WO2009150234A1 - Système réversible de récupération d'énergie calorifique par prélèvement et transfert de calories d'un ou plusieurs milieux dans un autre ou plusieurs autres milieux quelconques - Google Patents

Système réversible de récupération d'énergie calorifique par prélèvement et transfert de calories d'un ou plusieurs milieux dans un autre ou plusieurs autres milieux quelconques Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a reversible recovery system by sampling and transfer of energy between at least two different media, for example between an external environment and a living environment or between a living environment and another living environment.
  • the caloric requirements in cold periods of a place of life, work or storage can be summed up in a quantity of calories devoted to heating.
  • Other caloric needs are needed during the cold season and even outside of it, we can identify the production of domestic hot water that must be provided all year, the heating of a swimming pool or other needs in the industrial or tertiary field. In air-conditioned premises, extraction of excess calories from the building must be ensured.
  • Heat pumps are refrigeration machines that transfer heat from one medium to another by using as a vehicle a refrigerant passing successively from a gaseous state to a liquid state and vice versa by the succession of compression and expansion phases. As most systems are reversible, it is therefore possible to use these heat pumps for air conditioning.
  • the heat pumps are connected to different types of reversible or non-reversible terminals such as:
  • Heat pumps and other energy recovery systems are characterized by a performance index (COP) that indicates the performance energy efficiency of the installation, that always being greater than 1, the heat pumps thus produce more heat energy than they consume of electrical energy thanks to the energy drawn from the free recovery medium.
  • COP performance index
  • the invention proposes an improvement which is achieved by a new organization of the refrigerant circuit and the creation of components having new functions, the objective of the invention being to increase the efficiency and the reliability of the refrigeration system.
  • the innovation lies in the creation, presence and location in the installation of the following components:
  • At least one main compressor (CP1) supplemented if necessary by one or more other compressors (CP2, CP3).
  • exchanger E4 for the recovery or the evacuation of the calories on the external medium
  • the exchanger E4 being a finned exchanger for the heat pumps of the AIR / WATER type or a plate exchanger, see a heat exchanger multitubular or coaxial for WATER / WATER heat pumps,
  • a fluid / fluid exchanger E3 connected to point 6 to the final expansion capillary 1 and to the reservoir R, at point 7 of the thermostatic expansion valve Bl-FLUX with external equalization D1, at point 19 of the capillary 2 for the limitation of the mass flow rate on this branch, in point 10 the admission of the cold gases from V3 N ° 2, in point 11 the suction of the superheated gases by the compressor CP1, in point 12 the suction of superheated gases by the compressor CP2 ( Figures 9 and 10 ).
  • this exchanger E 3 functions as under cooler of the liquid line when it is supplied with high pressure fluid in the liquid state in its inner tube and also as superheater of the suction gases in its external tube (FIGS. No. 1, 2, 8, 11, 12, 18).
  • the refrigerant reservoir R contains a reserve of high pressure fluid in the liquid state.
  • the other particularity of the fluid / fluid exchanger E3 is that it functions as a degasser when it is supplied with low pressure fluid in the liquid state in its inner tube and also as a superheater for the suction gases in its external tube (FIGS. No. 4, 5, 6, 7, 14, 15, 16, 17).
  • the Refrigerant reservoir R contains a reserve of low pressure fluid in the liquid state with a variable ratio of fluid to the gaseous state.
  • valves VEM1 and VEM2 allow the operation of the exchanger E2 as a condenser with either the exchanger E4 as an evaporator or the exchanger E 1 as an evaporator.
  • the presence and location of the regulator D2 increases the efficiency of the refrigeration system by allowing a different condensing pressure between the compressor CP1 and the compressor CP2 in the case of a heat production on the exchanger E2 and on the exchanger E1 with the valve V3 N ° 1 closed and the two compressors CP1 and CP2 in functions (Figure N ° 18).
  • valves and expansion valves allow the possibility of managing in an isolated way the different heat exchangers and thus of being able to couple them in different combinations, this organization also allows the easy integration of one or more additional exchangers (Example in Figure N ° 8 ).
  • the invention makes it possible to oversize the energy recovery battery on the outside medium and to increase its efficiency (E4 FIGS. 1 to 18).
  • the invention also allows the installation of a non-reversible heat exchanger which can be used in the desuperheater mode of the discharge gases of the compressor (s), or can be used in condenser mode for a total restitution of the energy of the refrigerant condensed in that or be used in partial condensation mode for partial recovery of the calories of the refrigerant flowing through this exchanger.
  • This exchanger is called E2 and is connected to a hydraulic circuit for a heat energy distribution to one or more media in calorie demand, this exchanger is not reversible.
  • the invention also allows the installation of a reversible heat exchanger which can be used in condenser mode of the discharge gas or compressors for a total return of the energy of the refrigerant condensed in it, or be used in evaporator for a total evacuation of the cooling energy of the refrigerant flowing through this exchanger.
  • This exchanger is called E1 and is connected to a hydraulic circuit for a distribution of heat or cooling energy to one or more media. requests for calories or frigories.
  • the invention also allows the heat exchanger E1 to recover the heat energy not absorbed by the exchanger E2 when it is in desuperheater mode or if E2 is in partial condensation mode.
  • the invention thus allows the energy transfer function which means the possibility of recovering calories on the exchanger E1 in evaporator mode for the production of chilled water on the hydraulic circuit E1 and at the same time the return of these calories for the heating of the hydraulic circuit E2 via the exchanger E2 in condenser mode or desuperheater mode. Either for an electrical consumption of 1 kW, a refrigeration output of 3.5 KW and heat of 4.5 KW with a single machine.
  • This function is useful and very economical when a building is air conditioned and there is a simultaneous demand for heat production for the production of domestic hot water or the heating of a swimming pool.
  • some refrigeration components were created and others were used in an innovative refrigeration scheme.
  • a fluid / fluid exchanger E 3 It is composed of an internal cylinder which opens only on three nipples N ° 6, N ° 7 and N ° 19 (FIGURES N ° 9 and N ° 10 ), and an outer cylinder which opens on three nozzles No. 10, No. 11 and No. 12 (FIGURES No. 9 and No. 10). No flow of fluid passes from the inner cylinder to the outer cylinder or from the outer cylinder to the inner cylinder. The fact that the inner cylinder has been placed in the outer cylinder serves only to effect a heat exchange between the cold refrigerant passing through the outer tube before being sucked by the compressor or compressors and the hotter refrigerant through the tube internal.
  • the heat exchange is through the wall of the inner tube in the section in contact with the refrigerant contained in the outer tube.
  • the purpose of the small section tube at point 19 is to evacuate a part of the fluid in the gaseous state created by the expansion valve by the expander D1 when the latter is passed from point 8 to point 7.
  • the inner cylinder is fed with low pressure liquid refrigerant with a minority ratio of fluid in the gaseous state.
  • the small section tube at point 19 has the function of reducing the ratio of fluid in the gaseous state by evacuating it from the inner tube at point 19 to point 20.
  • the function of the capillary 2 is to limit the flow from the point 19 to the point 20 so as not to discharge fluid in the liquid state.
  • the pressure drops of this capillary must be calculated so that the volume of refrigerant in the gaseous state discharged from point 19 to the point
  • the fluid / fluid exchanger E3 is an innovative cooling unit whose function is to cool the high pressure liquid and superheat the suction gases when the exchanger E1 is in condenser mode.
  • the diameter of the inner cylinder is at least 4 times greater than the liquid line at points 6 and 7 (FIGURES No. 9 and No. 10)
  • the high-pressure fluid in gaseous form will inevitably be recovered largely at the top of the cylinder. internal and part of this fluid will be condensed by the frigories recovered on the suction gas passing through the outer cylinder.
  • the absence of a four-way valve, the presence and placement of the two-way and three-way valves, the placement of the two regulators, the presence and placement of a capillary and the placement of the two regulators make an innovative flow diagram.
  • FIGS. 1 to 8 and 11 to 18 the lines were shown as follows: - Insulated refrigerant lines with zero refrigerant flow are represented by small dots.
  • the solenoid valves are represented by two opposite triangles which are black if the solenoid valve is closed and white if the solenoid valve is open.
  • Regulators are represented by two opposite triangles that are black if the regulator is closed and white if the regulator is open and running.
  • the three-way valves are represented by three opposite triangles that are black if the three-way valve is closed and white if the three-way valve is open indicating which are the passing branches.
  • the plate heat exchangers are supplied with water by circulators which draw water through them.
  • Circulators P1 and P2 are represented by a triangle in a circle, triangle oriented in the direction of flow of water and included in a circle: If the triangle is white, it means that the circulator is in function and that the water passes through the exchanger connected to it. If the triangle is black, it means that the circulator is off and that the exchanger connected to it is not supplied with water.
  • FIG. 1 is shown the operation of the system with one compressor out of two in function and a heat production ensured on the exchanger E1 and E2.
