure d’énergie, lorsque le matériau a atteint son seuil maximum d’accumulation.When the material of the accumulator 44 reaches its maximum threshold of heat energy accumulation, the evaporation takes place entirely in the evaporator 38. The opening and/or closing of the various valves does not require any particular command because operation is neutral, ie without higher energy consumption, when the material has reached its maximum accumulation threshold.

Le procédé de régulation comprend également une phase de décharge, de préférence postérieure à une phase de charge pour s’assurer que le matériau ait accumulé de l’énergie calorifique. De manière préférée, la phase de décharge est réalisée à la suite de l’arrêt de la circulation du fluide frigorigène à l’intérieur du circuit frigorifique 30. L’arrêt de la circulation peut être involontaire par exemple dans le cas d’une coupure de l’alimentation électrique du circuit frigorifique 30. La charge de l’énergie calorifique pendant le fonctionnement di circuit frigorifique 30 permet de pouvoir la décharger à la suite d’une telle coupure pour continuer de refroidir l’enceinte à refroidir. Ceci permet par exemple d’assurer la sécurité des produits présents à l’intérieur de l’enceinte à refroidir. Alternativement, l’arrêt de la circulation peut être volontaire. En effet, la fonction d’accumulation permet d’envisager un arrêt temporaire du circuit frigorifique 30 sans pour autant arrêter le refroidissement de l’enceinte. Il peut ainsi être prévu un arrêt temporaire de l’installation pour stopper la consommation électrique du circuit frigorifique 30 ou différer celle-ci à un moment plus propice. La gestion du circuit frigorifique est rendue ainsi plus flexible.The regulation process also includes a discharging phase, preferably after a charging phase to ensure that the material has accumulated heat energy. Preferably, the discharge phase is carried out following the stoppage of the circulation of the refrigerant inside the refrigeration circuit 30. The stoppage of the circulation can be involuntary, for example in the case of a power cut. the power supply of the refrigeration circuit 30. The load of heat energy during the operation of the refrigeration circuit 30 makes it possible to discharge it following such a cut in order to continue cooling the enclosure to be cooled. This makes it possible, for example, to ensure the safety of the products present inside the enclosure to be cooled. Alternatively, the traffic stop can be voluntary. Indeed, the accumulation function makes it possible to envisage a temporary shutdown of the refrigeration circuit 30 without stopping the cooling of the enclosure. Provision may thus be made for a temporary shutdown of the installation to stop the electricity consumption of the refrigerating circuit 30 or to defer it to a more favorable time. The management of the refrigeration circuit is thus made more flexible.

Pour mettre en œuvre la phase de décharge, la fermeture de la vanne de retour 54 est tout d’abord commandée. La fermeture de la deuxième vanne d’isolement 50 est ensuite commandée puis celle de la première vanne d’isolement 48 pour isoler la boucle de décharge 52 de manière à permettre une circulation du fluide frigorigène par gravité et par différence de pression à l’intérieur de la boucle de décharge 52 entre l’accumulateur 44 et l’évaporateur 38. De manière préférée, la fermeture de la première vanne d’isolement 48 est réalisée après une durée prédéterminée à compter de la fermeture de la deuxième vanne d’isolement 50 pour permettre au fluide frigorigène présent en amont de l’accumulateur 44 de migrer vers la boucle de décharge 52. En particulier, le délai de fermeture entre la première 48 et la deuxième 50 vannes d’isolement facilite la migration du fluide frigorigène de la partie chaude et à haute pression du circuit frigorifique (principalement le condenseur 34) vers la partie froide et à basse pression du circuit frigorifique 30 (l’accumulateur 44 et l’évaporateur 38). Cette durée prédéterminée est de préférence supérieure ou égale à 30 sec, de préférence supérieure ou égale à 1 minute, de manière encore préférée supérieure ou égale à 2 minutes. Lorsque le circuit frigorifique 30 comprend une branche de dérivation 58 avec une vanne de dérivation 60, la fermeture de cette vanne de dérivation 60 est commandée de préférence simultanément à la fermeture de la première vanne d’isolement 48.To implement the discharge phase, the closing of the return valve 54 is first of all controlled. The closing of the second isolation valve 50 is then controlled then that of the first isolation valve 48 to isolate the discharge loop 52 so as to allow circulation of the refrigerant by gravity and by pressure difference inside. of the discharge loop 52 between the accumulator 44 and the evaporator 38. Preferably, the closing of the first isolation valve 48 is performed after a predetermined time from the closing of the second isolation valve 50 to allow the refrigerant present upstream of the accumulator 44 to migrate towards the discharge loop 52. In particular, the closing time between the first 48 and the second 50 isolation valves facilitates the migration of the refrigerant from the part hot and at high pressure of the refrigeration circuit (mainly the condenser 34) to the cold and low pressure part of the refrigeration circuit 30 (the accumulator 44 and the evaporator 38). This predetermined duration is preferably greater than or equal to 30 sec, preferably greater than or equal to 1 minute, more preferably greater than or equal to 2 minutes. When the refrigeration circuit 30 comprises a bypass branch 58 with a bypass valve 60, the closing of this bypass valve 60 is preferably controlled simultaneously with the closing of the first isolation valve 48.

