FR3111416A1 - REFRIGERATING FLUID DESUPERHEATER IN GASEOUS FORM AND INSTALLATION IMPLEMENTING AN ASSOCIATED REFRIGERATION CYCLE - Google Patents
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Abstract
Désurchauffeur (100) de fluide frigorigène sous forme gazeuse, comprenant: des moyens d’échanges thermiques positionnés entre les moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme gazeuse et les moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme liquide, de sorte que le fluide frigorigène sous forme gazeuse traverse les moyens d’échanges thermiques selon un mouvement ascendant et que le fluide frigorigène sous forme liquide traverse les moyens d’échanges thermiques selon un mouvement descendant.Desuperheater (100) for refrigerant in gaseous form, comprising: heat exchange means positioned between the means for injecting the refrigerant in gaseous form and the means for injecting the refrigerant in liquid form, so that the fluid refrigerant in gaseous form passes through the heat exchange means according to an upward movement and that the refrigerant in liquid form passes through the heat exchange means according to a downward movement.
Description
L’invention se rattache au domaine technique des systèmes d’échange
thermique et plus spécifiquement aux désurchauffeurs de fluide frigorigène sous
forme gazeuse.The invention relates to the technical field of exchange systems
heat and more specifically to refrigerant desuperheaters under
gaseous form.
L’invention trouve une application avantageuse dans les installations, telles
que les chambres froides ou les pompes à chaleur, mettant en œuvre deux
compressions successives au sein d’un cycle frigorifique.The invention finds an advantageous application in installations, such as
than cold rooms or heat pumps, implementing two
successive compressions within a refrigeration cycle.
Dans le but de produire du froid et/ou du chaud, une installation met
classiquement en œuvre un cycle frigorifique en boucle fermée, dans lequel
circule un fluide frigorigène.In order to produce cold and/or heat, an installation puts
conventionally implements a closed-loop refrigeration cycle, in which
circulates a refrigerant.
Un cycle frigorifique comprend généralement les étapes suivantes : une étape
de compression du fluide frigorigène sous forme gazeuse, réalisée par un
compresseur ; une étape de condensation du fluide frigorigène dans un
condenseur, au cours de laquelle le fluide frigorigène devient liquide ; une étape
de détente du fluide frigorigène permettant de diminuer la pression du fluide
frigorigène sous forme liquide ; et une étape d’évaporation du liquide frigorigène,
au cours de laquelle le fluide redevient gazeux.A refrigeration cycle generally comprises the following stages: a stage
compression of the refrigerant in gaseous form, carried out by a
compressor; a stage of condensation of the refrigerant in a
condenser, during which the refrigerant becomes liquid; a step
expansion of the refrigerant allowing the pressure of the fluid to be reduced
refrigerant in liquid form; and a step of evaporating the liquid refrigerant,
during which the fluid becomes gaseous again.
Certaines installations nécessitent d’atteindre des températures très basses,
typiquement inférieures à -30°C, et/ou des températures très hautes,
typiquement supérieures à 120°C, requérant la mise en œuvre de
un à plusieurs étages de compression. Dans ces conditions, les compresseurs
doivent assurer de très forts taux de compression pouvant atteindre plusieurs
dizaines de bars. Cependant, une telle compression entraine une
montée en température du fluide frigorigène, ce qui a pour effet de dégrader les
performances de l’installation et de nuire au fonctionnement des compresseurs.
En effet, ceux-ci contiennent généralement des huiles de graissage qui, portées
à trop haute température, se détériorent et peuvent même s’enflammer.Some installations require reaching very low temperatures,
typically below -30°C, and/or very high temperatures,
typically higher than 120°C, requiring the implementation of
one to several stages of compression. Under these conditions, the compressors
must ensure very high compression rates that can reach several
dozens of bars. However, such compression leads to
rise in temperature of the refrigerant, which has the effect of degrading the
performance of the installation and adversely affect the operation of the compressors.
Indeed, these generally contain lubricating oils which, brought
at too high a temperature, deteriorate and may even ignite.
Pour résoudre ce problème, tout en conservant un rapport de compression élevé, il est connu de mettre en œuvre un « désurchauffeur ».To solve this problem, while maintaining a high compression ratio, it is known to implement a “desuperheater”.
Par « désurchauffeur », on désigne un système permettant d’abaisser la
température du fluide frigorigène sous forme gazeuse en sortie d’un
compresseur, tout en conservant une pression constante, avant de l’envoyer
dans un condenseur dans le cas d’une compression à un étage ou dans un
autre compresseur dans le cas d’une compression multi-étage."Desuperheater" means a system that lowers the
temperature of the refrigerant in gaseous form at the outlet of a
compressor, while maintaining a constant pressure, before sending it
in a condenser in the case of single-stage compression or in a
another compressor in the case of multi-stage compression.
Le document WO 2001/46629 décrit un système de ce type dans le cadre
d’une installation à un seul étage de compression. Le désurchauffeur est
présenté sous différents modes de réalisation. Il se présente sous la forme d’une
enceinte alimentée dans sa partie inférieure d’une part, par une arrivée de fluide
frigorigène gazeux à désurchauffer, et d’autre part, par une arrivée de fluide
frigorigène sous forme liquide présentant une température plus basse que celle
du fluide frigorigène gazeux. Les deux fluides sont mis directement en contact
par mélange, de sorte que le fluide frigorigène gazeux est refroidi par échange
thermique avec le fluide frigorigène liquide, jusqu’à une température proche de
celle du fluide frigorigène liquide. Dans tous les cas, le désurchauffeur requiert la présence d’un bain de fluide liquide pour effectuer l’échange thermique.Document WO 2001/46629 describes a system of this type in the context
of an installation with a single compression stage. The desuperheater is
presented in different embodiments. It comes in the form of a
enclosure fed in its lower part on the one hand, by a fluid inlet
gaseous refrigerant to be desuperheated, and on the other hand, by a fluid inlet
refrigerant in liquid form having a lower temperature than that
gaseous refrigerant. The two fluids are placed in direct contact
by mixing, so that the gaseous refrigerant is cooled by exchange
heat with the liquid refrigerant, up to a temperature close to
that of the liquid refrigerant. In all cases, the desuperheater requires the presence of a bath of liquid fluid to carry out the heat exchange.
Le document US 4,554,799 décrit un système de désurchauffage dans le
cadre d’une installation à 2 étages de compression. Le système comprend une
bouteille liquide sous pression couplée à un échangeur thermique. La bouteille
est alimentée de manière discontinue en liquide frigorigène par le biais d’une
tuyauterie latérale. Le fluide frigorigène gazeux vient buller directement dans le
liquide et refroidit par échange thermique avec le fluide frigorigène liquide,
jusqu’à une température proche de celle du fluide frigorigène liquide. Là encore,
l’installation ne peut fonctionner qu’au moyen d’une réserve de liquide au fond de la bouteille.US 4,554,799 describes a desuperheating system in the
part of a 2-stage compression installation. The system includes a
pressurized liquid bottle coupled to a heat exchanger. The bottle
is discontinuously supplied with liquid refrigerant through a
side piping. The gaseous refrigerant bubbles directly into the
liquid and cooled by heat exchange with the liquid refrigerant,
up to a temperature close to that of the liquid refrigerant. Here again,
the installation can only function by means of a reserve of liquid at the bottom of the bottle.
