FR3131678A1 - Procédé de récupération de chaleur dans une installation de stockage et de refroidissement de lait, programme et mémoire d'ordinateur pour sa mise en œuvre - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte notamment à un procédé de récupération de chaleur dans une installation (I) comprenant ; - un réservoir (RS)de stockage et de refroidissement de lait, équipé d’un équipement (1) de refroidissement dans lequel circule un fluide frigorigène (100), comprenant un évaporateur (10), un compresseur (11), un condenseur (12) pourvu d'au moins un ventilateur (13), un détendeur (17), ainsi qu'un échangeur de chaleur (20) à plaques ; - un ballon (3) de stockage d'eau ; - une boucle (BR) en circuit fermé d'eau glycolée, en état d'échange thermique avec ledit fluide frigorigène (100) et, d'autre part, avec l'eau dudit ballon (3) de stockage ; - un chauffe-eau (4) alimenté par ledit ballon (3), caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : a) mesurer la différence Delta T entre les températures ambiante Tamb et de condensation Tcondens au sein du condenseur (12), et la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle (BR) ; b) activer ledit ventilateur (13) et désactiver ledit circulateur (211) dès lors que la température de condensation dépasse une première température de consigne Tconsigne1 ; c) désactiver ledit au moins un ventilateur (13) et activer ledit circulateur (211) dès lors que la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle (BR) est inférieure à une troisième température de consigne Tconsigne3 ; d) activer ledit ventilateur (13) et désactiver le circulateur (211) dès lors que la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle (BR) est supérieure à une quatrième température de consigne, avec la condition que la dite la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle (BR) soit supérieure à une cinquième température de consigne Tconsigne5. Figure pour l’abrégé : Figure 1
Description
La présente invention se rapporte à un procédé de récupération de chaleur dans une installation de stockage et de refroidissement de lait. Elle concerne également un programme et une mémoire d'ordinateur pour la mise en œuvre de ce procédé.
Dans le domaine de la récupération de chaleur dans une installation de stockage et de refroidissement de lait (tank à lait), il existe sur le marché des récupérateurs de chaleur de type échangeur coaxial, échangeur à plaques et échangeur intégré à l’intérieur d’une cuve ou d'un ballon d’eau.
Ces différentes solutions utilisent un échange thermique eau/fluide frigorigène ou eau/eau pour chauffer un volume d’eau froide. Cette solution technique est généralement utilisée pour réduire la consommation énergétique nécessaire au chauffage de l’eau chaude sanitaire qui peut être utilisée notamment pour le nettoyage de l'installation.
Mais ces solutions existantes sont dimensionnées par rapport à la "désurchauffe" des gaz chauds circulant dans le condenseur de l'équipement de refroidissement du lait.
L’échange de chaleur sur les récupérateurs existants se fait par le biais d’un échange thermique eau/fluide frigorigène. Le colmatage et l’encrassement des récupérateurs, et surtout ceux utilisant les échangeurs à plaques, est un problème majeur qui affecte de nombreuses installations.
La régulation de la température de l’eau dans les échangeurs existants est effectuée soit au moyen d’une vanne thermostatique, soit par un calorstat qui s’ouvre et se ferme quand la température de l’eau qui circule a atteint une certaine température.
Cette régulation ne permet pas de maximiser la récupération de chaleur sans pénaliser la consommation nécessaire au refroidissement du lait.
Or, cette surconsommation est paradoxale dans le contexte actuel de volonté de réduction des consommations d’énergie.
La présente invention a donc pour but de proposer un procédé qui permet de piloter intelligemment un système de récupération de chaleur avec une boucle d’eau tout en s’assurant de ne pas dépenser plus d’énergie que nécessaire pour le refroidissement du lait recueilli dans le tank.
