FR3114641A1 - Système pour supporter des charges calorifiques transitoires rapides intermittentes - Google Patents

Système pour supporter des charges calorifiques transitoires rapides intermittentes Download PDF

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Abstract

Un système de transfert de chaleur pour commander deux charges calorifiques ou plus, y compris une charge calorifique transitoire élevée, est fourni. Le système de transfert de chaleur peut comprendre un stockage d’énergie thermique à chaleur sensible. Un procédé de transfert de chaleur de deux charges calorifiques ou plus à un environnement ambient est en outre fourni. Figure pour l’abrégé: [Fig. 1]

Description

Système pour Supporter des Charges Calorifiques Transitoires Rapides Intermittentes
Cette divulgation se rapporte à des systèmes de transfert de chaleur, plus précisément à un système de transfert de chaleur pour supporter des charges calorifiques transitoires rapides intermittentes.
ARRIÈRE-PLAN
Des procédés conventionnels de rejet de chaleur d’un système de réfrigération ou de refroidissement, par exemple de systèmes de compression de vapeur ou de systèmes de refroidissement à changement de phase, nécessitent le dimensionnement du/des composant(s) de rejet de chaleur, par exemple, le condenseur et les ventilateurs, pour une charge calorifique de conception maximale à une température de rejet de conception maximale. Cependant, de nombreuses charges calorifiques peuvent fonctionner sur un cycle dans lequel la charge calorifique maximale se produit pendant seulement une partie de ce cycle. De plus, la température ambiante maximale de conception ou de rejet de chaleur n’est probablement pas toujours présente. Certains systèmes de transfert de chaleur font fréquemment fonctionner le compresseur loin de son efficacité optimale. En outre, le compresseur doit accélérer et décélérer très rapidement pour suivre le rythme des demandes de charge en temps réel d’un système, qui peut autrement devenir instable et ne pas maintenir un fluide frigorigène à température constante à la charge. En conséquence, il y a toujours un besoin de contributions supplémentaires dans ce champ de technologie.
La présente divulgation peut être mieux comprise en référence à la description et aux dessins suivants. Les composants dans les figures ne sont pas nécessairement à l’échelle. De plus, dans les figures, des numéros de même référence désignent des parties correspondantes dans les différentes vues.
illustre un schéma d’un exemple d’un système de transfert de chaleur configuré pour refroidir une charge calorifique transitoire élevée ;
illustre un schéma d’un autre exemple d’un transfert de chaleur configuré pour refroidir une charge calorifique transitoire élevée ;
illustre un schéma d’encore un autre exemple d’un transfert de chaleur configuré pour refroidir une charge calorifique transitoire élevée ;
illustre un schéma d’encore un autre exemple d’un système de transfert de chaleur configuré pour refroidir une charge calorifique transitoire élevée et une charge calorifique secondaire qui inclut un exemple d’une boucle TES comprenant la charge calorifique secondaire ; et
illustre un exemple d’un organigramme d’opérations dans un système de transfert de chaleur pour refroidir une charge calorifique transitoire élevée et une charge calorifique secondaire.
Les dessins décrits ici sont uniquement à des fins illustratives et ne sont pas destinés à limiter l’étendue de la présente divulgation de quelque manière que ce soit.

Claims (20)