Ces dispositifs présentent l’inconvénient de nécessiter une quantité
importante de fluide frigorigène sous forme liquide stockée au fond de
l’enceinte. Typiquement, la quantité de fluide contenue dans l’enceinte est de
l’ordre de 1500kg.These devices have the disadvantage of requiring a quantity
large amount of refrigerant in liquid form stored at the bottom of the
the enclosure. Typically, the quantity of fluid contained in the enclosure is
the order of 1500kg.
Or, les fluides frigorigènes sont des produits dangereux, soumis à des
normes de sécurité visant à limiter au maximum leur utilisation.However, refrigerants are dangerous products, subject to
safety standards aimed at limiting their use as much as possible.
Par exemple, dans le cas de l’ammoniac, lorsque la quantité de fluide
contenue dans l’installation est comprise entre 150 et 1500kg, il est nécessaire
de déclarer l’installation auprès des autorités compétentes. Au-delà de 1500kg, il
est nécessaire de demander une autorisation, laquelle s’avère être coûteuse et
chronophage.For example, in the case of ammonia, when the amount of fluid
contained in the installation is between 150 and 1500kg, it is necessary
to declare the installation to the competent authorities. Beyond 1500kg, it
is necessary to ask for an authorization, which turns out to be expensive and
time-consuming.
Pour les fluides frigorigènes non soumis à déclaration ou autorisation, limiter
la quantité de fluide contenue dans l’installation représente un avantage en
terme de coût et de limitation des risques de fuite et de pollution.For refrigerants not subject to declaration or authorisation, limit
the quantity of fluid contained in the installation represents an advantage in
terms of cost and limitation of the risks of leakage and pollution.
Le problème technique de l’invention est donc celui de limiter la quantité de
fluide frigorigène nécessaire au fonctionnement des désurchauffeurs.The technical problem of the invention is therefore that of limiting the quantity of
refrigerant necessary for the operation of the desuperheaters.
Pour résoudre le problème évoqué ci-dessus, le Demandeur a mis au point
un désurchauffeur de fluide frigorigène sous forme gazeuse comprenant des
moyens d’échanges thermiques positionnés entre la source de gaz et la source
liquide, donc non immergés dans du liquide, les fluides convergeant l’un en direction de l’autre au travers des moyens d’échanges thermiques, le gaz étant alors vaporisé instantanément. Une telle structure évite ainsi le recours à un bain de fluide frigorigène pour effectuer le
refroidissement et donc limite la consommation de fluide.To solve the problem mentioned above, the Applicant has developed
a refrigerant desuperheater in gaseous form comprising
heat exchange means positioned between the gas source and the source
liquid, therefore not immersed in the liquid, the fluids converging towards each other through the heat exchange means, the gas then being vaporized instantaneously. Such a structure thus avoids the use of a refrigerant bath to carry out the
cooling and therefore limits fluid consumption.
Plus précisément, l’invention concerne un désurchauffeur de fluide frigorigène sous forme gazeuse comprenant :
- une enceinte sous pression ;
- des moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme gazeuse à
désurchauffer dans l’enceinte ;
- des moyens d’évacuation du fluide frigorigène désurchauffé hors de l’enceinte ;
- des moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme liquide dans l’enceinte.More specifically, the invention relates to a refrigerant desuperheater in gaseous form comprising:
- a pressure vessel;
- means for injecting the refrigerant in gaseous form at
desuperheat in the enclosure;
- means for evacuating the desuperheated refrigerant from the enclosure;
- Means for injecting the refrigerant in liquid form into the enclosure.
Conformément à l’invention, le désurchauffeur se caractérise en ce qu’il
comprend en outre :
- des moyens d’échanges thermiques positionnés entre les moyens d’injection du
fluide frigorigène respectivement sous forme liquide et gazeuse, de sorte que le
fluide frigorigène sous forme gazeuse traverse les moyens d’échanges
thermiques selon une mouvement ascendant et que le fluide frigorigène sous
forme liquide traverse les moyens d’échanges thermiques selon une mouvement descendant.According to the invention, the desuperheater is characterized in that it
further includes:
- heat exchange means positioned between the injection means of the
refrigerant in liquid and gaseous form respectively, so that the
refrigerant in gaseous form passes through the means of exchange
heat in an upward motion and that the refrigerant under
liquid form passes through the heat exchange means in a downward movement.
En d’autres termes, le Demandeur a mis au point un désurchauffeur dans
lequel le fluide frigorigène sous forme gazeuse est refroidi sur une surface
d’échange, par échange thermique avec le fluide frigorigène sous sa forme
liquide. Ainsi, lorsque le fluide frigorigène sous forme liquide entre en contact
avec le fluide frigorigène sous forme gazeuse, il est instantanément vaporisé.In other words, the Applicant has developed a desuperheater in
wherein the refrigerant in gaseous form is cooled on a surface
exchange, by heat exchange with the refrigerant in its form
liquid. Thus, when the refrigerant in liquid form comes into contact
with the refrigerant in gaseous form, it is instantly vaporized.
Ce type de désurchauffeur présente donc l’avantage de comporter une
enceinte sèche lorsque le régime de fonctionnement est continu, c’est-à-dire une
enceinte où le fluide frigorigène n’est présent que sous sa forme gazeuse.This type of desuperheater therefore has the advantage of comprising a
dry enclosure when the operating regime is continuous, i.e. a
enclosure where the refrigerant is only present in its gaseous form.
Selon une caractéristique essentielle de l’invention, le désurchauffeur
comprend des moyens d’échanges thermiques positionnés entre les 2 points
d’injections du fluide liquide et gazeux. En pratique, ces moyens d’échanges
thermiques se présentent sous la forme d’éléments de garnissage, individualisés
ou monobloc occupant sensiblement la totalité du volume séparant les moyens
d’injection de fluide.According to an essential characteristic of the invention, the desuperheater
includes heat exchange means positioned between the 2 points
injections of liquid and gaseous fluid. In practice, these means of exchange
thermal elements are in the form of trim elements, individualized
or monobloc occupying substantially the entire volume separating the means
fluid injection.
De préférence, les éléments individuels de garnissage ont une surface
spécifique élevée, d’au moins 200 m2/m3, avantageusement de 300 à 500 m2/m3.Preferably, the individual packing elements have a surface
high specific, at least 200 m 2 /m 3 , advantageously from 300 to 500 m 2 /m 3 .
En pratique, les éléments de garnissage se présentent sous la forme de
nappes en treillis métallique, les nappes étant empilées les unes sur les autres.In practice, the packing elements are in the form of
wire mesh webs, the webs being stacked on top of each other.
Selon l’invention, les moyens d’injection de fluide sont configurés pour
pulvériser le gaz ou le liquide sur toute la section du garnissage, c’est-à-dire en
pratique sensiblement la section de l’enceinte. Pour ce faire, les moyens
d’injection se présentent sous la forme d’une rampe d’alimentation munie de
buses réparties de manière homogène sur toute la section de l’enceinte.According to the invention, the fluid injection means are configured to
spray the gas or liquid over the entire section of the packing, i.e. in
noticeably practices the enclosure section. To do this, the means
injection are in the form of a fuel rail fitted with
nozzles distributed evenly over the entire enclosure section.