Cet objectif est atteint selon l'invention grâce à un procédé de récupération de chaleur dans une installation comprenant ;
- un réservoir de stockage et de refroidissement de lait, tel qu'un tank à lait équipé d’un équipement de refroidissement du lait en circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène, comprenant à minima un évaporateur(10), un compresseur, un condenseur pourvu d'au moins un ventilateur à vitesse variable, un détendeur, ainsi qu'un échangeur de chaleur à plaques situé entre ledit compresseur et ledit condenseur, ledit évaporateur étant en contact d’échange thermique avec au moins une partie de la paroi de fond dudit réservoir,
- un ballon de stockage contenant de l'eau ;
- une boucle en circuit fermé d'eau glycolée, cette boucle étant en état d'échange thermique d'une part avec ledit fluide frigorigène au sein dudit échangeur à plaques et, d'autre part, au sein dudit ballon de stockage, avec l'eau que celui-ci contient, cette boucle comportant un circulateur pour faire circuler ladite eau glycolée au sein de ladite boucle ;
- un chauffe-eau alimenté en eau, au moins en partie, par ledit ballon de stockage,
caractérisé par le fait qu'il comprend la mise en œuvre les étapes suivantes :
a) mesurer à tout moment d'une part la différence Delta T entre la température ambiante Tamb, à savoir la température à proximité dudit réservoir (RS) et la température de condensation Tcondens au sein du condenseur, et d'autre part, la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle en circuit fermé d'eau glycolée ;
b) activer ledit au moins un ventilateur et désactiver ledit circulateur dès lors que la température de condensation dépasse une première température de consigne Tconsigne1 tout en régulant sa vitesse par rapport à ladite température ambiante, c'est-à-dire réduire la vitesse dudit au moins un ventilateur dès lors que Delta T est inférieure à une deuxième température de consigne Tconsigne2, et inversement, c'est-à-dire augmenter la vitesse dudit au moins un ventilateur dès lors que Delta T est supérieure à ladite deuxième température de consigne Tconsigne2 ;
c) désactiver ledit au moins un ventilateur et activer ledit circulateur dès lors que la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle en circuit fermé d'eau glycolée est inférieure à une troisième température de consigne Tconsigne3 ;
d) activer ledit au moins un ventilateur et désactiver le circulateur dès lors que la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle en circuit fermé d'eau glycolée est supérieure à une quatrième température de consigne Tconsigne4 ou dès lors que ladite température ambiante Tamb après deux minutes de variation de volume du lait dans ledit réservoir est inférieure à 10°C alors que le ledit équipement de refroidissement du lait est en fonctionnement, avec la condition que la dite la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle en circuit fermé d'eau glycolée soit supérieure à une cinquième température de consigne Tconsigne5.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon une combinaison techniquement compatible d'au moins deux d'entre elles :
- Tconsigne1 est égale à 57°C ;
- Tconsigne2 est égale à 14°C ;
- Tconsigne3 est égale à 30°C ;
- Tconsigne4 est égale à 45°C ;
- Tconsigne5 est égale à 40°C ;
- dès lors que ledit au moins un ventilateur est activé, on pilote ledit circulateur de manière cyclique, c’est-à-dire en alternant son fonctionnement et son arrêt ;
- on alterne des durées de fonctionnement et d'arrêt, qui sont respectivement de 5 et 20 minutes ;
- l'on pilote le fonctionnement dudit circulateur (211) dès lors qu'une sonde de mesure de ladite température ambiante Tamb est défectueuse ou que ladite température ambiante Tamb est inférieure à 5°C.
Grâce à ce procédé, on fait usage de la quantité d'énergie juste nécessaire au refroidissement du lait, tandis que les calories dégagées au niveau du condenseur sont utilisées au mieux pour le chauffage de l'eau.
L'invention concerne également un programme d'ordinateur comportant des instructions de code pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des caractéristiques ci-dessus, lorsqu’il est exécuté sur un calculateur tel qu’un automate programmable ou un ordinateur.
Elle concerne aussi une mémoire d’ordinateur dans laquelle est stocké un programme d’ordinateur, ledit programme comportant des instructions de code qui permettent à une machine de mettre en œuvre les étapes du procédé selon l’une des caractéristiques précédentes, quand ce programme est exécuté par ladite machine.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence au dessin annexé, qui en représente, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possibles.
Sur ce dessin :
Le procédé selon l'invention sera décrit en référence à la annexée qui représente à titre non limitatif un exemple d'installation au sein duquel le procédé est susceptible d'être mis en œuvre.
Il s’agit d’une représentation purement illustrative.
Dans le cadre de cet exemple, on suppose que cette installation est en place dans une ferme et est prévue pour refroidir le lait issu de la traite de vaches.
Ainsi, l'installation I de la comporte un réservoir RS de stockage et de refroidissement de lait (tank à lait) pourvu d'un équipement 1 de refroidissement du lait.
Elle comporte aussi un ballon 3 de stockage d'eau, que l'on peut également désigner sous l'appellation "ballon de récupération d'énergie".
L'installation comporte également un chauffe-eau 4 en communication de fluide avec le ballon BR.
Enfin, elle également pourvue d'une boucle BR de récupération de chaleur sur laquelle on reviendra en détail plus loin dans la description.