  • the compressor CP1 compresses and represses the refrigerant towards the point N ° 1.
  • the fluid passes through the exchanger E2 which is a plate exchanger irrigated with water by the circulator P2 for the distribution of calories.
  • the fluid passing through the exchanger E2 is at high pressure and at high temperature.
  • the water passing through the exchanger E2 being colder than the fluid, the calories leave the fluid for the water circuit E2.
  • the refrigerant leaving the exchanger E2 at point 2 is therefore colder than at point N ° 1.
  • the refrigerant passes through the valve V3 No. 1, the point No. 3, the point No. 4 and the point No. 20 to then enter the exchanger E1.
  • the fluid passes through the nonreturn valve C1, point 6 and enters the inner cylinder of the fluid / fluid exchanger E3.
  • the fluid temperature is 35 ° C.
  • the high pressure condensed fluid is cooled in exchanger E3 and exits at point 7.
  • the temperature at point 7 will be 30 ° C., a subcooling of 5 ° C. thanks to the exchanger E3.
  • the fluid passes through the expansion valve D1 where it is expanded and thus in low pressure liquid form with a minority ratio in the gas phase at point 8.
  • the fluid temperature at point 8 is -15 ° C.
  • the fluid passes through the exchanger E4 which is ventilated by the fan VENT.
  • the fluid boils while evacuating the frigories on the through air E4.
  • the fluid temperature at point 9 will be -10 0 C.
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3 and is overheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the temperature of the fluid at point 11 is -5 ° C.
  • FIG. 2 shows the operation of the system with two compressors in operation and a heat production provided on the exchanger E1 and E2.
  • the presence of the exchanger E3 in this case is innovative because it is placed on a high pressure liquid section of the refrigerant circuit which is not always supplied with high pressure liquid in its inner tube.
  • the design and the innovative location of the E3 exchanger allow this body to perform different functions according to the calorie and frigory needs of the different exchangers installed.
  • N 0 I E3 exchanger serves as a superheater of the suction gas, liquid under high pressure cooler before D1 regulator and can store a large amount of fluid in the liquid state in the inner tube.
  • the temperature of the high pressure fluid at point 13 is
  • the fluid passes through the nonreturn valve C1, point 6 and enters the inner cylinder of the fluid / fluid exchanger E3.
  • the fluid temperature is 40 ° C.
  • the high pressure condensed fluid is cooled in exchanger E3 and exits at point 7.
  • the temperature at point 7 will be 35 ° C, a sub-cooling of 5 ° C thanks to the exchanger E3.
  • the fluid passes through the expansion valve D1 where it is expanded and thus in low pressure liquid form with a minority ratio in the gas phase at point 8.
  • the fluid temperature at point 8 is -18 ° C.
  • the fluid passes through the exchanger E4 which is ventilated by the fan VENT.
  • the fluid boils while evacuating the frigories on the through air E4.
  • the refrigerant leaves E 4 at point 9 in low pressure gaseous form.
  • the fluid temperature at point 9 will be -13 ° C.
  • the fluid passes through V3 N ° 2 for point 10.
  • the fluid enters the outer tube of exchanger E3 and is superheated in contact with the inner tube of exchanger E3.
  • the fluid leaves the exchanger E3 at point 11 and 12 and is sucked by the compressors CP1 and CP2.
  • the fluid temperature at point 12 is -8 ° C.
  • FIG. 3 shows the operation of the system with one of two compressors in operation and a heat output provided on the exchanger E2.
  • the compressor CP 1 compresses and represses the refrigerant towards the point
  • the fluid passes through the exchanger E2 which is a plate exchanger irrigated with water by the circulator P2 for the distribution of calories.
  • the fluid passing through the exchanger E2 is at high pressure and at high temperature.
  • the water passing through the exchanger E2 being colder than the fluid, the calories leave the fluid for the water circuit E2. In this case, the fluid is condensed to 100% in the exchanger E2.
  • the refrigerant leaving the exchanger E2 at point 2 is condensed and is colder than at point N ° 1.
  • the fluid passing through the expansion valve D2 is expanded and is therefore in low pressure liquid form with a minority ratio in the gas phase at point 18.
  • the fluid temperature at point 18 is -15 ° C.
  • the fluid passes through the exchanger E4 which is ventilated by the fan VENT.
  • the fluid boils while evacuating the frigories on the through air E4.
  • the refrigerant leaves E4 at point 9 in low pressure gaseous form.
  • the fluid temperature at point 9 will be -10 0 C.
  • the fluid passes through V3 N ° 2 for point 10.
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3, because the flow of refrigerant in the inner cylinder of the exchanger E3 is zero, no overheating of the suction gas is performed.
  • the fluid leaves the exchanger E3 at point 11 and is sucked by the compressor CP1.
  • the temperature of the refrigerant at point No. 11 is the same as at point No. 10.
  • the exchanger E3 in this case is innovative because it is placed on a low pressure liquid section of the refrigerant circuit which is not always supplied with low pressure liquid in its inner tube.
  • the design and the innovative location of the E3 exchanger allow this body to have different functions depending on the caloric and frigory requirements of the different heat exchangers installed.
  • the exchanger E3 has its internal tube cooled by the gas suction through its outer tube, this allows it to store at 100% of its capacity a significant amount of fluid in the liquid state in its inner tube.
  • This function is important because the exchanger E1, not being supplied with fluid, is empty of all its fluid in the liquid state, it is therefore useful to be able to store this fluid in the volume of the inner cylinder of the exchanger E3 which remains cold to him.
  • FIG. 4 shows the operation of the system with one compressor out of two in operation and a heat production ensured on the exchanger E2 and a refrigeration production ensured on the exchanger E1.
  • the compressor CP1 compresses and represses the refrigerant towards the point N ° 1. For example, we can have a reference temperature at point N ° 1 of 90 ° C.
  • the fluid passes through the exchanger E2 which is a plate exchanger irrigated with water by the circulator P2 for the distribution of calories.
  • the fluid passing through the exchanger E2 is at high pressure and at high temperature.
  • the water passing through the exchanger E2 being colder than the fluid, the calories leave the fluid for the water circuit E2.
  • the fluid is condensed to 100% in the exchanger E2.
  • the refrigerant passes through the point 15, the filter F, the point 16, the open valve VEM1, the point 17, the point 8 and the expander D1.
  • the fluid passing through the expansion valve D1 is expanded and is therefore in low pressure liquid form with a minority ratio in the gas phase at point 7.
  • the temperature of the fluid at point 7 is +10 ° C.
  • the fluid enters the inner cylinder of the fluid / fluid exchanger E3 in a low-pressure liquid state and at a temperature of 10 ° C. with a variable ratio of low-pressure fluid to the gaseous state.
  • the ratio of low pressure fluid in the gaseous state is found by gravity in the upper part of the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid passes through the capillary 1 which has a loss of pressure equivalent to a temperature drop of 9 ° C.
  • the fluid being expanded by the capillary passes through point 5 with a temperature equal to +1 0 C.
  • the fluid enters the exchanger E1 where it boils, evacuating the frigories on the water circuit E1.
  • the temperature of the fluid at point 10 will be +5 0 C.
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3 and is overheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid leaves the exchanger E3 at point 11 and is sucked by the compressor
  • the fluid temperature at point 11 is + 7 ° C
  • the presence of the exchanger E3 in this case is innovative because it is placed on a low pressure liquid section of the refrigerant circuit which is not always supplied with low pressure liquid in its inner tube.
  • the design and the innovative location of the E3 exchanger allow this body to perform different functions according to the calorie and frigory needs of the different exchangers installed.
  • the exchanger E3 has its internal tube cooled by the suction gases passing through its external tube, the inner tube being fed with a low-pressure liquid with a percentage of fluid in the gaseous state, it is advisable to minimize the amount of fluid in the gaseous state, the exchanger E3 allows this function by discharging a portion of this gas via the tube 19 and condensing another part of this gas due to the cooling caused by the cold gases through the outer tube of the exchanger E3.
  • the exchanger E1 would have a reduced efficiency due to a smaller amount of fluid in the liquid state in the refrigerant circuit at point 5 and in the exchanger E1 in evaporator mode. this would decrease the average coefficient of conductivity in the exchanger E1 and thus the energy efficiency of the assembly.
  • N ° 5 is represented the operation of the system with one compressor out of two in function, a heat production ensured on the exchanger E2 and E4 and a refrigerating production ensured on the exchanger
  • This function mode is called partial energy transfer.
  • the compressor CP1 compresses and represses the refrigerant towards the point N ° 1. For example, we can have a reference temperature at point N ° 1 of 80 0 C.
  • the fluid passes through the exchanger E2 which is a plate exchanger irrigated with water by the circulator P2 for the distribution of calories.
  • the fluid passing through the exchanger E2 is at high pressure and at high temperature.