Lors de la phase de décharge, le processus de décharge est déclenché par la circulation du frigorigène selon le principe du thermosiphon. La chaleur du fluide frigorigène est absorbée par le matériau de stockage, celui-ci se réchauffe et fond, libérant le froid stocké.During the discharge phase, the discharge process is triggered by the circulation of the refrigerant according to the thermosiphon principle. The heat from the refrigerant is absorbed by the storage material, which heats up and melts, releasing the stored cold.

Le procédé de régulation peut également comprendre une phase de dérivation permettant au fluide frigorigène de circuler depuis le détendeur 36 vers l’évaporateur 38 sans passer par l’accumulateur 44. Aucune énergie calorifique n’est stockée dans cette phase de fonctionnement. La phase de dérivation est particulièrement utile pour réduire la consommation d’énergie du circuit frigorifique 30. A titre d’exemple, la phase de dérivation peut succéder à une phase de charge de l’accumulateur 44 lorsque celui-ci atteint un seuil prédéterminé d’énergie calorifique. La phase de dérivation comprend tout d’abord la fermeture de la première vanne d’isolement puis l’ouverture de la vanne de dérivation 60 pour permettre au fluide frigorigène de circuler du détendeur 36 directement vers l’évaporateur 38. La deuxième vanne d’isolement 50 est également ouverte et la vanne de retour est fermée.The regulation method can also include a bypass phase allowing the refrigerant to circulate from the expansion valve 36 to the evaporator 38 without passing through the accumulator 44. No calorific energy is stored in this operating phase. The bypass phase is particularly useful for reducing the energy consumption of the refrigeration circuit 30. By way of example, the bypass phase can follow a charging phase of the accumulator 44 when the latter reaches a predetermined threshold d 'heat energy. The bypass phase includes first closing the first isolation valve and then opening the bypass valve 60 to allow the refrigerant to flow from the expansion valve 36 directly to the evaporator 38. The second valve Isolation 50 is also open and the return valve is closed.

Tel que représenté à la figure 2, le circuit frigorifique 30 peut comporter un kit d’accumulation 70 d’énergie calorifique configuré pour être raccordé à un circuit frigorifique sans fonction de charge et de décharge d’énergie calorifique, tel que le circuit frigorifique 10 de la figure 1. En d’autres termes, le circuit frigorifique 30 correspond à un circuit frigorifique 10 sans fonction d’accumulation d’énergie calorifique auquel un kit d’accumulation 70 est ajouté. Le kit d’accumulation 70 comprend l’accumulateur 44 d’énergie calorifique, la branche de retour 46 et la vanne de retour 54.As shown in Figure 2, the refrigeration circuit 30 may include a heat energy accumulation kit 70 configured to be connected to a refrigeration circuit without a heat energy charge and discharge function, such as the refrigeration circuit 10 of FIG. 1. In other words, the refrigerating circuit 30 corresponds to a refrigerating circuit 10 without a heat energy accumulation function to which an accumulation kit 70 is added. The accumulation kit 70 consists of the heat energy accumulator 44, the return branch 46 and the return valve 54.