Dans un fonctionnement transitoire, typiquement lorsqu’une consigne de
température de l’installation a été modifiée, le flux de fluide frigorigène sous
forme liquide injecté dans l’enceinte est trop important pour être totalement
vaporisé. Une fraction du flux de fluide frigorigène sous forme liquide s’accumule
donc au fond de l’enceinte.In transient operation, typically when a setpoint of
installation temperature has been changed, the flow of refrigerant under
liquid form injected into the enclosure is too important to be completely
vaporized. A fraction of the refrigerant flow in liquid form accumulates
so at the bottom of the enclosure.
De manière avantageuse, le désurchauffeur comprend également des
moyens d’évacuation, hors de ladite enceinte, du fluide frigorigène sous forme
liquide accumulé au fond de l’enceinte.Advantageously, the desuperheater also comprises
means for evacuating, out of said enclosure, the refrigerant in the form
liquid accumulated at the bottom of the enclosure.
Ainsi, le liquide en surplus est réinjecté dans le circuit de l’installation, de
sorte à ne pas rester stagnant.Thus, the surplus liquid is reinjected into the circuit of the installation,
so as not to remain stagnant.
En pratique, le désurchauffeur comprend un capteur de niveau permettant de
mesurer la quantité de fluide frigorigène sous forme liquide accumulé au fond de
l’enceinte, le capteur étant positionné à un niveau inférieur à celui des moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme gazeuse, de sorte à ce que les moyens d’échanges thermiques ne soient jamais immergés.In practice, the desuperheater includes a level sensor making it possible to
measure the quantity of liquid refrigerant accumulated at the bottom of the
the enclosure, the sensor being positioned at a level lower than that of the means for injecting the refrigerant in gaseous form, so that the heat exchange means are never submerged.
Plusieurs systèmes sont mis en place pour contrôler l’injection et/ou
l’évacuation de fluide dans et hors de l’enceinte ainsi que la pression dans
l’enceinte.Several systems are in place to control the injection and/or
the evacuation of fluid in and out of the enclosure as well as the pressure in
the enclosure.
Selon un mode de réalisation préféré, les moyens d’injection dans l’enceinte
du fluide frigorigène sous forme liquide comprennent également une vanne et les moyens d’évacuation du fluide frigorigène désurchauffé hors de l’enceinte comprennent également un capteur de pression et un capteur de température. L’ouverture de la vanne est contrôlée par la surchauffe du fluide frigorigène désurchauffé sortant de l’enceinte et mesurée par les capteurs de pression et de température.According to a preferred embodiment, the means of injection into the enclosure
refrigerant in liquid form also include a valve and the means for discharging the desuperheated refrigerant out of the enclosure also include a pressure sensor and a temperature sensor. The opening of the valve is controlled by the superheating of the desuperheated refrigerant leaving the enclosure and measured by the pressure and temperature sensors.
Selon une autre caractéristique de l’invention, les moyens d’injection dans
l’enceinte du fluide frigorigène sous forme liquide sont configurés pour assurer
un débit minimal d’injection permettant d’injecter le fluide frigorigène liquide de
manière homogène sur les moyens d’échanges thermiques. En dessous de ce
débit minimal d’injection, le liquide ruissèle sur les moyens d’échanges thermiques en choisissant des chemins préférentiels qui ne permettent pas de
refroidir efficacement le fluide frigorigène gazeux à désurchauffer.According to another characteristic of the invention, the injection means in
the refrigerant fluid enclosure in liquid form are configured to ensure
a minimum injection rate allowing the injection of the liquid refrigerant of
homogeneously on the heat exchange means. Below this
minimum injection rate, the liquid flows over the heat exchange means by choosing preferential paths that do not allow
Effectively cooling the gaseous refrigerant to be desuperheated.
Selon une autre caractéristique, le désurchauffeur comprend également des moyens de désurpression permettant de limiter la pression dans l’enceinte du
désurchauffeur.According to another characteristic, the desuperheater also comprises pressure relief means making it possible to limit the pressure in the enclosure of the
desuperheater.
Selon un mode de réalisation particulier, les moyens de désurpression
comprennent une soupape configurée pour s’ouvrir lorsque la pression dépasse
20 bar.According to a particular embodiment, the pressure relief means
include a valve configured to open when the pressure exceeds
20 bar.
Ces éléments de sécurité permettent de contrôler la pression et la
température du fluide circulant dans l’installation pour s’assurer de son bon
fonctionnement et prévenir tout accident ou détérioration de l’enceinte du
désurchauffeur et/ou des moyens d’injection et d’évacuation.These safety elements make it possible to control the pressure and the
temperature of the fluid circulating in the installation to ensure its correct
operation and prevent any accident or damage to the enclosure of the
desuperheater and/or injection and evacuation means.
L’invention concerne également une installation mettant en œuvre un
système de compression multi-étagé comprenant :
- un premier compresseur comprimant un fluide frigorigène depuis une basse pression jusqu’à une moyenne pression ;
- un second compresseur comprimant le fluide frigorigène depuis la moyenne pression jusqu’à une haute pression ;
- un désurchauffeur tel que décrit précédemment, monté entre les deux compresseurs.The invention also relates to an installation implementing a
multi-stage compression system comprising:
- a first compressor compressing a refrigerant fluid from low pressure to medium pressure;
- a second compressor compressing the refrigerant from medium pressure to high pressure;
- a desuperheater as described above, mounted between the two compressors.
Le désurchauffeur selon l’invention permet de diminuer la quantité totale de
fluide frigorigène circulant dans l’installation. En effet, le désurchauffeur ne
nécessitant pas de bain de liquide frigorigène pour refroidir le fluide frigorigène à
désurchauffer, une masse d’environ 500kg de fluide frigorigène est économisée.
Par exemple, dans le cas de l’ammoniac, la quantité totale d’ammoniac
circulant dans l’installation reste alors en dessous de la norme des 1500kg, qui requiert une autorisation.
Dans un mode de réalisation particulier, l’installation de l’invention met en œuvre un cycle frigorifique multi-étagé comportant :
- un étage basse pression (BP) et basse température situé en amont dudit premier compresseur incluant une bouteille séparatrice basse pression, dont la phase liquide alimente un premier circuit d’échange thermique utilisé pour refroidir une enceinte à basse température;
- un étage haute pression (HP) et haute température situé en aval dudit second compresseur, comportant un condenseur apte à transformer le fluide frigorigène haute pression sous forme gazeuse issu du second compresseur en fluide frigorigène haute pression sous forme liquide ;
- un étage moyenne pression (MP) et moyenne température situé entre les deux compresseurs incluant :
- ledit désurchauffeur ;
- une bouteille séparatrice moyenne pression, dont une partie de la phase liquide alimente un second circuit d’échange thermique utilisé pour refroidir une enceinte à basse température.The desuperheater according to the invention makes it possible to reduce the total quantity of
refrigerant circulating in the installation. Indeed, the desuperheater
requiring no refrigerant bath to cool the refrigerant to
desuperheat, a mass of approximately 500kg of refrigerant is saved.
For example, in the case of ammonia, the total amount of ammonia
circulating in the installation then remains below the standard of 1500kg, which requires authorisation.
In a particular embodiment, the installation of the invention implements a multi-stage refrigeration cycle comprising:
- a low pressure (LP) and low temperature stage located upstream of said first compressor including a low pressure separator cylinder, the liquid phase of which supplies a first heat exchange circuit used to cool a low temperature enclosure;
- a high pressure (HP) and high temperature stage located downstream of said second compressor, comprising a condenser capable of converting the high pressure refrigerant in gaseous form from the second compressor into high pressure refrigerant in liquid form;
- a medium pressure (MP) and medium temperature stage located between the two compressors including:
- said desuperheater;
- a medium-pressure separator bottle, part of the liquid phase of which feeds a second heat exchange circuit used to cool a low-temperature enclosure.