  1. Système de transfert de chaleur, comprenant :
    un trajet d’écoulement de fluide primaire configuré pour distribuer un fluide primaire disposé dans le trajet d’écoulement de fluide primaire à une charge calorifique primaire à une température sensiblement constante, le trajet d’écoulement de fluide primaire comprenant :
    une boucle de pompe à deux phases (« TPPL »), la TPPL étant configurée pour refroidir la charge calorifique primaire, la TPPL comprenant un sous-refroidisseur en amont de la charge calorifique primaire ;
    une boucle de système de compression de vapeur (« VCS ») configurée pour transférer de la chaleur du fluide primaire dans la boucle VCS à un environnement ambiant via un premier condenseur et à un milieu de stockage d’énergie thermique (« TES ») via un premier échangeur de chaleur ;
    un accumulateur configuré pour séparer le fluide primaire reçu de la TPPL et de la boucle VCS en un fluide primaire en phase vapeur et un fluide primaire en phase liquide, l’accumulateur étant en communication fluidique avec la TPPL et la boucle VCS ; et
    une branche d’évaporateur comprenant le fluide primaire et un évaporateur et étant en communication fluidique avec la TPPL en aval de l’accumulateur et avec la boucle VCS en amont d’un compresseur ;
    dans lequel une boucle de stockage d’énergie thermique comprend l’évaporateur, un réservoir, une soupape à trois voies, une pompe à milieu TES et le premier échangeur de chaleur, dans lequel le milieu TES est disposé dans la boucle TES ;
    dans lequel la boucle TES est configurée, pendant le fonctionnement du système de transfert de chaleur, pour refroidir une charge calorifique secondaire et pour transférer de la chaleur à l’environnement ambiant via la boucle VCS ; et
    dans lequel le sous-refroidisseur est configuré pour dissiper la chaleur dans le fluide primaire dans la TPPL.
  2. Système de transfert de chaleur de la revendication 1, dans lequel la TPPL est couplée thermiquement à la boucle TES par le sous-refroidisseur ; et
    dans lequel la boucle TES est configurée, pendant le fonctionnement du système de transfert de chaleur, pour transférer de la chaleur du fluide primaire dans la TPPL à l’environnement ambiant via la boucle VCS.
  3. Système de transfert de chaleur de la revendication 1, dans lequel la TPPL comprend en outre un deuxième condenseur en aval de la charge calorifique primaire et en amont de l’accumulateur ;
    dans lequel la TPPL est couplée thermiquement à la boucle TES par le deuxième condenseur ; et
    dans lequel la boucle TES est configurée, pendant le fonctionnement du système de transfert de chaleur, pour transférer de la chaleur du fluide primaire dans la TPPL à l’environnement ambiant via la boucle VCS.
  4. Système de transfert de chaleur de la revendication 1, dans lequel la TPPL comprend en outre un deuxième condenseur en aval de la charge calorifique primaire et en amont de l’accumulateur ;
    dans lequel la TPPL est couplée thermiquement à la boucle TES par le deuxième condenseur et par le sous-refroidisseur ; et
    dans lequel la boucle TES est configurée, pendant le fonctionnement du système de transfert de chaleur, pour transférer de la chaleur du fluide primaire dans la TPPL à l’environnement ambiant via la boucle VCS.
  5. Système de transfert de chaleur de la revendication 1, dans lequel la boucle TES comprend en outre un trajet d’écoulement de milieu TES depuis l’évaporateur et retournant à l’évaporateur, le trajet d’écoulement de milieu TES comprenant, dans une direction d’écoulement de milieu TES: le réservoir, le premier échangeur de chaleur, et la pompe à milieu TES ; et
    dans lequel le trajet d’écoulement de milieu TES comprend en outre la soupape à trois voies et la charge calorifique secondaire, les deux étant en aval du réservoir et en amont de la pompe à milieu TES.
  6. Système de transfert de chaleur de la revendication 1, dans lequel la soupape à trois voies est configurée pour mélanger le milieu TES s’écoulant du réservoir avec le milieu TES s’écoulant du premier échangeur de chaleur et pour réguler la température du milieu TES s’écoulant vers la charge calorifique secondaire.
  7. Système de transfert de chaleur de la revendication 1, dans lequel le trajet d’écoulement de fluide primaire comprend une soupape sur la branche d’évaporateur en amont de l’évaporateur ; et
    dans lequel la soupape est configurée pour diminuer le débit du fluide primaire vers l’évaporateur lorsque la charge calorifique primaire augmente.