Le kit d’accumulation 70 peut également comporter l’une ou plusieurs parmi la première vanne d’isolement 48 et la deuxième vanne d’isolement 50. De manière alternative, le kit d’accumulation 70 peut être dépourvu de l’une ou plusieurs parmi les première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement lorsque celle-ci ou celles-ci est ou sont déjà présente(s) dans le circuit frigorifique d’origine.Accumulation kit 70 may also include one or more of first isolation valve 48 and second isolation valve 50. Alternatively, accumulation kit 70 may lack one or more among the first 48 and second 50 isolation valves when the latter or these is or are already present in the original refrigeration circuit.

Le kit d’accumulation 70 peut en outre comporter la branche de dérivation 58 et la vanne de dérivation 60. De manière alternative, le kit d’accumulation 70 peut être dépourvu de l’une ou plusieurs parmi la branche de dérivation 58 et la vanne de dérivation 60 lorsque celle-ci ou celles-ci est ou sont déjà présente(s) dans le circuit frigorifique d’origine.Accumulation kit 70 may further include bypass branch 58 and bypass valve 60. Alternatively, accumulation kit 70 may lack one or more of bypass branch 58 and bypass valve. bypass 60 when this or these is or are already present in the original refrigeration circuit.

Le kit d’accumulation 70 peut en outre comprendre le contrôleur 56 configuré pour commander sélectivement la fermeture ou l’ouverture de la vanne de retour 54, des première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement et, le cas échéant, de la vanne de dérivation (60).The accumulation kit 70 may further comprise the controller 56 configured to selectively control the closing or opening of the return valve 54, of the first 48 and second 50 isolation valves and, if applicable, of the derivation (60).

Claims

Refrigeration circuit (30) with heat energy storage in which a refrigerant is intended to circulate, comprising a compressor (32), a condenser (34), an expansion valve (36) and an evaporator (38) connected in series. compared to the others, the refrigeration circuit also comprising an expansion branch (40) connecting the expansion valve (36) to the evaporator (38) and a compression branch (42) connecting the evaporator (38) to the compressor (32) ,
the refrigeration circuit further comprising:
a heat energy accumulator (44) between the expansion valve (36) and the compressor (32), the accumulator (44) being disposed at a height greater than that of the evaporator (38) along a vertical axis ,
a return branch (46), a first end of which is connected to the compression branch (42) between the evaporator (38) and the compressor (32) and a second end is connected to the expansion branch (40) between the expansion valve (36) the evaporator (38),
a first isolation valve (48) arranged in the expansion branch (40) between the pressure reducer and the second end of the return branch,
a second isolation valve (50) disposed in the compression branch (42) between the first end of the return branch and the compressor,
a return valve (54) disposed in the return branch (46) and configured to prevent refrigerant from flowing in the return branch between the compression branch and the expansion branch,
wherein the return branch (46), a portion of the expansion branch (40) between the second end of the return branch (40) and the evaporator (38) and a portion of the compression branch (42) between the evaporator (38) and the first end of the return branch (46) form a heat energy discharge loop (52), and
wherein the accumulator (44) is disposed in the discharge loop (52) and configured to generate a circulation of refrigerant by thermosyphon within the discharge loop (52) between the accumulator (44) and the evaporator (38) when the first (48) and second (50) isolation valves are closed to isolate the discharge loop (52).

A refrigeration circuit (30) according to claim 1, wherein the accumulator (44) is configured, when the first (48) and second (50) isolation valves are closed to isolate the discharge loop (52), to generate a circulation of the refrigerant by pressure difference from the evaporator (38) to the accumulator (44) and to generate a circulation of the refrigerant by gravity from the accumulator (44) to the evaporator (38).

Refrigeration circuit (30) according to claim 1 or 2, in which the accumulator (44) is configured so that the heat energy accumulated by the accumulator (44) allows the refrigerant flowing through the accumulator ( 44).

A refrigeration circuit (30) according to one of claims 1 to 3, in which the accumulator (44) comprises a phase change material configured to exchange heat with the refrigerant flowing through the accumulator (44) .

Refrigeration circuit (30) according to any one of the preceding claims, further comprising a bypass branch (58) of the accumulator (44), a first end of which is connected upstream of the accumulator (44) and of which a second end is connected downstream of the accumulator (44) relative to the direction of circulation of the refrigerant in the refrigeration circuit (30).

The refrigeration circuit (30) of claim 5 further comprising a bypass valve (60) disposed in the bypass branch (58) and configured to prevent refrigerant from flowing into the bypass branch (58) when the bypass valve. bypass (60) is closed.