Avantageusement :
- une fraction du fluide frigorigène liquide à haute pression issu du condenseur subit une étape de détente depuis la haute pression jusqu’à la moyenne pression dans un détendeur avant d’être injectée dans le désurchauffeur par le biais des moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme liquide,
- le fluide frigorigène liquide moyenne pression accumulé au fond de l’enceinte du désurchauffeur est évacué par les moyens d’évacuation pour alimenter la bouteille séparatrice basse pression après détente dans un détendeur.
- a fraction of the high-pressure liquid refrigerant coming from the condenser undergoes an expansion step from high pressure to medium pressure in an expansion valve before being injected into the desuperheater by means of the means for injecting the refrigerant under liquid form,
- the medium-pressure liquid refrigerant accumulated at the bottom of the enclosure of the desuperheater is evacuated by the evacuation means to supply the low-pressure separator cylinder after expansion in an expansion valve.
Une telle installation peut être utilisée comme installation de réfrigération ou comme pompe à chaleur, en fonction des paramètres de pression et de température de chaque étage.Such an installation can be used as a refrigeration installation or as a heat pump, depending on the pressure and temperature parameters of each stage.
Lorsque l’installation est utilisée comme installation de réfrigération et que le fluide frigorigène est de l’ammoniac :
- la basse pression est comprise entre -0,6 et 0,2 bar ;
- la basse température est comprise entre -50 et -30 °C ;
- la moyenne pression est comprise entre 0,5 et 6,3 bar ;
- la moyenne température est comprise entre -25 et 15 °C ;
- la haute pression est comprise entre 7,6 et 19,3 bar ;
- la haute température est comprise entre 20 et 50 °C.When the installation is used as a refrigeration installation and the refrigerant is ammonia:
- the low pressure is between -0.6 and 0.2 bar;
- the low temperature is between -50 and -30°C;
- the medium pressure is between 0.5 and 6.3 bar;
- the average temperature is between -25 and 15°C;
- the high pressure is between 7.6 and 19.3 bar;
- the high temperature is between 20 and 50°C.
Lorsque l’installation est utilisée comme installation de réfrigération et que le fluide frigorigène est du propane:
- la basse pression est comprise entre -0,3 et 0,7 bar ;
- la basse température est comprise entre -50 et -30 °C ;
- la moyenne pression est comprise entre 1 et 6,3 bar ;
- la moyenne température est comprise entre -25 et 15 °C ;
- la haute pression est comprise entre 7,4 et 16,2 bar ;
- la haute température est comprise entre 20 et 50 °C.When the installation is used as a refrigeration installation and the refrigerant is propane:
- the low pressure is between -0.3 and 0.7 bar;
- the low temperature is between -50 and -30°C;
- the medium pressure is between 1 and 6.3 bar;
- the average temperature is between -25 and 15°C;
- the high pressure is between 7.4 and 16.2 bar;
- the high temperature is between 20 and 50°C.
Lorsque l’installation est utilisée comme installation de réfrigération et que le fluide frigorigène est du dioxyde de carbone :
- la basse pression est comprise entre 5,8 et 13,3 bar ;
- la basse température est comprise entre -50 et -30 °C ;
- la moyenne pression est comprise entre 15,8 et 50 bar ;
- la moyenne température est comprise entre -25 et 15 °C ;
- la haute pression est comprise entre 56,3 et 123,2 bar ;
- la haute température est comprise entre 20 et 50 °C.When the installation is used as a refrigeration installation and the refrigerant is carbon dioxide:
- the low pressure is between 5.8 and 13.3 bar;
- the low temperature is between -50 and -30°C;
- the medium pressure is between 15.8 and 50 bar;
- the average temperature is between -25 and 15°C;
- the high pressure is between 56.3 and 123.2 bar;
- the high temperature is between 20 and 50°C.
Lorsque l’installation est utilisée comme pompe à chaleur et que le fluide frigorigène est de l’ammoniac :
- la basse pression est comprise entre 1,9 et 19,3 bar ;
- la basse température est comprise entre -10 et 50 °C ;
- la moyenne pression est comprise entre 7,6 et 32,1 bar ;
- la moyenne température est comprise entre 20 et 70 °C ;
- la haute pression est comprise entre 25,1 et 90 bar ;
- la haute température est comprise entre 60 et 120 °C.When the installation is used as a heat pump and the refrigerant is ammonia:
- the low pressure is between 1.9 and 19.3 bar;
- the low temperature is between -10 and 50°C;
- the medium pressure is between 7.6 and 32.1 bar;
- the average temperature is between 20 and 70°C;
- the high pressure is between 25.1 and 90 bar;
- the high temperature is between 60 and 120°C.
Lorsque l’installation est utilisée comme pompe à chaleur et que le fluide frigorigène est du propane :
- la basse pression est comprise entre 2,5 et 16,1 bar ;
- la basse température est comprise entre -10 et 50 °C ;
- la moyenne pression est comprise entre 7,3 et 24,9 bar ;
- la moyenne température est comprise entre 20 et 70 °C ;
- la haute pression est comprise entre 20,1 et 41,3 bar ;
- la haute température est comprise entre 60 et 120 °C.When the installation is used as a heat pump and the refrigerant is propane:
- the low pressure is between 2.5 and 16.1 bar;
- the low temperature is between -10 and 50°C;
- the medium pressure is between 7.3 and 24.9 bar;
- the average temperature is between 20 and 70°C;
- the high pressure is between 20.1 and 41.3 bar;
- the high temperature is between 60 and 120°C.
Lorsque l’installation est utilisée comme pompe à chaleur et que le fluide frigorigène est du dioxyde de carbone :
- la basse pression est comprise entre 25,5 et 123,2 bar ;
- la basse température est comprise entre -10 et 50 °C ;
- la moyenne pression est comprise entre 56,3 et 92,9 bar ;
- la moyenne température est comprise entre 20 et 70 °C ;
- la haute pression est comprise entre 73,8 et 140 bar ;
- la haute température est comprise entre 60 et 120 °C.When the installation is used as a heat pump and the refrigerant is carbon dioxide:
- the low pressure is between 25.5 and 123.2 bar;
- the low temperature is between -10 and 50°C;
- the medium pressure is between 56.3 and 92.9 bar;
- the average temperature is between 20 and 70°C;
- the high pressure is between 73.8 and 140 bar;
- the high temperature is between 60 and 120°C.
Pour tout autre fluide frigorigène tel que par exemple dioxyde de soufre, chlorométhane, chloroéthane ou tout autre fluide apte à transporter des calories, l’homme du métier saura adapter les pressions et les températures de chaque étage afin d’obtenir l’installation souhaitée.For any other refrigerant such as, for example, sulfur dioxide, chloromethane, chloroethane or any other fluid capable of transporting calories, those skilled in the art will be able to adapt the pressures and temperatures of each stage in order to obtain the desired installation.
L’invention sera bien comprise et d’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées.The invention will be well understood and other characteristics and advantages of the invention will emerge clearly from the description given of it below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended figures.