Le réservoir RS de stockage et de refroidissement 1 a une capacité qui peut aller de quelques centaines à plusieurs dizaines de milliers de litres, en fonction du nombre d’animaux dont le lait est collecté.
Pour faciliter la lecture de la , il n'a pas été représenté en détail.
Ce réservoir RS est en contact par son fond avec un équipement 1 de refroidissement en un circuit fermé où circule un fluide frigorigène 100 qui passe successivement dans un évaporateur 10, un compresseur 11, un condenseur 12 et un détendeur 17, qui peut être un détendeur électronique.
Selon un mode de réalisation, ce circuit frigorifique est associé à un ensemble de capteurs reliés à une machine tel qu’un automate, machine qui est configurée pour appliquer une logique de commande qui régule la vitesse de fonctionnement du compresseur et adapte la puissance frigorifique à développer aux besoins de la ferme et aux conditions ambiantes.
Le condenseur 12 est équipé d'au moins un ventilateur 13 à vitesse variable, dont le moteur est référencé 14. Enfin, les références 15 et 16 désignent respectivement un déshydrateur et un capteur HP de régulation de la ventilation assurée par ledit au moins un ventilateur 13.
Entre le compresseur 11 et le condenseur 12, le fluide frigorigène 100 traverse un échangeur à plaques 20 qui fait partie intégrante de la boucle BR précitée.
Dans cette boucle BR circule de l'eau glycolée, ce fluide ayant le grand avantage de ne provoquer ni encrassement, ni colmatage.
Au sein de cette boucle BR, les références numériques suivantes désignent respectivement les éléments suivants :
21 : circuit de circulation de l'eau glycolée ;
210 : purgeur d'air ;
211 : circulateur (pompe) ;
212 : vanne d'isolement avec purge ;
213 : échangeur à serpentin ;
214 : vanne d'isolement avec purge ;
215 : sonde de température de l'eau glycolée en entrée de l'échangeur à plaques 20 ;
216 : filtre ;
217 : soupape de sécurité avec manomètre ;
218 : vase d'expansion ;
219 : clapet anti-retour ;
220 : vanne de remplissage.
L'échangeur à serpentin 213 est logé à l'intérieur du ballon 3 précité qui est alimenté en eau froide via une canalisation d'amenée EF.
Ce ballon 3 est pourvu des équipements suivants :
30 : thermomètre ;
31 : piquage en attente ;
32 : anode sacrificielle ;
33 : trappe de visite ;
34 : soupape de sécurité
Un circuit d'eau mitigée EM, c'est-à-dire d'eau au moins partiellement réchauffée, s'échappe du ballon 3 et alimente un chauffe-eau 4.
Ce chauffe-eau 4 est équipé d'un groupe de sécurité 40, d'un siphon 41 et d'un serpentin 42 de chauffage complémentaire de l'eau. Enfin, la référence SC désigne la sortie d'eau chaude. Le groupe de sécurité a pour fonction d'éviter que la pression d'eau dans le chauffe-eau ne dépasse pas la pression maximale de service, qui est par exemple de 7 bar.
On notera que le procédé décrit ci-après est avantageusement mis en œuvre en faisant usage d'un calculateur tel qu'un automate programmable ou un ordinateur. Ce dernier n'a pas été représenté sur la figure annexée dans un unique but de simplification.
Le mode de récupération d'énergie au sein de l'équipement 1 n'est avantageusement pas activé lorsque le temps de traite des vaches qui alimentent en lait le réservoir RS est inférieur à une certaine durée, de l'ordre de 3 minutes.
En effet, en début de refroidissement, la récupération de chaleur est privilégiée. Par conséquence, la ventilation du condenseur 12 est à l’arrêt et toute la chaleur est récupérée pour chauffer l’eau du ballon de récupération 3.
La première étape du procédé selon l'invention réside dans le fait que l'on mesure à tout moment d'une part :
- la différence Delta T entre la température ambiante Tamb (par exemple à l'aide d'une sonde de température non représentée sur la figure), à savoir la température au niveau du condenseur 12, et la température de condensation Tcondens au sein du condenseur 12 (par exemple à l'aide d'une sonde de température également non représentée sur la figure),
et, d'autre part, la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle 2 en circuit fermé d'eau glycolée, à l'aide de la sonde 215.