  8. Système de transfert de chaleur de la revendication 1, dans lequel le réservoir comprend une valeur de consigne de température prédéterminée ; et
    dans lequel un compresseur dans la boucle VCS est configuré pour être désactivé lorsque le milieu TES dans le réservoir se refroidit à une température inférieure ou égale à la valeur de consigne de température prédéterminée.
  9. Système de transfert de chaleur de la revendication 1, dans lequel la TPPL est couplée thermiquement à la boucle TES par le sous-refroidisseur ;
    dans lequel la boucle TES comprend en outre le sous-refroidisseur ;
    dans lequel la boucle TES comprend en outre un trajet d’écoulement de milieu TES depuis l’évaporateur et retournant à l’évaporateur, le trajet d’écoulement de milieu TES comprenant, dans une direction d’écoulement de milieu TES : le réservoir, le premier échangeur de chaleur et le sous-refroidisseur en parallèle, et la pompe à milieu TES; et
    dans lequel le trajet d’écoulement de milieu TES comprend en outre la soupape à trois voies et la charge calorifique secondaire, les deux étant en aval du réservoir et en amont de la pompe à milieu TES.
  10. Système de transfert de chaleur de la revendication 1, dans lequel la TPPL comprend en outre un deuxième condenseur en aval de la charge calorifique primaire et en amont de l’accumulateur ;
    dans lequel la TPPL est couplée thermiquement à la boucle TES par le deuxième condenseur et par le sous-refroidisseur ;
    dans lequel la boucle TES comprend en outre le deuxième condenseur et le sous-refroidisseur ;
    dans lequel la boucle TES comprend en outre un trajet d’écoulement de milieu TES depuis l’évaporateur et retournant à l’évaporateur, le trajet d’écoulement de milieu TES comprenant, dans une direction d’écoulement de milieu TES, le réservoir, le premier échangeur de chaleur et le deuxième condenseur et le sous-refroidisseur en parallèle, et la pompe à milieu TES ; et
    dans lequel le trajet d’écoulement de milieu TES comprend en outre la soupape à trois voies et la charge calorifique secondaire, les deux étant en aval du réservoir et en amont de la pompe à milieu TES.
  11. Procédé de transfert de chaleur d’une ou de plusieurs charge(s) calorifique(s) à un environnement ambiant, comprenant le fait de :
    distribuer un fluide primaire à une température sensiblement constante disposé dans une boucle de pompe à deux phases (« TPPL ») à une charge calorifique primaire ;
    transférer de la chaleur de la charge calorifique primaire au fluide primaire ;
    transférer de la chaleur du fluide primaire à un premier condenseur dans la TPPL ;
    transférer de la chaleur du fluide primaire à un milieu de stockage d’énergie thermique (« TES ») via un premier échangeur de chaleur, le milieu TES étant disposé dans une boucle TES, une boucle de système de compression de vapeur (« VCS ») comprenant le premier échangeur de chaleur, dans lequel la boucle VCS est en communication fluidique avec la TPPL ;
    transférer de la chaleur d’une charge calorifique secondaire au milieu TES dans la boucle TES ;
    transférer de la chaleur du milieu TES au fluide primaire via un évaporateur dans une branche d’évaporateur, la branche d’évaporateur étant en aval de et en communication fluidique avec la TPPL, la branche d’évaporateur étant en amont de et en communication fluidique avec la boucle VCS ; et
    transférer de la chaleur du fluide primaire à l’environnement ambiant via un deuxième condenseur dans la boucle VCS, le deuxième condenseur étant en amont du premier échangeur de chaleur.
  12. Procédé de la revendication 11, dans lequel le transfert de chaleur du fluide primaire au premier condenseur comprend :
    le transfert de la chaleur du fluide primaire dans la TPPL au milieu TES ;
    dans lequel la TPPL est couplée thermiquement à la boucle TES par le premier condenseur.
  13. Procédé de la revendication 11, comprenant en outre le fait de :
    transférer de la chaleur du fluide primaire dans la TPPL au milieu TES via un sous-refroidisseur dans la TPPL, le sous-refroidisseur étant en aval de l’accumulateur ;
    dans lequel la TPPL est couplée thermiquement à la boucle TES par le sous-refroidisseur.
  14. Procédé de la revendication 11, comprenant en outre le fait de :
    transférer de la chaleur du fluide primaire dans la TPPL au milieu TES via un sous-refroidisseur dans la TPPL, le sous-refroidisseur étant en aval de l’accumulateur ;