  • the water passing through the exchanger E2 being colder than the fluid, the calories leave the fluid for the water circuit E2.
  • the fluid is desuperheated or partially condensed in the exchanger E2.
  • the refrigerant leaving the exchanger E2 at point 2 is desuperheated and in the high pressure gas state.
  • the refrigerant passes through the valve V3 No. 1, the point 14, the point 9 enters the exchanger E4 or it is condensed to 100%. To do this, the fan VENT is in operation for the cooling of the exchanger E4.
  • the heat dissipation is done on the exchanger E2 in favor of the water circuit E2 and on the exchanger E4 to evacuate excess heat energy to the outside.
  • This function is useful for the storage of domestic hot water with a temperature higher than 65 ° C for the elimination of bacteria in summer.
  • the fluid passing through the expansion valve D1 is expanded and is therefore in low pressure liquid form with a minority gas phase ratio at point 7.
  • the temperature of the fluid at point 7 is +10 ° C.
  • the fluid enters the inner cylinder of the fluid / fluid exchanger E3 in a low-pressure liquid state and at a temperature of 1 0 ° C. with a variable ratio of low-pressure fluid in the gaseous state.
  • the ratio of low pressure fluid in the gaseous state is found by gravity in the upper part of the inner tube of the exchanger E3.
  • the low-pressure refrigerant in the gaseous state then passes through the capillary 2, the non-return valve C2, the point 20, the valve V3 N ° 2, the point
  • the fluid passes through the capillary which has a loss of pressure equivalent to a temperature drop of 9 ° C.
  • the fluid being expanded by the capillary passes through point 5 with a temperature equal to +1 0 C.
  • the fluid enters the exchanger E1 where it boils, evacuating the frigories on the water circuit E1.
  • the fluid temperature at point 10 will be + 5 ° C.
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3 and is overheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid leaves the exchanger E3 at point 11 and is sucked by the compressor
  • the fluid temperature at point 11 is + 7 ° C.
  • FIG. 6 shows the operation of the system with two out of two compressors in operation, a heat production ensured on the exchanger E4. for defrosting and refrigeration production on the E1 exchanger.
  • This function mode is called the defrost mode.
  • the defrosting of the external battery is used to remove the ice that closes and isolates the outer coil battery which recovers the heat energy from the outside air.
  • the compressor CP1 compresses and represses the refrigerant towards the point
  • the fluid passes through the exchanger E2.
  • the circulator P2 is stopped in order not to transmit the calories to the water circuit E2.
  • the refrigerant leaving the exchanger E2 at point 2 is therefore in the gaseous state at high pressure and at the same temperature as at point 1.
  • the refrigerant passes through the valve V3 No. 1, the point 14, the point 9 enters the exchanger E4 or it is condensed to 100%.
  • the VENT fan is off to conserve all the heat energy of the refrigerant for defrosting the battery.
  • the fluid exits the exchanger E4 at point 8, through the expander D1.
  • the fluid passing through the expansion valve D1 is expanded and is therefore in low pressure liquid form with a minority ratio in the gas phase at point 7.
  • the temperature of the fluid at point 7 is +10 ° C.
  • the fluid enters the inner cylinder of the fluid / fluid exchanger E3 in a low-pressure liquid state and at a temperature of 10 ° C. with a variable ratio of low-pressure fluid in the gaseous state.
  • the ratio of low pressure fluid in the gaseous state is found by gravity in the upper part of the inner tube of the exchanger E3.
  • the low-pressure refrigerant in the gaseous state then passes through the capillary 2, the non-return valve C2 the point 20, the valve V3 N ° 2, the point
  • the fluid passes through the capillary which has a loss of pressure equivalent to a temperature drop of 9 ° C.
  • the fluid being expanded by the capillary passes through point 5 with a temperature of +1 ° C.
  • the fluid enters the exchanger E1 where it boils, evacuating the frigories on the water circuit E1.
  • the fluid temperature at point 10 will be + 5 ° C.
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3 and is overheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid leaves the exchanger E3 at point 11 and is sucked by the compressor CP1.
  • the fluid temperature at point 11 is + 7 ° C.
  • the compressor CP2 is activated to reduce the defrost duration by increasing the defrosting power by a level equal to the power consumption of the compressor CP2.
  • Compressor CP2 delivers the refrigerant to point 13.
  • the refrigerant passes point 4, the three-way valve No. 2, the point 10, the exchanger E3 and is sucked by the compressor CP2 after point 13.
  • FIG. 7 shows the operation of the system with one of two compressors in operation, a heat production provided on the exchanger E4 for evacuating the calories outside the building and a refrigerating production ensured on the exchanger E1.
  • This function mode is called simple chilled water production mode.
  • the compressor CP1 compresses and represses the refrigerant towards the point
  • the refrigerant leaving the exchanger E2 at point 2 is therefore in the gaseous state at high pressure and at the same temperature as at point 1.
  • the refrigerant passes through the valve V3 No. 1, the point 14, the point 9 enters the exchanger E4 where it is condensed to 100%.
  • the VENT fan is turned on to cool the E4 outer fin exchanger.
  • the fluid exits the exchanger E4 at point 8, through the expander D1.
  • the fluid passing through the expansion valve D1 is expanded and is therefore in low pressure liquid form with a minority ratio in the gas phase at point 7.
  • the temperature of the fluid at point 7 is + 10 ° C.
  • the fluid enters the inner cylinder of the fluid / fluid exchanger E3 in a low-pressure liquid state and at a temperature of 10 ° C. with a variable ratio of low-pressure fluid to the gaseous state.
  • the ratio of low pressure fluid in the gaseous state is found by gravity in the upper part of the inner tube of the exchanger E3.
  • the gaseous low-pressure refrigerant then passes through the capillary 2, the non-return valve C2, the point 20, the valve V3 N ° 2, the point 10, the point 11 and is sucked by the compressor N ° 1 ;
  • the fluid passes through the capillary which has a loss of pressure equivalent to a temperature drop of 9 ° C.
  • the fluid being expanded by the capillary passes through the point 5 with a temperature equal to +1 0 C.
  • the fluid enters the exchanger E1 where it goes into boiling by removing the frigories on the water circuit E1.
  • the refrigerant exits the exchanger E1 through the point 20, V3 N ° 2 and point 10.
  • the temperature of the fluid at point 10 will be +5 0 C.
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3 and is overheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid temperature at point 11 is + 7 ° C.
  • FIG. 8 is shown the operation of the system with two compressors out of two in function and a heat production ensured on the exchanger E1 and E2.
  • FIG. 8 The particularity of FIG. 8 is to represent the addition of an additional exchanger E5 supplied with water by an additional water circuit which would serve as an example of recovering calories from the extraction of air from a building.
  • the compressor CP1 compresses and represses the refrigerant towards the point
  • the fluid passes through the exchanger E2 which is a plate exchanger irrigated with water by the circulator P2 for the distribution of calories.
  • the fluid passing through the exchanger E2 is at high pressure and at high temperature.
  • the water passing through the exchanger E2 being colder than the fluid, the calories leave the fluid for the water circuit E2.
  • the refrigerant condenses in exchanger E1 and leaves it in high pressure liquid form at point No. 5.
  • the fluid passes through the nonreturn valve C1, point 6 and enters the inner cylinder of the fluid / fluid exchanger E3.
  • the fluid temperature is 35 ° C.
  • the high pressure condensed fluid is cooled in exchanger E3 and exits at point 7.
  • the temperature at point 7 will be 30 ° C or 5 ° C undercooling thanks to the exchanger E3.
  • the fluid passes through the expansion valve D1 where it is expanded and thus in low pressure liquid form with a minority ratio in the gaseous phase at the point where
  • the fluid temperature at point 8 is -15 ° C.
  • the fluid passes through the exchanger E4 which is ventilated by the fan VENT.
  • the fluid boils while evacuating the frigories on the through air E4.
  • a branch derives a portion of the fluid in the high pressure liquid state to the expander D3.
  • the fluid passes through the expansion valve D3 where it is expanded and thus in low pressure liquid form with a minority ratio in the gas phase.
  • the fluid temperature at point 8 is +1 0 C.
  • the fluid passes through the exchanger which is supplied with water by the circulator P3.
  • the feed water of the E5 exchanger has a temperature input + 12 ° C and an outlet temperature of +7 0 C.
  • the low pressure refrigerant boils and exits in the gaseous state of the exchanger 6 and then passes through the regulation valve P.
  • the control valve P is an automatic constant pressure valve which maintains the pressure of the refrigerant in the exchanger E5 at a minimum equivalent value of 0 ° C. so that the evaporation temperature is greater than the ice setting temperature. of the E3 water circuit.
  • the evaporation temperature in the exchanger E5 is +1 0 C and that the temperature of the refrigerant gas passing through the constant pressure valve has a temperature of + 10 ° C and a 100% gaseous state. .