Comme illustré sur la figure 1, le désurchauffeur 100 de l’invention comporte une enceinte 6 dans laquelle sont disposés des éléments d’échanges thermiques sous forme de garnissages 5, lesquels sont représentés schématiquement. Des moyens d’injections de fluide frigorigène gazeux 4 permettent de faire pénétrer dans l’enceinte 6 le fluide frigorigène à désurchauffer qui va naturellement remonter dans l’enceinte le long des éléments de garnissage 5 jusqu’à atteindre une conduite d’évacuation du fluide frigorigène gazeux désurchauffé 2. Pour ce faire, des moyens d’injection de fluide frigorigène liquide 1 pulvérisent le fluide sous forme liquide sur les éléments de garnissage 5 selon un mouvement descendant et avec un débit suffisant pour permettre sa répartition homogène sur les éléments de garnissage. Ainsi, au contact du fluide frigorigène à désurchauffer, le liquide est instantanément vaporisé tout en refroidissant le fluide frigorigène à désurchauffer.As illustrated in Figure 1, the desuperheater 100 of the invention comprises an enclosure 6 in which are arranged heat exchange elements in the form of packings 5, which are shown schematically. Means for injecting gaseous refrigerant 4 allow the refrigerant to be desuperheated to penetrate into the enclosure 6, which will naturally rise in the enclosure along the packing elements 5 until it reaches a fluid evacuation pipe. desuperheated gaseous refrigerant 2. To do this, liquid refrigerant injection means 1 spray the fluid in liquid form on the packing elements 5 according to a downward movement and with a flow rate sufficient to allow its homogeneous distribution on the packing elements . Thus, in contact with the refrigerant to be desuperheated, the liquid is instantly vaporized while cooling the refrigerant to be desuperheated.
Tel que représenté sur la figure 1, l’enceinte 6 du désurchauffeur est de forme cylindrique, bombée à ses deux extrémités 17-18. L’enceinte 6 est également recouverte d’une enveloppe calorifugée 7, par exemple réalisée en acier noir et protégée d’une couche antirouille. Le désurchauffeur 100 présente une hauteur de l’ordre de 3 m et un diamètre intérieur compris entre 50 et 80cm. Le désurchauffeur 100 est configuré pour contenir un fluide d’une température comprise entre -20°C et 100°C et une pression comprise entre -1 bar et 18 bar.As shown in Figure 1, the enclosure 6 of the desuperheater is cylindrical in shape, curved at its two ends 17-18. The enclosure 6 is also covered with a heat-insulated envelope 7, for example made of black steel and protected with an anti-rust layer. The 100 desuperheater has a height of around 3 m and an internal diameter of between 50 and 80 cm. The desuperheater 100 is configured to contain a fluid with a temperature between -20°C and 100°C and a pressure between -1 bar and 18 bar.
L’enceinte 6 du désurchauffeur 100 est garnie d’éléments de garnissage 5. Les éléments de garnissage 5 se présentent dans ce mode de réalisation sous la forme d’un garnissage de type « packing » composé d’un treillis métallique réparti sur une hauteur de l’ordre de 1,20 m dans cet exemple, réalisé en acier inoxydable. Le treillis métallique comporte plusieurs disques superposés et assemblés entre eux. Le diamètre des disques est choisi de sorte à être inférieur au diamètre de l’enceinte 6 de quelques millimètres seulement pour empêcher l’écoulement du fluide frigorigène sous forme liquide sur la paroi du désurchauffeur 100. Selon une caractéristique essentielle de l’invention, les éléments de garnissage sont répartis sur toute ou partie de la hauteur séparant les moyens d’injection du fluide gazeux d’une part, et du fluide liquide d’autre part. En d’autres termes, les éléments de garnissage ne sont jamais noyés dans du liquide frigorigène susceptible, en régime transitoire, tel que décrit par la suite, de s’accumuler dans le fond de la cuve.The enclosure 6 of the desuperheater 100 is lined with packing elements 5. The packing elements 5 are in this embodiment in the form of a “packing” type packing consisting of a metal mesh distributed over a height of the order of 1.20 m in this example, made of stainless steel. The wire mesh comprises several discs superimposed and assembled together. The diameter of the discs is chosen so as to be less than the diameter of the enclosure 6 by only a few millimeters to prevent the flow of the refrigerant in liquid form on the wall of the desuperheater 100. According to an essential characteristic of the invention, the packing elements are distributed over all or part of the height separating the means for injecting the gaseous fluid on the one hand, and the liquid fluid on the other hand. In other words, the packing elements are never drowned in liquid refrigerant which may, under transient conditions, as described below, accumulate in the bottom of the vessel.
En pratique, les moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme gazeuse 4 sont localisés dans la partie inférieure de l’enceinte 6 du désurchauffeur 100 afin de permettre au flux de fluide frigorigène gazeux de remonter dans l’enceinte 6 à travers les éléments de garnissage 5. Par exemple, les moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme gazeuse 4 sont formés d’une conduite et d’une rampe d’injection 8 et le flux de fluide frigorigène gazeux à désurchauffer 4 est contrôlé par une première vanne 16.In practice, the means for injecting the refrigerant in gaseous form 4 are located in the lower part of the enclosure 6 of the desuperheater 100 in order to allow the flow of gaseous refrigerant to rise in the enclosure 6 through the elements of packing 5. For example, the means for injecting the refrigerant in gaseous form 4 are formed by a pipe and an injection ramp 8 and the flow of gaseous refrigerant to be desuperheated 4 is controlled by a first valve 16 .
Les moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme liquide 1 sont, dans cet exemple, formés d’une conduite et d’une rampe d’injection 17 permettant de pulvériser le fluide sous forme liquide de manière homogène au-dessus des éléments de garnissage 5 selon un mouvement descendant. Le flux de fluide frigorigène liquide entrant 1 est contrôlé par une seconde vanne 11. Les moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme liquide 1 sont localisés dans la partie supérieure du désurchauffeur 100 au-dessus du packing, comme représenté sur la figure 1.The means for injecting the refrigerant in liquid form 1 are, in this example, formed of a pipe and of an injection ramp 17 making it possible to spray the fluid in liquid form in a homogeneous manner above the packing elements. 5 in a downward motion. The flow of incoming liquid refrigerant 1 is controlled by a second valve 11. The means for injecting the refrigerant in liquid form 1 are located in the upper part of the desuperheater 100 above the packing, as shown in Figure 1.
Les moyens d’évacuation du fluide frigorigène désurchauffé sous forme gazeuse 2 sont localisés dans la partie supérieure du désurchauffeur 100, c’est-à-dire au-dessus des éléments de garnissage 5. Les moyens d’évacuation du fluide frigorigène désurchauffé sous forme gazeuse 2 sont formés d’une conduite munie d’un capteur de pression et de température 15.The means for evacuating the desuperheated refrigerant in gaseous form 2 are located in the upper part of the desuperheater 100, that is to say above the packing elements 5. The means for evacuating the desuperheated refrigerant in the form gas 2 are formed by a pipe provided with a pressure and temperature sensor 15.
Dans ce mode de réalisation, une boucle de rétroaction 21 permet de contrôler le débit de la vanne 11 en fonction des valeurs relevées par le capteur de pression et de température 15. Cette boucle de rétroaction 21 permet d’adapter le débit de fluide liquide nécessaire pour refroidir le fluide gazeux à désurchauffer.In this embodiment, a feedback loop 21 makes it possible to control the flow rate of the valve 11 according to the values read by the pressure and temperature sensor 15. This feedback loop 21 makes it possible to adapt the flow rate of liquid fluid necessary to cool the gaseous fluid to be desuperheated.