A refrigeration circuit (30) according to any preceding claim, further comprising a controller (56) configured to selectively control the closing or opening of the return valve (54), the first (48) and second (50). ) isolation valves and, if applicable, the bypass valve (60).

Refrigeration circuit (30) according to any one of the preceding claims, in which the distance separating the accumulator (44) from the evaporator (38) along the vertical axis is greater than or equal to 30cm, preferably greater than or equal to 50cm, more preferably greater than or equal to 90cm.

Heat energy storage kit (70) configured to be connected to a refrigeration circuit in which a refrigerant is intended to circulate, the refrigeration circuit comprising a compressor (32), a condenser (34), an expansion valve (36) and an evaporator (38) mounted in series with respect to each other, the refrigeration circuit also comprising an expansion branch (40) connecting the expansion valve (36) to the evaporator (38) and a compression branch (42) connecting the evaporator (38) to the compressor (42), the accumulation kit (70) comprising:
a heat energy accumulator (44) configured to be connected between the expansion valve and the compressor, the accumulator being disposed at a height greater than that of the evaporator along a vertical axis,
a return branch (46) a first end of which is configured to be connected to the compression branch (42) between the evaporator (38) and the compressor (32) and a second end is configured to be connected to the compression branch expansion (40) between the expansion valve (36) and the evaporator (38),
a return valve (54) disposed in the return branch (46) and configured to prevent refrigerant from circulating in the return branch between the compression branch (42) and the expansion branch (40),
the return branch (46), a portion of the expansion branch (40) between the second end of the return branch (46) and the evaporator (38) and a portion of the compression branch (42) between the the evaporator (38) and the first end of the return branch (46) forming a heat energy discharge loop (52), and
wherein the accumulator (44) is disposed in the discharge loop (52) and configured to generate a circulation of the refrigerant by gravity and by pressure difference within the discharge loop (52) between the accumulator (44) and the evaporator (38) when the discharge loop (52) is isolated from the rest of the refrigeration circuit.

An accumulation kit (70) according to claim 9, further comprising one or more of:
a first isolation valve (48) configured to be connected to the pressure relief branch (48) between the pressure reducer (36) and the second end of the return branch (46), and
a second isolation valve (50) configured to connect the compression leg (42) between the first end of the return leg (46).

An accumulation kit (70) according to claim 9 or 10, further comprising a bypass branch (58) and a bypass valve (60) configured to connect to the bypass branch (58) of the accumulator (44). ) a first end of which is connected upstream of the accumulator (44) and a second end of which is connected downstream of the accumulator (44) with respect to the direction of circulation of the refrigerant in the refrigeration circuit, the bypass valve (60) being configured to prevent refrigerant from flowing through the bypass branch when the bypass valve is closed.

Method of regulating a refrigeration circuit (30) with heat energy storage according to any one of claims 1 to 8, comprising a charging phase in which the following steps are carried out:
opening of the first (48) and second (50) isolation valves,
closing of the return valve (54),
circulation of the refrigerant inside the refrigeration circuit (30) through the compressor (32), the condenser (34), the expansion valve (36) and the evaporator (38),
the regulation method further comprising a discharge phase subsequent to the charging phase in which the following step is carried out:
opening of the return valve (54),
closing of the second isolation valve (50),
closing of the first isolation valve (48) to isolate the discharge loop (52) so as to allow circulation of the refrigerant by gravity and by pressure difference inside the discharge loop between the accumulator and the evaporator.

A control method according to claim 12, wherein the discharge phase is carried out following the stopping of the circulation of the refrigerant fluid within the refrigeration circuit (30).

A control method according to claim 12 or 13, wherein the closing of the first isolation valve (48) is performed after a predetermined time from the closing of the second isolation valve (50) to allow refrigerant present upstream of the evaporator (38) to migrate to the discharge loop (52).

Regulation method according to one of claims 12 to 14 for the regulation of a refrigeration circuit (30) with heat energy storage according to claim 6, further comprising a bypass phase comprising the following steps:
closing of the first isolation valve (48),
opening of the bypass valve (60) to allow refrigerant to flow from the expansion valve (36) to the compressor (32) without flowing through the accumulator (44).