  • the gas flows from exchanger E5 and exchanger E4 are mixed at point 9.
  • the temperature of the fluid at point 9 will be -5 ° C.
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3 and is overheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid temperature at point 11 and 12 is +1 ° C.
  • the compressor CP2 draws the low-pressure gas at point 12 and discharges at point 13 the high-pressure gaseous fluid.
  • FIG. 9 explains the operation of the fluid / fluid exchanger E3 corresponding to FIGS. 1, 2 and 8.
  • the temperature of this fluid can be, for example, at a temperature of -
  • the inner tube is fed with high pressure fluid in the liquid state and at a temperature, for example, 60 ° C., the flow of low pressure refrigerant gas from the point 10 and out at point 11 to be sucked by the compressor N ° 1 and the point 12 to be sucked by the compressor No. 2, is heated by the outer wall of the inner tube of the exchanger E3.
  • the temperature at point 11 and 12 may have a value greater than 10 ° C with respect to point 10.
  • the temperature of this fluid can be, for example, at a temperature of
  • the inner tube being supplied at point 7 in low-pressure fluid in the liquid state and at a temperature, for example, of +10 ° C., the flow of low-pressure refrigerant gas from point 10 and exiting at point 11 to be sucked by the compressor No. 1 and the point 12 to be sucked by the compressor No. 2, is heated by the outer wall of the inner tube of the exchanger E3.
  • the temperature at point 11 and 12 may be 2 ° C higher than point 10. We thus generate overheating of the suction gases between point 10 and 11 as well as between point 10 and 12 when compressor 2 is in operation.
  • the low-pressure liquid in the liquid state which enters the inner tube of the exchanger E3 is cooled by the wall of the inner tube in contact with the cold gases of the outer tube.
  • the diameter of the inner tube must be at least 5 times greater than the diameter of the connections 7 and 6 so that the flow of the tube 7 does not pass directly to the tube 6.
  • the low pressure liquid that enters the inner tube of the exchanger E3 is in the liquid state with a low ratio in the gaseous state of the fact relaxation in D1.
  • the heat exchange in E3 will have the effect of cooling the inner tube and thus condense a small portion of the low pressure fluid in the gaseous state present at the top of the inner tube. Another portion of gaseous fluid at the top of the inner tube will be evacuated by the stitching 19.
  • the flow of gas will be limited by the capillary 2 which will be calibrated so as not to be able to evacuate the entire gas bag at the top of the inner tube of the exchanger E3. It would be detrimental to the system for low pressure refrigerant in the liquid state to pass through the capillary 2 following evacuation of all the fluid in the gaseous state.
  • the capillary can be replaced by a thermostatic expansion valve with an overheating set to 5 ° C.
  • the fluid ratio in the liquid state at point 6 is greater than the liquid ratio present at point 7.
  • R is a refrigerant reservoir.
  • this version is particularly suitable for single-compressor machines or machines with at least two compressors but with a discharge pipe of compressor No. 2 which joins the discharge pipe of compressor No. 1 at point 1 instead of joining at point 4 as shown in figures 1 to 8.
  • FIG. 11 is shown the operation of the system with a compressor on two in function and a heat production ensured on the exchanger E1 and E2.
  • the compressor CP1 compresses and represses the refrigerant towards the point N ° 1.
  • the fluid passes through the exchanger E2 which is a plate exchanger irrigated with water by the circulator P2 for the distribution of calories.
  • the fluid passing through the exchanger E2 is at high pressure and at high temperature.
  • the water passing through the exchanger E2 being colder than the fluid, the calories leave the fluid for the water circuit E2.
  • the refrigerant leaving the exchanger E2 at point 2 is therefore colder than at point N ° 1.
  • the refrigerant passes through the valve V3 No. 1, the point No. 3, the point No. 4 and the point No. 20 to then enter the exchanger E1.
  • the refrigerant condenses in exchanger E1 and leaves it in high pressure liquid form at point No. 5.
  • the fluid passes through the nonreturn valve C1, point 6 and enters the inner cylinder of the fluid / fluid exchanger E3.
  • the fluid temperature is 35 ° C.
  • the high pressure condensed fluid is cooled in exchanger E3 and exits at point 7.
  • the temperature at point 7 will be 30 ° C., that is, a subcooling of 5 ° C. thanks to the exchanger E3.
  • the fluid passes through the expansion valve D1 where it is expanded and thus in low pressure liquid form with a minority ratio in the gas phase at point 8.
  • the fluid temperature at point 8 is -15 ° C.
  • the fluid passes through the exchanger E4 which is ventilated by the fan VENT.
  • the fluid boils while evacuating the frigories on the through air E4.
  • the refrigerant leaves E4 at point 9 in gaseous form pressure For example, the fluid temperature at point 9 will be -10 0 C.
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3 and is overheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid leaves the exchanger E3 at point 11 and is sucked by the compressor
  • the fluid temperature at point 11 is -5 ° C.
  • the presence of the exchanger E3 in this case is innovative because it is placed on a high pressure liquid section of the refrigerant circuit which is not always supplied with high pressure liquid in its inner tube.
  • the innovative design and location of the E3 exchanger allows this unit to have different functions depending on the calorie and frigory needs of the different heat exchangers installed.
  • the exchanger E3 serves as a superheater for the suction gases, a subcooler for a high-pressure liquid before the expander D1 and makes it possible to store a large quantity of fluid in the liquid state in its inner tube.
  • the superheating of the suction gases and the subcooling of the liquid before the expansion valve D1 makes it possible to increase the percentage of fluid in the liquid state in the exchanger E4 and thus to increase the average conductivity coefficient of the exchanger E4, a gain for the energy efficiency of the whole.
  • FIG. 12 shows the operation of the system with two compressors in operation and a heat production provided on the exchanger E1 and E2.
  • FIG. 12 The operation described in FIG. 12 is close to the operation described in FIG. 11, the differences are described below: Increase in the mass flow rate of fluid due to the commissioning of compressor No. 2.
  • the fluid passes through the exchanger E2 which is a plate exchanger irrigated with water by the circulator P2 for the distribution of calories.
  • the fluid passing through the exchanger E2 is at high pressure and at high pressure temperature.
  • the water passing through the exchanger E2 being colder than the fluid, the calories leave the fluid for the water circuit E2.
  • the refrigerant passes through the valve V3 No. 1, the point No. 3, the point No. 4 and the point No. 20 to then enter the exchanger E1.
  • the refrigerant condenses in exchanger E1 and leaves it in high pressure liquid form at point No. 5.
  • the fluid temperature is 35 ° C.
  • the high pressure condensed fluid is cooled in exchanger E3 and exits at point 7.
  • the temperature at point 7 will be 30 ° C., a subcooling of 5 ° C. thanks to the exchanger E3.
  • the fluid passes through the expansion valve D1 where it is expanded and thus in low pressure liquid form with a minority ratio in the gaseous phase at the point where
  • the fluid temperature at point 8 is -15 ° C.
  • the fluid passes through the exchanger E4 which is ventilated by the fan VENT.
  • the fluid boils while evacuating the frigories on the through air E4.
  • the refrigerant leaves E4 at point 9 in low pressure gaseous form.
  • the fluid temperature at point 9 will be -10 0 C.
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3 and is overheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the temperature of the fluid at point 11 is -5 ° C.
  • the temperature of the fluid at point 12 is -5 ° C
  • the function of the exchangers E1, E2 and E4 is identical to the function found in Figure No. 3 but the flow of the fluid is different .
  • FIG. 13 is shown the operation of the system with one compressor out of two in function and a heat production ensured on the exchanger E2.
  • the compressor CP1 compresses and delivers the refrigerant to the point N 0 L
  • the fluid passes through the exchanger E2 which is a plate exchanger irrigated with water by the circulator P2 for the distribution of calories.
  • the fluid passing through the exchanger E2 is at high pressure and at high temperature.
  • the water passing through the exchanger E2 being colder than the fluid, the calories leave the fluid for the water circuit E2.
  • the fluid is condensed to 100% in the exchanger E2.
  • the refrigerant leaving the exchanger E2 at point 2 is therefore condensed and is colder than at point N ° 1.
  • the fluid passing through the expansion valve D1 is expanded and is therefore in low pressure liquid form with a minority ratio in the gas phase at point 8.
  • the temperature of the fluid at point 8 is -15 ° C.
  • the fluid passes through the exchanger E4 which is ventilated by the fan VENT. The fluid boils while evacuating the frigories on the through air E4. The refrigerant leaves E4 at point 9 in low pressure gaseous form.
  • the temperature of the fluid at point 9 will be -10 0 C.
  • the fluid passes through V3 N ° 2 for point 10.
  • the fluid enters the outer tube of exchanger E3 and is overheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid leaves the exchanger E3 at point 11 and is sucked by the compressor CP1.
  • the fluid temperature at point 11 is -5 ° C.