En fonctionnement transitoire, la quantité de fluide frigorigène à désurchauffer peut diminuer. En réponse, la quantité de fluide frigorigène liquide injectée dans l’enceinte diminue également. Cependant, il est préférable que le débit de fluide frigorigène liquide injecté ne puisse diminuer en dessous d’un seuil minimal S à partir duquel le liquide n’est pas injecté de manière homogène sur les éléments de garnissage.In transient operation, the quantity of refrigerant to be desuperheated may decrease. In response, the amount of liquid refrigerant injected into the enclosure also decreases. However, it is preferable that the flow rate of injected liquid refrigerant cannot decrease below a minimum threshold S from which the liquid is not injected homogeneously on the packing elements.
En effet, si le débit de fluide frigorigène liquide injecté descend en dessous du seuil minimal S, le liquide tend à ruisseler selon des chemins préférentiels, ce qui ne permet pas de refroidir de manière homogène la totalité du fluide gazeux à désurchauffer qui remonte à travers les éléments de garnissage 5.In fact, if the flow rate of injected liquid refrigerant drops below the minimum threshold S, the liquid tends to flow along preferential paths, which does not make it possible to uniformly cool all of the gaseous fluid to be desuperheated which rises through the trim elements 5.
Ainsi, lorsque le seuil minimal S est atteint et que le débit de fluide gazeux à désurchauffer continue de diminuer, la quantité de liquide pulvérisée sur les éléments de garnissage 5 devient supérieure à la quantité de fluide gazeux à désurchauffer et une fraction de liquide n’est pas vaporisée et tend à s’accumuler au fond de l’enceinte 6.Thus, when the minimum threshold S is reached and the flow rate of gaseous fluid to be desuperheated continues to decrease, the quantity of liquid sprayed onto the packing elements 5 becomes greater than the quantity of gaseous fluid to be desuperheated and a fraction of liquid n' is not vaporized and tends to accumulate at the bottom of enclosure 6.
Afin d’éviter que le liquide ne stagne au fond de l’enceinte 6 sans être utilisé, l’enceinte 6 comporte également des moyens d’évacuation du fluide sous forme liquide 3. De préférence, les moyens d’évacuation du fluide sous forme liquide 3 sont formés par une conduite localisée au niveau de l’extrémité inférieure 18 de l’enceinte 6 du désurchauffeur 100. L’évacuation des fluides est contrôlée par une troisième vanne 19.In order to prevent the liquid from stagnating at the bottom of the enclosure 6 without being used, the enclosure 6 also comprises means for discharging the fluid in liquid form 3. Preferably, the means for discharging the fluid in the form liquid 3 are formed by a pipe located at the level of the lower end 18 of the enclosure 6 of the desuperheater 100. The evacuation of the fluids is controlled by a third valve 19.
De manière optionnelle, l’enceinte 6 comporte un capteur permettant de mesurer le niveau de liquide 9, non représenté sur cette figure. Ce capteur de niveau permet de mesurer un niveau bas et un niveau haut de liquide. L’évacuation du liquide est modulée, via la vanne 19, en fonction du niveau de liquide mesuré par le capteur de niveau.Optionally, enclosure 6 includes a sensor for measuring the level of liquid 9, not shown in this figure. This level sensor measures a low level and a high level of liquid. The evacuation of the liquid is modulated, via valve 19, according to the level of liquid measured by the level sensor.
Pour garantir la sécurité du désurchauffeur 100 et de son environnement, une soupape 12 permet de dépressuriser l’enceinte 6 lorsque la pression à l’intérieur de l’enceinte 6 dépasse un seuil. Typiquement, le seuil de pression est compris entre 15 et 20 bar.To guarantee the safety of the desuperheater 100 and its environment, a valve 12 makes it possible to depressurize the enclosure 6 when the pressure inside the enclosure 6 exceeds a threshold. Typically, the pressure threshold is between 15 and 20 bar.
En pratique, le désurchauffeur 100 peut être inséré dans une installation frigorifique dans le but de limiter la quantité de fluide frigorigène circulant dans l’installation et donc de générer une économie. Le fluide frigorigène peut correspondre à du dioxyde de carbone, de l’ammoniac, du propane, du dioxyde de soufre, du chlorométhane, du chloroéthane ou tout autre fluide apte à transporter des calories.In practice, the desuperheater 100 can be inserted into a refrigeration installation in order to limit the quantity of refrigerant circulating in the installation and therefore to generate savings. The refrigerant can correspond to carbon dioxide, ammonia, propane, sulfur dioxide, chloromethane, chloroethane or any other fluid capable of transporting calories.
Tel qu’illustré sur les figure 2 et 3, l’installation frigorifique 1000 met en œuvre un cycle frigorifique multi-étagé 2000 comportant un étage basse pression BP, un étage moyenne pression MP et un étage haute pression HP. Le passage d’un étage de pression à un autre est assuré par les compresseurs 120-130. De manière alternative, le cycle frigorifique peut comporter plus de trois étages de pression en rajoutant des compresseurs supplémentaires.As illustrated in Figures 2 and 3, the refrigeration installation 1000 implements a multi-stage refrigeration cycle 2000 comprising a low pressure stage LP, a medium pressure stage MP and a high pressure stage HP. The transition from one pressure stage to another is ensured by compressors 120-130. Alternatively, the refrigeration cycle can include more than three pressure stages by adding additional compressors.
Une première étape de compression 10-20, réalisée par le compresseur 120, permet de comprimer le fluide frigorigène sous forme gazeuse depuis une basse pression jusqu’à une moyenne pression. Le fluide frigorigène comprimé possède alors une température élevée. Si ce fluide subit directement une seconde étape de compression 30-40, dans un second compresseur 130, la température trop élevée du fluide frigorigène endommagerait le second compresseur 130.A first stage of compression 10-20, carried out by the compressor 120, makes it possible to compress the refrigerant in gaseous form from a low pressure to a medium pressure. The compressed refrigerant then has a high temperature. If this fluid directly undergoes a second stage of compression 30-40, in a second compressor 130, the too high temperature of the refrigerant would damage the second compressor 130.
Une étape de désurchauffage 20-30 est donc rajoutée pour refroidir le fluide frigorigène à moyenne pression sans modifier son niveau de compression. Le désurchauffeur 100 est inséré entre les deux compresseurs 120 et 130 et reçoit le fluide gazeux à désurchauffer en entrée 4. Le fluide gazeux désurchauffé est ensuite évacué vers le second compresseur 130 au niveau de la sortie 2. Le compresseur 130 comprime alors le fluide de la moyenne pression jusqu’à la haute pression.A 20-30 desuperheating stage is therefore added to cool the refrigerant to medium pressure without modifying its level of compression. The desuperheater 100 is inserted between the two compressors 120 and 130 and receives the gaseous fluid to be desuperheated at the inlet 4. The desuperheated gaseous fluid is then evacuated to the second compressor 130 at the outlet 2. The compressor 130 then compresses the fluid from medium pressure to high pressure.
Le fluide frigorigène gazeux à haute pression issu du second compresseur 130 subit ensuite une étape de liquéfaction 40-50 dans un condenseur 180.The high pressure gaseous refrigerant from the second compressor 130 then undergoes a 40-50 liquefaction stage in a condenser 180.