La deuxième étape du procédé consiste à activer ledit au moins un ventilateur 13 et désactiver ledit circulateur 211 dès lors que ladite température de condensation Tcondens dépasse une première température de consigne Tconsigne1, tout en régulant sa vitesse par rapport à ladite température ambiante Tamb, c'est-à-dire réduire la vitesse dudit au moins un ventilateur 13 dès lors que Delta T est inférieure à une deuxième température de consigne Tconsigne2, et inversement, c'est-à-dire augmenter la vitesse dudit au moins un ventilateur 13 dès lors que Delta T est supérieure à ladite deuxième température de consigne Tconsigne2.
Ainsi, quand le(s) ventilateur(s) 13 ne fonctionne(nt) pas, ils ne dépensent pas d’énergie et toute la chaleur est récupérée pour réchauffer l’eau
En revanche, si la température de condensation dépasse Tconsigne1, le(s) ventilateur(s) se met(tent) en route tout en régulant sa (leur) vitesse par rapport à la température ambiante. Autrement dit, si Delta T entre la température de condensation et la température ambiante est inférieure à Tconsigne 2, la vitesse se réduit, sinon elle augmente.
Cette étape a principalement pour but de réduire la consommation d’énergie de l'équipement de refroidissement lorsque la récupération de chaleur n’étant pas privilégiée.
La troisième étape du procédé consiste à désactiver ledit au moins un ventilateur 13 et activer le circulateur 211 dès lors que la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle BR en circuit fermé d'eau glycolée est inférieure à une troisième température de consigne Tconsigne3.
La dernière étape consiste à activer ledit au moins un ventilateur 13 et désactiver le circulateur 211 dès lors que la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle BR en circuit fermé d'eau glycolée est supérieure à une quatrième température de consigne Tconsigne4 ou dès lors que ladite température ambiante Tamb après deux minutes de variation de volume du lait dans le réservoir RS est inférieure à 10°C alors que l'équipement 1 de refroidissement du lait est en fonctionnement, avec la condition que la dite la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle BR en circuit fermé d'eau glycolée soit supérieure à une cinquième température de consigne Tconsigne5 .
A titre purement indicatif, les températures indiquées ci-dessus peuvent avoir les valeurs suivantes :
- Tconsigne1 : 57°C ;
- Tconsigne2 : 14°C ;
- Tconsigne3 : 30°C ;
- Tconsigne4 : 45°C ;
- Tconsigne5 : 40°C.
Avantageusement, dès lors que ledit au moins un ventilateur 13 est activé, on pilote ledit circulateur 211 de manière cyclique, c’est-à-dire en alternant son fonctionnement et son arrêt.
Ainsi, si Trecup est inférieure à Tconsigne3, on passe à la troisième étape ci-dessus et si Trecup est supérieure à Tconsigne3, alors on se contente de mettre en œuvre la deuxième étape ci-dessus.
Préférentiellement, on alterne ces durées de fonctionnement et d'arrêt, qui sont alors respectivement de 5 et 20 minutes.
Selon un mode de réalisation particulier, on pilote le fonctionnement du circulateur 211 dès lors qu'une sonde de mesure de la température ambiante est défectueuse ou que cette température ambiante est inférieure à 5°C.
Ceci a pour but de protéger l'échangeur de chaleur 20 du gel quand la température ambiante est basse (par exemple parce que le réservoir RS est à l'extérieur), dans l'hypothèse où il n'y aurait pas de glycol dans le circuit.
Le fait d’utiliser un récupérateur de chaleur avec une boucle d’eau glycolée, résout d'une part le problème d’encrassement et de colmatage des échangeurs à plaques rencontré dans les fermes et, d'autre part, facilite également l’installation en ferme car il n’y a plus besoin d’intervenir sur le circuit frigorifique.
A titre indicatif, des exemples de fluide frigorigène qui peuvent être utilisés au sein de l'installation décrite précédemment sont le R513A (combinaison de HFC + HFO) et le propane.