  • the fluid leaves the exchanger E3 at point 12 and is sucked by the compressor CP2.
  • the fluid temperature at point 12 is -5 ° C.
  • This function is important because the exchanger E1, not being supplied with fluid, is empty of all its fluid in the liquid state, it is therefore useful to be able to store this fluid in the volume of the inner cylinder of the exchanger E3 which remains cold to him.
  • the exchanger E2 would have a reduced efficiency due to a too large amount of fluid in the liquid state in the refrigerant circuit and in the same exchanger E2.
  • the function of the exchangers E1, E2 and E4 is identical to the function identified in FIG. 4, but the path of the fluid is different.
  • N ° 14 is represented the operation of the system with two compressors out of two in function and a heat production ensured on the exchanger E2 and a refrigerated production ensured on the exchanger El
  • This mode of function is called energy transfer.
  • the compressor CP1 and the compressor CP2 compress and discharge the refrigerant towards the point N ° 1 and N ° 13.
  • the junction of the discharge pipe of compressor N ° 2 is at point 1
  • the fluid passes through the exchanger E2 which is a plate exchanger irrigated with water by the circulator P2 for the distribution of calories.
  • the fluid passing through the exchanger E2 is at high pressure and at high temperature.
  • the water passing through the exchanger E2 being colder than the fluid, the calories leave the fluid for the water circuit E2.
  • the fluid is condensed to 100% in the exchanger E2.
  • the refrigerant leaving the exchanger E2 at point 2 is condensed and is colder than at point N ° 1.
  • the fluid passing through the expansion valve D1 is expanded and is thus in low pressure liquid form with a minority ratio in the gas phase in point 7.
  • the temperature of the fluid at point 7 is +10 ° C.
  • the fluid enters the inner cylinder of the fluid / fluid exchanger E3 in a low-pressure liquid state and at a temperature of 1 0 ° C. with a variable ratio of low-pressure fluid in the gaseous state.
  • the ratio of low pressure fluid in the gaseous state is found by gravity in the upper part of the inner tube of the exchanger E3.
  • the low-pressure refrigerant in the gaseous state then passes through the capillary 2, the non-return valve C2 the point 20, the valve V3 N ° 2, the point
  • the fluid passes through the capillary 1 which has a loss of pressure equivalent to a temperature drop of 9 ° C.
  • the fluid being expanded by the capillary 1 passes through the point 5 with a temperature equal to +1 ° C.
  • the fluid enters the exchanger E1 where it boils, evacuating the frigories on the water circuit E1.
  • the refrigerant leaves E1 in low pressure gaseous form.
  • the refrigerant exits the exchanger E1, passes through point 20, V3 N ° 2 and point 10.
  • the fluid temperature at point 10 will be + 5 ° C.
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3 and is overheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid temperature at point 11 is + 7 ° C.
  • the temperature of the fluid at point 12 is +7 ° C.
  • the function of exchangers E1, E2 and E4 is identical to the function recorded in FIG. 5, but the flow of the fluid is different. .
  • the presence of the exchanger E3 in this case is innovative because it is placed on a low pressure liquid section of the refrigerant circuit which is not always supplied with low pressure liquid in its tube internal.
  • the exchanger E3 has its internal tube cooled by the suction gases passing through its external tube, the inner tube being fed with a low-pressure liquid with a percentage of fluid in the gaseous state, it is advisable to minimize the amount of fluid in the gaseous state, the exchanger E3 allows this function by discharging a portion of this gas via the tube 19 and condensing another part of this gas due to the cooling caused by the cold gases passing through the outer tube of the exchanger E3.
  • the exchanger E1 would have a reduced efficiency due to a smaller amount of fluid in the liquid state in the refrigerant circuit at point 5 and in the exchanger E1 in evaporator mode. this would decrease the average coefficient of conductivity in the exchanger E1 and thus the energy efficiency of the assembly.
  • N ° 15 is represented the operation of the system with two compressors out of two in function, a heat production ensured on exchanger E2 and E4 and a refrigerating production ensured on the exchanger
  • This function mode is called partial energy transfer.
  • the compressor CP1 and the compressor CP2 compress and discharge the refrigerant towards the points N ° 1 and N 0 13.
  • the junction of the discharge pipe of the compressor N ° 2 is made in point 1.
  • the fluid passes through the exchanger E2 which is a plate exchanger irrigated with water by the circulator P2 for the distribution of calories.
  • the fluid passing through the exchanger E2 is at high pressure and at high temperature.
  • the water passing through the exchanger E2 being colder than the fluid, the calories leave the fluid for the water circuit E2.
  • the fluid is desuperheated or partially condensed in the exchanger E2.
  • E2 a water circuit temperature at the inlet of 75 ° C and an outlet temperature of 77 ° C with a condensation temperature of 50 ° C.
  • the refrigerant leaving the exchanger E2 at point 2 is therefore desuperheated and in the high pressure gaseous state.
  • the refrigerant passes through the valve V3 No. 1, the point 14, the point 9 enters the exchanger E4 where it is condensed to 100%.
  • the fan VENT is in operation for the cooling of the exchanger E4.
  • the evacuation of calories is done on the exchanger E2 in favor of the water circuit E2 and on the exchanger E4 to evacuate excess heat energy to the outside.
  • This function is useful for the storage of domestic hot water with a temperature above 65 0 C for the elimination of bacteria in summer.
  • the fluid passing through the expansion valve D1 is expanded and is therefore in low pressure liquid form with a minority gas phase ratio at point 7.
  • the temperature of the fluid at point 7 is + 10 ° C.
  • the fluid enters the inner cylinder of the fluid / fluid exchanger E3 in the low pressure liquid state and at a temperature of 10 ° C. with a variable ratio of low pressure fluid to the gaseous state.
  • the ratio of low pressure fluid in the gaseous state is found by gravity in the upper part of the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid passes through the capillary which has a loss of pressure equivalent to a temperature drop of 9 ° C.
  • the fluid being expanded by the capillary passes through point 5 with a temperature equal to +1 ° C.
  • the fluid enters the exchanger E1 where it boils, evacuating the frigories on the water circuit E1.
  • the fluid temperature at point 10 will be + 5 ° C.
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3 and is overheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid temperature at point 11 is +7 ° C.
  • the fluid leaves the exchanger E3 at point 12 and is sucked by the compressor CP2.
  • the fluid temperature at point 12 is + 7 ° C
  • FIG. 16 is shown the operation of the system with one compressor out of two in operation, a heat production ensured on the exchanger E4 for defrosting and a refrigeration production ensured on the exchanger E1.
  • This function mode is called the defrost mode.
  • the defrosting of the external battery is used to remove the ice that closes and isolates the outer coil battery which recovers the heat energy from the outside air.
  • the compressor CP1 compresses and represses the refrigerant towards the point N ° 1. For example, we can have a reference temperature at the point
  • the fluid passes through the exchanger E2.
  • the circulator P2 is stopped in order not to transmit the calories to the water circuit E2.
  • the refrigerant leaving the exchanger E2 at point 2 is therefore in the gaseous state at high pressure and at the same temperature as
  • the refrigerant passes through the valve V3 No. 1, the point 14, the point 9 enters the exchanger E4 where it is condensed to 100%.
  • the VENT fan is off to conserve all the heat energy of the refrigerant for defrosting the battery.
  • the fluid passing through the expander D1 is expanded and is therefore in low pressure liquid form with a minority gas phase ratio in the
  • the temperature of the fluid at point 7 is + 10 ° C.
  • the fluid enters the inner cylinder of the fluid / fluid exchanger E3 in a low-pressure liquid state and at a temperature of 1 0 ° C. with a variable ratio of low-pressure fluid in the gaseous state.
  • the ratio of low pressure fluid in the gaseous state is found by gravity in the upper part of the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid passes through the capillary which has a loss of pressure equivalent to a temperature drop of 9 0 C.
  • the fluid being expanded by the capillary 1 passes through the point 5 with a temperature equal to +1 ° C.
  • the fluid enters the exchanger E1 where it boils, evacuating the frigories on the water circuit E1.
  • the refrigerant leaves E1 in low pressure gaseous form.
  • the refrigerant exits the exchanger E1, passes through point 20, V3 N ° 2 and point 10.
  • the fluid temperature at point 10 will be + 5 ° C
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3 and is overheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid leaves the exchanger E3 at point 11 and is sucked by the compressor CP1.
  • the fluid temperature at point 11 is + 7 ° C
  • N ° 17 is represented the operation of the system with two compressors out of two in function, a heat production ensured on the exchanger E4 to evacuate the calories outside the building and a refrigerating production ensured on the exchanger E1.
  • This function mode is called simple chilled water production mode.
  • the compressor CP1 and the compressor CP2 compress and discharge the refrigerant towards the point N ° 1 and N ° 13.
  • the junction of the discharge pipe of compressor No. 2 is in point 1.
  • the fluid passes through the exchanger E2.