Une fraction du fluide frigorigène liquide à haute pression issu du condenseur 180 est ensuite prélevée. Elle subit une étape de détente 50-60 depuis une haute pression jusqu’à une moyenne pression dans le détendeur 170 avant d’être injectée en entrée 1 du désurchauffeur 100. Cette fraction de fluide frigorigène liquide à moyenne pression est utilisée pour désurchauffer le fluide frigorigène gazeux en sortie du premier compresseur 120.A fraction of the high pressure liquid refrigerant coming from the condenser 180 is then withdrawn. It undergoes a 50-60 expansion step from a high pressure to a medium pressure in the expander 170 before being injected into inlet 1 of the desuperheater 100. This fraction of liquid refrigerant at medium pressure is used to desuperheat the fluid gaseous refrigerant at the outlet of the first compressor 120.
La fraction de fluide frigorigène liquide à haute pression restante subit également une étape de détente 50-60 depuis une haute pression jusqu’à une moyenne pression dans un détendeur 160. A l’issue de la détente, la fraction de fluide frigorigène à moyenne pression comprend une portion liquide moyenne pression et une portion gazeuse moyenne pression. Ces deux portions sont introduites dans une bouteille de séparation moyenne pression 190 pour subir une étape de séparation 60’-60.The remaining high pressure liquid refrigerant fraction also undergoes a 50-60 expansion step from high pressure to medium pressure in an expansion valve 160. After expansion, the medium pressure refrigerant fraction comprises a liquid medium pressure portion and a gaseous medium pressure portion. These two portions are introduced into a 190 medium pressure separation bottle to undergo a 60'-60 separation stage.
La portion gazeuse moyenne pression, plus volatile, se retrouve dans la partie supérieure de la bouteille de séparation moyenne pression 190 et est réinjectée en entrée du second compresseur 130. La portion liquide moyenne pression est présente au fond de la bouteille de séparation moyenne pression 190 en quantité réduite.The medium pressure gaseous portion, which is more volatile, is found in the upper part of the medium pressure separation bottle 190 and is reinjected at the inlet of the second compressor 130. The medium pressure liquid portion is present at the bottom of the medium pressure separation bottle 190 in reduced quantity.
La fraction liquide de la bouteille de séparation moyenne pression 190 alimente un évaporateur non représenté par le biais d’un circuit d’échange thermique 210, dans le but de refroidir par exemple, une chambre à froid positif, non représentée sur la figure.The liquid fraction of the medium pressure separation cylinder 190 feeds an evaporator, not shown, via a heat exchange circuit 210, with the aim of cooling, for example, a positive cold chamber, not shown in the figure.
La bouteille de séparation moyenne pression 190 comporte également une sortie permettant d’évacuer une partie de liquide moyenne pression vers un détendeur 150. Ce dernier va détendre le fluide frigorigène depuis une moyenne pression jusqu’à une basse pression. A l’issue de la détente, le fluide frigorigène à basse pression comprend une portion liquide basse pression et une portion gazeuse basse pression. Ces deux portions sont introduites dans la bouteille de séparation basse pression 200 pour subir une étape de séparation 80-90.The medium pressure separation cylinder 190 also has an outlet allowing part of the medium pressure liquid to be evacuated to a pressure reducer 150. The latter will expand the refrigerant fluid from medium pressure to low pressure. After expansion, the low-pressure refrigerant comprises a low-pressure liquid portion and a low-pressure gaseous portion. These two portions are introduced into the low pressure separation bottle 200 to undergo an 80-90 separation step.
La portion gazeuse basse pression, plus volatile, se retrouve dans la partie supérieure de la bouteille de séparation basse pression 200 et est réinjectée en entrée du premier compresseur 120. La portion liquide basse pression est présente au fond de la bouteille de séparation basse pression 190.The more volatile low-pressure gaseous portion is found in the upper part of the low-pressure separation cylinder 200 and is reinjected at the inlet of the first compressor 120. The low-pressure liquid portion is present at the bottom of the low-pressure separation cylinder 190 .
Une fraction liquide de la bouteille de séparation basse pression 200 alimente un évaporateur non représenté par le biais d’un circuit d’échange thermique 220, dans le but de refroidir par exemple, une chambre froide de température inférieure à celle de la chambre à froid positif, non représentée sur la figure.A liquid fraction from the low-pressure separation cylinder 200 feeds an evaporator, not shown, via a heat exchange circuit 220, with the aim of cooling, for example, a cold room with a temperature lower than that of the cold room. positive, not shown in the figure.
La bouteille de séparation basse pression 200 comporte également une entrée permettant de recevoir le fluide frigorigène liquide accumulé au fond de l’enceinte du désurchauffeur 100. Pour ce faire, le fluide frigorigène liquide subit préalablement une étape de détente 60’’-90 depuis une moyenne pression jusqu’à une basse pression dans un détendeur 140.The low-pressure separation bottle 200 also includes an inlet for receiving the liquid refrigerant accumulated at the bottom of the enclosure of the desuperheater 100. To do this, the liquid refrigerant first undergoes a 60″-90 expansion step from a medium pressure to low pressure in a 140 regulator.
A titre d’exemple, lorsque l’installation est utilisée comme installation de réfrigération et que le fluide frigorigène est de l’ammoniac :
- la basse pression est comprise entre -0,6 et 0,2 bar ;
- la basse température est comprise entre -50 et -30 °C ;
- la moyenne pression est comprise entre 0,5 et 6,3 bar ;
- la moyenne température est comprise entre -25 et 15 °C ;
- la haute pression est comprise entre 7,6 et 19,3 bar ;
- la haute température est comprise entre 20 et 50 °C.For example, when the installation is used as a refrigeration installation and the refrigerant is ammonia:
- the low pressure is between -0.6 and 0.2 bar;
- the low temperature is between -50 and -30°C;
- the medium pressure is between 0.5 and 6.3 bar;
- the average temperature is between -25 and 15°C;
- the high pressure is between 7.6 and 19.3 bar;
- the high temperature is between 20 and 50°C.
Dans le cadre d’une installation de type pompe à chaleur, l’installation peut correspondre à la figure 2. Les rapports de compression et les températures sont modifiées pour permettre de chauffer les chambres via les circuits d’échange thermiques 210 et 220.As part of a heat pump type installation, the installation may correspond to Figure 2. The compression ratios and the temperatures are modified to allow the chambers to be heated via the heat exchange circuits 210 and 220.
A titre d’exemple, lorsque l’installation est utilisée comme pompe à chaleur avec de l’ammoniac pour fluide frigorigène :
- la basse pression est comprise entre 25,5 et 123,2 bar ;
- la basse température est comprise entre -10 et 50 °C ;
- la moyenne pression est comprise entre 56,3 et 92,9 bar ;
- la moyenne température est comprise entre 20 et 70 °C ;
- la haute pression est comprise entre 73,8 et 140 bar ;
- la haute température est comprise entre 60 et 120 °C.For example, when the installation is used as a heat pump with ammonia as the refrigerant:
- the low pressure is between 25.5 and 123.2 bar;
- the low temperature is between -10 and 50°C;
- the medium pressure is between 56.3 and 92.9 bar;
- the average temperature is between 20 and 70°C;
- the high pressure is between 73.8 and 140 bar;
- the high temperature is between 60 and 120°C.
Les différents modes de réalisation de l’invention illustrent la mise en œuvre d’un désurchauffeur limitant la quantité de fluide frigorigène totale utilisée dans des installations mono-étagées ou multi étages.