    dans lequel le transfert de chaleur du fluide primaire au premier condenseur comprend le transfert de chaleur du fluide primaire dans la TPPL au milieu TES ; et
    dans lequel la TPPL est couplée thermiquement à la boucle TES par le sous-refroidisseur et le premier condenseur.
  15. Procédé de la revendication 11, comprenant en outre le fait de :
    mélanger le milieu TES s’écoulant d’un réservoir dans la boucle TES avec le milieu TES s’écoulant du premier échangeur de chaleur pour réguler la température du milieu TES s’écoulant vers la charge calorifique secondaire.
  16. Procédé de la revendication 11, comprenant en outre le fait de :
    diminuer le débit du fluide primaire à travers une soupape sur la branche d’évaporateur en amont de l’évaporateur lorsque la charge calorifique primaire augmente.
  17. Procédé de la revendication 11, comprenant en outre le fait de :
    désactiver un compresseur dans la boucle VCS lorsque le milieu TES dans le réservoir se refroidit à une température inférieure ou égale à une valeur de consigne de température prédéterminée.
  18. Système de transfert de chaleur, comprenant :
    une boucle de stockage d’énergie thermique (« TES ») comprenant un milieu TES disposé dans la boucle TES, un évaporateur, un réservoir, une soupape à trois voies, un sous-refroidisseur, un premier échangeur de chaleur et un premier condenseur, la boucle TES étant configurée pour refroidir une charge calorifique secondaire ;
    un processeur ; et
    un trajet d’écoulement de fluide primaire configuré pour distribuer un fluide primaire disposé dans le trajet d’écoulement de fluide primaire à une charge calorifique primaire à une température sensiblement constante, le trajet d’écoulement de fluide primaire comprenant :
    un fluide primaire disposé dans le trajet d’écoulement de fluide primaire ;
    une boucle de pompe à deux phases (« TPPL »), la TPPL étant configurée pour refroidir la charge calorifique primaire en transférant de la chaleur du fluide primaire au milieu TES via le premier condenseur et via le sous-refroidisseur ;
    une boucle de système de compression de vapeur (« VCS ») configurée pour transférer de la chaleur du fluide primaire dans la boucle VCS à un environnement ambiant via un deuxième condenseur et au milieu TES via le premier échangeur de chaleur, le premier échangeur de chaleur étant en aval du deuxième condenseur ;
    un accumulateur configuré pour séparer le fluide primaire reçu de la TPPL et de la boucle VCS en un fluide primaire en phase vapeur et un fluide primaire en phase liquide, l’accumulateur étant en communication fluidique avec la TPPL et la boucle VCS ; et
    une branche d’évaporateur comprenant le fluide primaire et un évaporateur et étant en communication fluidique avec la TPPL en aval de l’accumulateur et avec la boucle VCS en amont d’un compresseur ;
    dans lequel le processeur est configuré pour amener :
    la TPPL à transférer de la chaleur de la charge calorifique primaire au fluide primaire ;
    le sous-refroidisseur à transférer de la chaleur du fluide primaire au milieu TES ; et
    la boucle TES à transférer de la chaleur de la charge calorifique secondaire au milieu TES ;
    dans lequel le premier condenseur est configuré pour transférer de la chaleur du fluide primaire au milieu TES ;
    dans lequel le premier échangeur de chaleur est configuré pour transférer de la chaleur du fluide primaire au milieu TES ;
    dans lequel l’évaporateur est configuré pour transférer de la chaleur du milieu TES au fluide primaire ; et
    dans lequel le deuxième condenseur est configuré pour transférer de la chaleur du fluide primaire à l’environnement ambiant.
  19. Système de transfert de chaleur de la revendication 18, dans lequel le processeur est en outre configuré pour amener la soupape à trois voies à maintenir une température du milieu TES s’écoulant vers la charge calorifique secondaire en mélangeant le milieu TES s’écoulant du réservoir avec le milieu TES s’écoulant du sous-refroidisseur.
  20. Système de transfert de chaleur de la revendication 18, dans lequel le processeur est en outre configuré pour amener une soupape sur la branche d’évaporateur à diminuer le débit du fluide primaire vers l’évaporateur lorsque la charge calorifique primaire augmente, la soupape étant en amont de l’évaporateur.
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