  • the refrigerant leaving the exchanger E2 at point 2 is therefore in the gaseous state at high pressure and at the same temperature as at point 1.
  • the refrigerant passes through the valve V3 No. 1, the point 14, the point 9 enters the exchanger E4 or it is condensed to 100%.
  • the VENT fan is on to cool the E4 outer fin exchanger.
  • the fluid exits the exchanger E4 at point 8, through the expander D1.
  • the fluid passing through the expansion valve D1 is expanded and is therefore in low pressure liquid form with a minority gas phase ratio at point 7. For example, the temperature of the fluid at point 7 is +10 ° C.
  • the fluid enters the inner cylinder of the fluid / fluid exchanger E3 in the low pressure liquid state and at a temperature of 10 ° C. with a variable ratio of low pressure fluid to the gaseous state.
  • the ratio of low pressure fluid in the gaseous state is found by gravity in the upper part of the inner tube of the exchanger E3.
  • the low-pressure refrigerant in the gaseous state then passes through the capillary 2, the non-return valve C2, the point 20, the valve V3 N ° 2, the point
  • the fluid passes through the capillary which has a loss of pressure equivalent to a temperature drop of 9 ° C.
  • the fluid being expanded by the capillary passes through point 5 with a temperature equal to +1 0 C,
  • the fluid enters the exchanger E1 where it boils, evacuating the frigories on the water circuit E1.
  • the fluid temperature at point 10 will be + 5 ° C.
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3 and is superheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid leaves the exchanger E3 at point 11 and is sucked by the compressor CP1.
  • the fluid temperature at point 11 is +7 ° C.
  • the temperature of the fluid at point 12 is +7 ° C.
  • the operation of exchanger E3 in this case is identical to the preceding case of FIGS. 14, 15 and 16.
  • FIG. 18 is represented the operation of the system with two compressors out of two in function and a heat production ensured on the exchanger E2 and on the exchanger E1.
  • Figure 18 is not part of the simplify system and therefore integrates the expander D2 in its fluid diagram.
  • the compressor CP1 compresses and represses the refrigerant towards the point
  • the fluid passes through the exchanger E2 which is a plate exchanger irrigated with water by the circulator P2 for the distribution of calories.
  • the fluid passing through the exchanger E2 is at high pressure and at high temperature.
  • the water passing through the exchanger E2 being colder than the fluid, the calories leave the fluid for the water circuit E2. In this case, the fluid is condensed to 100% in the exchanger E2.
  • the refrigerant leaving the exchanger E2 at point 2 is condensed and is colder than at point N ° 1.
  • the refrigerant passes through point 15, the filter F, point 16, valve VEM2, regulator D2.
  • the fluid passing through the expansion valve D2 is expanded and is therefore low pressure liquid form with a minority gas phase ratio at point 18.
  • the temperature of the fluid at point 18 is -15 ° C.
  • the compressor CP2 compresses and represses the refrigerant towards the point N ° 13.
  • a reference temperature at point No. 13 of 60 ° C.
  • the fluid passes through point 4, point 20 and enters the exchanger E1 which is a plate exchanger irrigated with water by the circulator P2 for the distribution of calories.
  • the fluid passing through the exchanger E1 is at high pressure and at high temperature.
  • the water passing through the exchanger E1 being colder than the fluid, the calories leave the fluid for the water circuit E1.
  • the fluid is condensed to 100% in the exchanger E1.
  • the refrigerant leaving the exchanger E1 at point 5 is therefore condensed and is cooler than at No. 20.
  • the refrigerant from point 5 passes through the non-return valve C1, point 6, enters the inner tube of the fluid / fluid exchanger E3, passes through point 7, passes through and is expanded by the expansion valve D1.
  • the fluid passing through the expansion valve D1 is expanded and is therefore in low-pressure liquid form with a minority gas phase ratio at point 8.
  • the temperature of the fluid at point 8 is -15 ° C.
  • the flow of refrigerant from point 8 and point 18 are mixed at the inlet of exchanger E4.
  • the fluid passes through the exchanger E4 which is ventilated by the fan VENT.
  • the fluid boils, evacuating the cold air through the air E4.
  • the refrigerant leaves the exchanger E4 at point 9 in gaseous form low pressure.
  • the fluid temperature at point 9 will be -10 0 C.
  • the fluid passes through V3 N ° 2 for point 10.
  • the fluid enters the outer tube of the exchanger E3 and is overheated in contact with the inner tube of the exchanger E3.
  • the fluid leaves the exchanger E3 at the points 11 and 12 and is sucked by the compressors CP1 and CP2.
  • the compressor CP1 and CP2 we have a different condensing temperature between the exchanger E1 and E2 and therefore the compressor CP1 and CP2.

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Abstract

L'invention concerne un système réversible de récupération d'énergie calorifique par prélèvement et transfert de calories d'un ou plusieurs milieux dans un autre ou plusieurs autres milieux quelconques. L'innovation est un nouveau principe de fonctionnement frigorifique qui permet avec un échangeur à plaques non réversible, un échangeur à plaque réversible et une batterie à ailettes sur un circuit d'air extérieur de réaliser les fonctions suivantes : - restitution totale ou partielle des calories sur l'échangeur non réversible depuis la batterie extérieure ou depuis l'échangeur réversible en mode évaporateur, - restitution totale ou partielle des calories sur l'échangeur réversible depuis la batterie extérieure, - production frigorifique sur l'échangeur réversible avec évacuation totale ou partielle des calories sur l'échangeur non réversible et/ou sur la batterie extérieure.

Description

Système réversible de récupération d'énergie calorifique par prélèvement et transfert de calories d'un ou plusieurs milieux dans un autre ou plusieurs autres milieux quelconques.
L'invention se rapporte à un système réversible de récupération par prélèvement et transfert d'énergie entre au moins deux milieux différents, par exemple entre un milieu extérieur et un milieu de vie ou entre un milieu de vie et un autre milieu de vie. Les besoins en calories en périodes froides d'un lieu de vie, de travail ou de stockage se résument en une quantité de calories consacrées au chauffage. D'autres besoins en calories sont nécessaires pendant la saison froide et même en dehors de celle-ci, nous pouvons identifier la production d'eau chaude sanitaire qui doit être assurée toute l'année, le chauffage d'une piscine ou autres besoins dans le domaine industriel ou tertiaire. Dans les lieux climatisés, l'extraction des calories en excédent du bâtiment doit être assurée.
Dans les systèmes classiques de climatisation, les calories extraites du bâtiment sont souvent dissipées à l'extérieur du bâtiment et perdues. Actuellement, le chauffage des bâtiments est assuré par la combustion de combustible dans des chaudières, par l'utilisation de l'énergie solaire thermique, par l'utilisation de l'effet joule avec des chaudières électriques ou par l'utilisation de pompes à chaleur puisant pour une grande partie de leur énergie sur l'air extérieur ou une source d'eau gratuite. L'invention utilise une technologie novatrice dans le domaine des pompes à chaleur réversibles.
Les pompes à chaleur sont des machines frigorifiques qui transfèrent la chaleur d'un milieu à un autre en utilisant comme véhicule un fluide frigorifique passant successivement d'un état gazeux à un état liquide et inversement par la succession de phases de compressions et de détentes. La plupart des systèmes étant réversibles, il est donc possible d'utiliser ces pompes à chaleur pour la climatisation.
Les pompes à chaleurs sont raccordées à différents types de terminaux réversibles ou non tels que :
- Radiateurs, - Plancher chauffant/ rafraîchissant,
- ventilo-convecteurs,
- Caisson de traitement d'air.
Les pompes à chaleur et autres systèmes de récupération d'énergie sont caractérisées par un indice de performance (COP) qui indique le rendement énergétique de l'installation, celui étant toujours supérieur à 1 , les pompes à chaleur produisent donc plus d'énergie calorifique qu'elles ne consomment d'énergie électrique grâce à l'énergie puisée dans le milieu de récupération gratuit. Les progrès technologiques de ces dernières années ont améliorés le rendement des pompes à chaleur du fait de l'amélioration des composants de celles-ci.
L'invention propose une amélioration qui tient par une nouvelle organisation du circuit frigorifique et la création de composants ayant des fonctions nouvelles, l'objectif de l'invention étant d'augmenter le rendement et la fiabilité du système frigorifique.
L'innovation tient à la création, la présence et l'emplacement dans l'installation des composants suivants :
- au moins un compresseur principal (CP1 ) complété en cas de besoin d'un ou plusieurs autres compresseurs (CP2, CP3 . . ),
- la présence d'un échangeur E4 pour la récupération ou l'évacuation des calories sur le milieu extérieur, l'échangeur E4 étant un échangeur à ailettes pour les pompes à chaleur de type AIR/EAU ou un échangeur à plaques, voir un échangeur multitubulaire ou coaxiale pour les pompes à chaleur EAU/ EAU,
- un échangeur Fluide/ Fluide E3 raccordé au point 6 au capillaire 1 de détente final et au réservoir R, au point 7 du détendeur thermostatique Bl- FLUX à égalisation externe D1 , au point 19 du capillaire 2 pour la limitation du débit massique sur cette branche, au point 10 l'admission des gaz froid provenant de V3 N°2, au point 11 l'aspiration des gaz surchauffés par le compresseur CP1 , au point 12 l'aspiration des gaz surchauffés par le compresseur CP2 (Figures 9 et 10).