:The various embodiments of the invention illustrate the implementation of a desuperheater limiting the quantity of total refrigerant used in single-stage or multi-stage installations.
:
Claims (15)
- une enceinte sous pression ;
- des moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme gazeuse à désurchauffer dans l’enceinte,
- des moyens d’évacuation du fluide frigorigène désurchauffé hors de l’enceinte,
- des moyens d’injection de fluide frigorigène sous forme liquide dans l’enceinte,
caractérisé en ce qu’il comprend en outre des moyens d’échanges thermiques positionnés entre les moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme gazeuse et les moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme liquide, de sorte que le fluide frigorigène sous forme gazeuse traverse les moyens d’échanges thermiques selon un mouvement ascendant et que le fluide frigorigène sous forme liquide traverse les moyens d’échanges thermiques selon un mouvement descendant.Desuperheater (100) for refrigerant in gaseous form, comprising:
- a pressure vessel;
- means for injecting the refrigerant in gaseous form to be desuperheated in the enclosure,
- means for evacuating the desuperheated refrigerant from the enclosure,
- means for injecting refrigerant in liquid form into the enclosure,
characterized in that it further comprises heat exchange means positioned between the means for injecting the refrigerant in gaseous form and the means for injecting the refrigerant in liquid form, so that the refrigerant in gaseous form passes through the heat exchange means according to an upward movement and that the refrigerant in liquid form passes through the heat exchange means according to a downward movement.
- les moyens d’injection dans l’enceinte (6) du fluide frigorigène sous forme liquide comportent une vanne (11) ;
- lesdits moyens d’évacuation du fluide frigorigène désurchauffé (2) hors de l’enceinte (6) comportent un capteur de pression (15) et un capteur de température (15) ;
l’ouverte de ladite vanne (11) étant contrôlée par la désurchauffe du fluide frigorigène désurchauffé sortant de ladite enceinte (6) et mesurée par lesdits capteurs de pression et de température (15).Desuperheater according to one of the preceding claims, characterized in that :
- the means of injection into the enclosure (6) of the refrigerant in liquid form comprise a valve (11);
- said means for discharging the desuperheated refrigerant fluid (2) out of the enclosure (6) comprise a pressure sensor (15) and a temperature sensor (15);
the opening of said valve (11) being controlled by the desuperheating of the desuperheated refrigerant leaving said enclosure (6) and measured by said pressure and temperature sensors (15).
- un premier compresseur (120) comprimant un fluide frigorigène depuis une basse pression jusqu’à une moyenne pression ;
- un second compresseur (130) comprimant le fluide frigorigène depuis ladite moyenne pression jusqu’à une haute pression ; ledit premier compresseur (120) fournissant le fluide frigorigène à moyenne pression en entrée dudit second compresseur (130);
- un désurchauffeur selon l’une des revendications 1 à 10 monté entre les premier et second compresseurs.Installation implementing a multi-stage compression system comprising:
- a first compressor (120) compressing a refrigerant from low pressure to medium pressure;
- a second compressor (130) compressing the refrigerant from said medium pressure to a high pressure; said first compressor (120) supplying medium pressure refrigerant to said second compressor (130);
- A desuperheater according to one of claims 1 to 10 mounted between the first and second compressors.
- un étage basse pression (BP) et basse température situé en amont dudit premier compresseur incluant une bouteille séparatrice basse pression (200), dont la phase liquide alimente un premier circuit d’échange thermique (220) utilisé pour refroidir une enceinte à basse température;
- un étage haute pression (HP) et haute température situé en aval dudit second compresseur, comportant un condenseur (180) apte à transformer le fluide frigorigène haute pression sous forme gazeuse issu du second compresseur en fluide frigorigène haute pression sous forme liquide ;
- un étage moyenne pression (MP) et moyenne température situé entre les deux compresseurs incluant :
- ledit désurchauffeur (100) ;
- une bouteille séparatrice moyenne pression (190), dont une partie de la phase liquide alimente un second circuit d’échange thermique (210) utilisé pour refroidir une enceinte à basse température.Installation according to claim 11, characterized in that it implements a multi-stage refrigeration cycle comprising:
- a low pressure (LP) and low temperature stage located upstream of said first compressor including a low pressure separator cylinder (200), the liquid phase of which supplies a first heat exchange circuit (220) used to cool a low temperature enclosure ;
- a high pressure (HP) and high temperature stage located downstream of said second compressor, comprising a condenser (180) capable of converting the high pressure refrigerant in gaseous form from the second compressor into high pressure refrigerant in liquid form;
- a medium pressure (MP) and medium temperature stage located between the two compressors including:
- said desuperheater (100);
- a medium-pressure separating bottle (190), part of the liquid phase of which feeds a second heat exchange circuit (210) used to cool a low-temperature enclosure.
- une fraction du fluide frigorigène liquide à haute pression issu du condenseur subit une étape de détente depuis une haute pression jusqu’à une moyenne pression dans un détendeur avant d’être injectée dans le désurchauffeur par le biais des moyens d’injection du fluide frigorigène sous forme liquide,
- le fluide frigorigène liquide moyenne pression accumulé au fond de l’enceinte du désurchauffeur est évacué par les moyens d’évacuation pour alimenter la bouteille séparatrice basse pression après détente dans un détendeur.Installation according to claim 12, characterized in that:
- a fraction of the high-pressure liquid refrigerant from the condenser undergoes a step of expansion from high pressure to medium pressure in an expansion valve before being injected into the desuperheater by means of the refrigerant injection means in liquid form,
- the medium pressure liquid refrigerant accumulated at the bottom of the enclosure of the desuperheater is evacuated by the evacuation means to supply the low pressure separator bottle after expansion in a pressure reducer.
- la basse pression est comprise entre -0,6 et 0,2 bar ;
- la basse température est comprise entre -50 et -30 °C ;
- la moyenne pression est comprise entre 0,5 et 6,3 bar ;
- la moyenne température est comprise entre -25 et 15 °C ;
- la haute pression est comprise entre 7,6 et 19,3 bar ;
- la haute température est comprise entre 20 et 50 °C.Installation according to one of Claims 12 or 13, characterized in that the refrigerant fluid is ammonia and the installation is a refrigeration installation in which:
- the low pressure is between -0.6 and 0.2 bar;
- the low temperature is between -50 and -30°C;
- the medium pressure is between 0.5 and 6.3 bar;
- the average temperature is between -25 and 15°C;
- the high pressure is between 7.6 and 19.3 bar;
- the high temperature is between 20 and 50°C.
- la basse pression est comprise entre 1,9 et 19,3 bar ;
- la basse température est comprise entre -10 et 50 °C ;
- la moyenne pression est comprise entre 7,6 et 32,1 bar ;
- la moyenne température est comprise entre 20 et 70 °C ;
- la haute pression est comprise entre 25,1 et 90 bar ;
- la haute température est comprise entre 60 et 120 °C.Installation according to one of Claims 12 or 13, characterized in that the refrigerant fluid is ammonia and the installation is a heat pump in which:
- the low pressure is between 1.9 and 19.3 bar;
- the low temperature is between -10 and 50°C;
- the medium pressure is between 7.6 and 32.1 bar;
- the average temperature is between 20 and 70°C;
- the high pressure is between 25.1 and 90 bar;
- the high temperature is between 60 and 120°C.
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