Claims (11)
- Procédé de récupération de chaleur dans une installation (I) comprenant ;
- un réservoir (RS)de stockage et de refroidissement de lait, tel qu'un tank à lait équipé d’un équipement (1) de refroidissement du lait en circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène (100), comprenant à minima un évaporateur(10), un compresseur (11), un condenseur (12) pourvu d'au moins un ventilateur (13) à vitesse variable, un détendeur (17), ainsi qu'un échangeur de chaleur (20) à plaques situé entre ledit compresseur (11) et ledit condenseur (12), ledit évaporateur (10) étant en contact d’échange thermique avec au moins une partie de la paroi de fond dudit réservoir (RS),
- un ballon (3) de stockage contenant de l'eau ;
- une boucle (BR) en circuit fermé d'eau glycolée, cette boucle étant en état d'échange thermique d'une part avec ledit fluide frigorigène (100) au sein dudit échangeur à plaques (20) et, d'autre part, au sein dudit ballon (3) de stockage, avec l'eau que celui-ci contient, cette boucle (BR) comportant un circulateur (211) pour faire circuler ladite eau glycolée au sein de ladite boucle ;
- un chauffe-eau (4) alimenté en eau, au moins en partie, par ledit ballon (3) de stockage,
caractérisé par le fait qu'il comprend la mise en œuvre les étapes suivantes :
a) mesurer à tout moment d'une part la différence Delta T entre la température ambiante Tamb, à savoir la température à proximité dudit réservoir (RS) et la température de condensation Tcondens au sein du condenseur (12), et d'autre part, la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle (BR) en circuit fermé d'eau glycolée ;
b) activer ledit au moins un ventilateur (13) et désactiver ledit circulateur (211) dès lors que la température de condensation dépasse une première température de consigne Tconsigne1 tout en régulant sa vitesse par rapport à ladite température ambiante, c'est-à-dire réduire la vitesse dudit au moins un ventilateur (13) dès lors que Delta T est inférieure à une deuxième température de consigne Tconsigne2, et inversement, c'est-à-dire augmenter la vitesse dudit au moins un ventilateur (13) dès lors que Delta T est supérieure à ladite deuxième température de consigne Tconsigne2 ;
c) désactiver ledit au moins un ventilateur (13) et activer ledit circulateur (211) dès lors que la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle (BR) en circuit fermé d'eau glycolée est inférieure à une troisième température de consigne Tconsigne3 ;
d) activer ledit au moins un ventilateur (13) et désactiver le circulateur (211) dès lors que la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle (BR) en circuit fermé d'eau glycolée est supérieure à une quatrième température de consigne Tconsigne4 ou dès lors que ladite température ambiante Tamb après deux minutes de variation de volume du lait dans ledit réservoir (RS) est inférieure à 10°C alors que le ledit équipement (1) de refroidissement du lait est en fonctionnement, avec la condition que la dite la température Trecup mesurée au sein de ladite boucle (BR) en circuit fermé d'eau glycolée soit supérieure à une cinquième température de consigne Tconsigne5. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que Tconsigne1 est égale à 57°C.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que Tconsigne2 est égale à 14°C.
- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que Tconsigne3 est égale à 30°C.
- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que Tconsigne4 est égale à 45°C.
- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que Tconsigne5 est égale à 40°C.
- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, dès lors que ledit au moins un ventilateur (13) est activé, on pilote ledit circulateur (211) de manière cyclique, c’est-à-dire en alternant son fonctionnement et son arrêt.
- Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on alterne des durées de fonctionnement et d'arrêt, qui sont respectivement de 5 et 20 minutes.
- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on pilote le fonctionnement dudit circulateur (211) dès lors qu'une sonde de mesure de ladite température ambiante Tamb est défectueuse ou que ladite température ambiante Tamb est inférieure à 5°C.
- Programme d'ordinateur comportant des instructions de code pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, lorsqu'il est exécuté sur un calculateur tel qu'un automate programmable ou un ordinateur.
- Mémoire d’ordinateur dans laquelle est stocké un programme d’ordinateur, ledit programme comportant des instructions de code qui permettent à une machine de mettre en œuvre les étapes du procédé selon l’une des revendications 1 à 9, quand ce programme est exécuté par ladite machine.
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| FR2200259A Pending FR3131678A1 (fr) | 2022-01-13 | 2022-01-13 | Procédé de récupération de chaleur dans une installation de stockage et de refroidissement de lait, programme et mémoire d'ordinateur pour sa mise en œuvre |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3131678A1 (fr) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2466559A (en) * | 2008-12-29 | 2010-06-30 | South West Refrigeration Ltd | Dairy heat reclamation system |
| US20170067677A1 (en) * | 2009-07-27 | 2017-03-09 | Ecolactis | Method and device for heat recovery on a vapour refrigeration system |
-
2022
- 2022-01-13 FR FR2200259A patent/FR3131678A1/fr active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2466559A (en) * | 2008-12-29 | 2010-06-30 | South West Refrigeration Ltd | Dairy heat reclamation system |
| US20170067677A1 (en) * | 2009-07-27 | 2017-03-09 | Ecolactis | Method and device for heat recovery on a vapour refrigeration system |
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