La particularité de cet échangeur E 3 étant de fonctionner comme sous refroidisseur de la ligne liquide lorsqu'il est alimenté en fluide haute pression à l'état liquide dans son tube interne et aussi comme surchauffeur des gaz d'aspiration dans son tube externe (Figures N°1 , 2, 8,11 ,12,18). Dans ce cas de figure, de part l'organisation du schéma fluidique, le réservoir de fluide frigorigène R contient une réserve de fluide haute pression à l'état liquide. L'autre particularité de l'échangeur Fluide/Fluide E3 étant de fonctionner comme dégazeur lorsqu'il est alimenté en fluide basse pression à l'état liquide dans son tube interne et aussi comme surchauffeur des gaz d'aspiration dans son tube externe (Figures N°4, 5, 6, 7, 14, 15, 16, 17). Dans ce cas de figure, de part l'organisation du schéma fluidique, le réservoir de fluide frigorigène R contient une réserve de fluide basse pression à l'état liquide avec un ratio variable de fluide à l'état gazeux. La présence des vannes trois voies et des trois échangeurs E1 , E2 et E4, permettent les fonctions de désurchauffeur et de condenseur pour l'échangeur E2, de condenseur et d'évaporateur pour les échangeurs E1 et E4.
La présence et l'emplacement des vannes VEM1 et VEM2 permettent le fonctionnement de l'échangeur E2 comme condenseur avec, soit l'échangeur E4 comme évaporateur, soit l'échangeur E 1 comme évaporateur. La présence et l'emplacement du détendeur D2 augmente le rendement du système frigorifique en autorisant une pression de condensation différente entre le compresseur CP1 et le compresseur CP2 dans le cas d'une production calorifique sur l'échangeur E2 et sur l'échangeur E1 avec la vanne V3 N°1 fermée et les deux compresseurs CP1 et CP2 en fonctions (Figure N°18).
La disposition des différentes vannes et détendeurs permet la possibilité de gérer de façon isolée les différents échangeurs et ainsi de pouvoir les coupler dans différentes combinaisons, cette organisation permet aussi l'intégration facile d'un ou plusieurs échangeurs supplémentaires (Exemple en Figure N°8).
L'invention permet de surdimensionner la batterie de récupération énergétique sur le milieu extérieur et d'augmenter son rendement (E4 Figures 1 à 18). L'invention permet aussi l'installation d'un échangeur non réversible qui peut être utilisé en mode désurchauffeur des gaz de refoulement du ou des compresseurs, ou être utilisé en mode condenseur pour une restitution totale de l'énergie du fluide frigorigène condensé dans celui-ci, ou être utilisé en mode condensation partielle pour une restitution partielle des calories du fluide frigorigène traversant cet échangeur. Cet échangeur est appelé E2 et est connecté à un circuit hydraulique pour une distribution d'énergie calorifique à un ou plusieurs milieux en demande de calories, cet échangeur n'est pas réversible.
L'invention permet aussi l'installation d'un échangeur réversible qui peut être utilisé en mode condenseur des gaz de refoulement du ou des compresseurs pour une restitution totale de l'énergie du fluide frigorigène condensée dans celui-ci, ou être utilisé en mode évaporateur pour une évacuation totale de l'énergie frigorifique du fluide frigorigène traversant cet échangeur. Cet échangeur est appelé E1 et est connecté à un circuit hydraulique pour une distribution d'énergie calorifique ou frigorifique à un ou plusieurs milieux en demandes de calories ou de frigories.
L'invention permet aussi à l'échangeur E1 de récupérer l'énergie calorifique non absorbée par l'échangeur E2 lorsque celui est en mode désurchauffeur ou si E2 est en mode de condensation partielle. Par la présence de ces deux échangeurs E1 et E2 et sans ajout de régulations supplémentaires ou autres vannes mélangeuses sur les circuits hydrauliques, nous avons donc à disposition une pompe à chaleur équipée de deux circuits hydrauliques. Un circuit hydraulique non réversible E2 pour la distribution des calories puisées depuis l'échangeur extérieur E4 ou depuis l'échangeur E1 fonctionnant en mode évaporateur.
Un circuit hydraulique réversible E1 pour la distribution des calories puisées sur l'échangeur E4 et aussi ce même circuit pour la distribution d'eau glacée et une évacuation des calories vers l'échangeur E2, E4 ou E2+E4. L'invention permet donc la fonction de transfert d'énergie qui signifie la possibilité de récupérer des calories sur l'échangeur E1 en mode évaporateur pour la production d'eau glacée sur le circuit hydraulique E1 et en simultanée la restitution de ces calories pour le chauffage du circuit hydraulique E2 via l'échangeur E2 en mode condenseur ou en mode désurchauffeur. Soit pour une consommation électrique de 1 kw, une production frigorifique de 3,5 KW et calorifique de 4,5 KW avec une seule machine.
Cette fonction est utile et très économique lorsque l'on climatise un bâtiment et qu'il existe une demande simultanée de production calorifique pour la production d'eau chaude sanitaire ou le chauffage d'une piscine. Pour autoriser ces fonctions et améliorer le rendement énergétique de l'ensemble, certains composants frigorifiques ont été crées et d'autres ont été utilisés suivant un schéma frigorifique novateur.
Parmi les éléments crées, nous avons un échangeur Fluide/ Fluide E 3. Il est composé d'un cylindre interne qui ne débouche que sur trois piquages N°6, N°7 et N°19 (FIGURES N°9 et N°10), et d'un cylindre externe qui débouche sur trois piquages N°10, N°11 et N°12 (FIGURES N°9 et N°10). Aucun débit de fluide ne passe du cylindre interne vers le cylindre externe ou du cylindre externe vers le cylindre interne. Le fait que le cylindre interne ait été placé dans le cylindre externe ne sert qu'à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène froid traversant le tube externe avant d'être aspiré par le ou les compresseurs et le fluide frigorigène plus chaud traversant le tube interne.
L'échange thermique se fait par la paroi du tube interne dans la section au contact du fluide frigorigène contenu dans le tube externe. Le tube de faible section au point 19 a pour fonction d'évacuer une partie du fluide à l'état gazeux créé par la détente par le détendeur D1 lorsque celui-ci est traversé du point 8 vers le point 7.
Dans ce cas de figure, le cylindre interne est alimenté en fluide frigorigène liquide basse pression avec un ratio minoritaire de fluide à l'état gazeux.
Le tube de faible section au point 19 a pour fonction de diminuer le ratio de fluide à l'état gazeux en l'évacuant du tube interne au point 19 vers le point 20.
Le capillaire 2 a pour fonction de limiter le débit du point 19 vers le point 20 afin de ne pas évacuer de fluide à l'état liquide. Les pertes de charge de ce capillaire devront être calculées afin que le volume de fluide frigorigène à l'état gazeux évacué du point 19 vers le point
20 soit inférieur au volume de fluide frigorigène à l'état gazeux généré par le détendeur D1 lorsque celui-ci est traversé par le fluide du point 8 vers le point
7. Ainsi, nous disposerons d'un fluide avec un ratio de fluide frigorigène en phase gazeuse plus faible au point 6 lorsque E1 est en mode évaporateur, ce qui augmentera l'efficacité de l'échangeur E1 du fait d'une meilleure alimentation en liquide.
Dans le cas où le détendeur D1 est traversé par le fluide frigorigène du point 7 vers le point 8 (FIGURES N°1 , 2 et 8), l'échangeur Fluide/ Fluide E3 est un équipement frigorifique novateur qui a pour fonction de sous-refroidir le liquide haute pression et de surchauffer les gaz d'aspiration lorsque l'échangeur E1 est en mode condenseur.
Le diamètre du cylindre interne étant au moins 4 fois plus grand que la conduite liquide au point 6 et 7 (FIGURES N°9 et N°10), le fluide haute pression sous forme gazeuse se trouvera inévitablement récupéré en grande partie en haut du cylindre interne et une partie de ce fluide sera condensée par les frigories récupérées sur les gaz d'aspiration traversant le cylindre externe. L'absence de vanne quatre voies, la présence et le placement des vannes 2 voies et trois voies, le placement des deux détendeurs, la présence et le placement d'un capillaire et le placement des deux détendeurs font un schéma fluidique novateur.
Afin de mieux comprendre le fonctionnement de ce système, il est nécessaire de se reporter aux figures de 1 à 18 qui montrent l'état et le cheminement du fluide frigorigène en fonction des besoins en frigories ou en calories des différents échangeurs.
Pour les figures N°1 à N°8 et N°11 à N°18, les conduites ont été représentées de la façon suivante : - Les conduites frigorifiques isolées ayant un débit de fluide frigorigène nul, sont représentées par des petits points.
- Les conduites frigorifiques traversées par un débit de fluide frigorigène haute pression et à l'état gazeux sont représentées par des petits tirets. - Les conduites frigorifiques traversées par un débit de fluide frigorigène haute pression et à l'état liquide sont représentées par des traits pleins.
- Les conduites frigorifiques traversées par un débit de fluide frigorigène basse pression et à l'état liquide sont représentées par des doubles traits.
- Les conduites frigorifiques traversées par un débit de fluide frigorigène basse pression et à l'état gazeux sont représentées par des traits mixtes.
- Les électrovannes sont représentées par deux triangles opposés qui sont noirs si l'électrovanne est fermée et blanc si l'électrovanne est ouverte.
- Les détendeurs sont représentés par deux triangles opposés qui sont noirs si le détendeur est fermé et blancs si le détendeur est ouvert et passant. - Les vannes trois voies sont représentées par trois triangles opposés qui sont noirs si la vanne trois voies est fermée et blancs si la vanne trois voies est ouverte en indiquant quels sont les branches passantes.
Les échangeurs à plaques sont alimentés en eau par des circulateurs qui puisent l'eau à travers ceux-ci.
- Les circulateurs P1 et P2 sont représentés par un triangle dans un cercle, triangle orienté dans le sens d'écoulement d'eau et compris dans un cercle : Si le triangle est blanc, cela signifie que le circulateur est en fonction et que l'eau traverse Péchangeur raccordé à celui-ci. Si le triangle est noir, cela signifie que le circulateur est hors fonction et que l'échangeur raccordé à celui-ci n'est pas alimenté en eau.
En figure N°1 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E1 et E2. Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point
N°1 de 900C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 45°C et de sortie de 48°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 45°C
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1 , le point N°3, le point N°4 et le point N°20 pour ensuite rentrer dans l'échangeur E1.
L'eau traversant l'échangeur E1 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E1. Le fluide frigorigène se condense dans l'échangeur E1 et sort de celui-ci sous forme liquide haute pression au point N°5.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de condensation de 36°C, une température du circuit d'eau E1 à l'entrée de 330C et de sortie de 35°C.
Le fluide traverse le clapet anti retour C1 , le point 6 et rentre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Pour exemple, au point 6, la température du fluide est de 35°C.
Le fluide condensé haute pression est sous refroidi dans l'échangeur E3 et sort au point 7.
Pour exemple, la température au point 7 sera de 300C soit un sous- refroidissement de 50C grâce à l'échangeur E3.
Le fluide traverse le détendeur D1 où il est détendu et donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 8.
Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -15°C.
Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT. Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4.
Le fluide frigorigène quitte E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression.
Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -100C.
Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur
CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de -50C.
En figure N°2 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseurs en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E1 et E2.
La présence de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est innovant du fait qu'il est placé sur une section liquide haute pression du circuit frigorifique qui n'est pas toujours alimenté en liquide haute pression dans son tube interne. La conception et l'emplacement innovant de l'échangeur E3 permettent à cet organe des fonctions différentes en fonctions des besoins en calories et frigories des différents échangeurs installés.
En figure N0I1 l'échangeur E3 sert de surchauffeur des gaz d'aspiration, de sous refroidisseur de liquide haute pression avant le détendeur D1 et permet de stocker une quantité importante de fluide à l'état liquide dans son tube interne.
La surchauffe des gaz d'aspiration et le sous-refroidissement du liquide avant le détendeur D1 permet d'augmenter le pourcentage de fluide à l'état liquide dans l'échangeur E4 et donc d'augmenter le coefficient moyen de conductibilité de l'échangeur E4, soit un gain pour le rendement énergétique de l'ensemble. Le fonctionnement décrit en figure N°2 est proche du fonctionnement décrit en figure N°1 , les différences sont décrites ci-dessous:
- Augmentation du débit massique de fluide du fait de la mise en service du compresseur N°2.
- Compression et refoulement du fluide au point 13 et mélange de ce flux avec le flux du premier compresseur au point N°4.
Pour exemple, la température du fluide haute pression au point 13 est de
9O0C. Du fait du mélange du flux gazeux provenant du compresseur N°1 ayant une température de 450C et du flux gazeux provenant du compresseur N°2 ayant une température de 900C le mélange des deux flux aura une température de
67,5°C si le débit massique des deux compresseurs est identique.
Dans ce cas, les calories du compresseur N°2 seront évacuées exclusivement par l'échangeur E1 au profit du circuit d'eau E1.
Pour exemple, du fait de l'augmentation de la puissance calorifique dissipée sur l'échangeur E1 , la température de condensation augmente à 40°C et l'eau du circuit hydraulique N°1 entre à 33°Cet sort à 38°C
Le fluide traverse le clapet anti retour C1 , le point 6 et rentre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Pour exemple, au point 6, la température du fluide est de 4O0C
Le fluide condensé haute pression est sous refroidi dans l'échangeur E3 et sort au point 7.
Pour exemple, la température au point 7 sera de 350C, soit un sous- refroidissement de 5°C grâce à l'échangeur E3.
Le fluide traverse le détendeur D1 où il est détendu et donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 8.
Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -18°C.
Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT. Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4. Le fluide frigorigène quitte E 4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression.
Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -130C.
Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10. Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3. Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et 12 et est aspiré par les compresseurs CP1 et CP2.
Pour exemple, la température du fluide au point 12 est de -8°C.
Les fonctions de l'échangeur E3 sont identiques pour les figures 1 et 2. En figure N°3 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E2.
Le compresseur CP 1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point
N°1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 1100C
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories. Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2. Dans ce cas de figure, le fluide est condensé à 100% dans l'échangeur E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 60° C et de sortie de 65°C avec une température de condensation de 65°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc condensé et est plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 64°C La vanne V3 N°1 étant fermée, le fluide frigorigène traverse le point 15, le filtre
F, le point 16, la vanne VEM2, le détendeur D2.
Le fluide traversant le détendeur D2 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 18.
Pour exemple, la température du fluide au point 18 est de -15°C. Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT.
Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4. Le fluide frigorigène quitte E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression.
Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -100C.
Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10. Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3, du fait que le débit de réfrigérant dans le cylindre interne de l'échangeur E3 est nul, aucune surchauffe des gaz d'aspiration n'est réalisée.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1. Dans ce cas, la température du fluide frigorigène au point N°11 est identique qu'au point N°10.
La présence de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est innovant du fait qu'il est placé sur une section liquide basse pression du circuit frigorifique qui n'est pas toujours alimenté en liquide basse pression dans son tube interne. La conception et l'emplacement innovant de l'échangeur E3 permettent à cet organe des fonctions différentes en fonctions des besoins en calories et frigories des différents échangeurs installés En figure N°3, l'échangeur E3 a son tube interne refroidi par les gaz d'aspiration traversant son tube externe, ceci lui permet de stocker à 100% de ses capacités une quantité importante de fluide à l'état liquide dans son tube interne.
Cette fonction est importante car l'échangeur E1 , n'étant pas alimenté en fluide, se vide de tout son fluide à l'état liquide, il est donc utile de pouvoir stocker ce fluide dans le volume du cylindre interne de l'échangeur E3 qui lui reste froid.
Si cette fonction n'était pas assurée, l'échangeur E2 aurait un rendement diminué du fait d'une quantité de fluide à l'état liquide trop importante dans le circuit frigorifique et dans ce même échangeur E2. En figure N°4 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E2 et une production frigorifique assurée sur l'échangeur E1.
Ce mode de fonction est appelé transfert d'énergie. Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 900C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories. Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2. Dans ce cas de figure, le fluide est condensé à 100% dans l'échangeur E2. Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 60°C et de sortie de 65°C avec une température de condensation de 65°C.
Le fluide frigorigène quittant i'échangeur E2 au point 2 est donc condensé et est plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 640C.
La vanne V3 N°1 étant fermée, le fluide frigorigène traverse le point 15, le filtre F, le point 16, la vanne ouverte VEM1 , le point 17, le point 8 et le détendeur D1. Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7.
Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +100C.
Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 100C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux. Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacuée par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/Fluide E3. Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2 le point 20, la vanne V3 N°2, le point
10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N° 1.
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur
E3 avec une température égale à 1 O0C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire 1 qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 9°C. Le fluide étant détendu par le capillaire traverse le point 5 avec une température égale à +1 0C.
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression. Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1 , traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +50C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3. Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur
CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C
La présence de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est innovant du fait qu'il est placé sur une section liquide basse pression du circuit frigorifique qui n'est pas toujours alimenté en liquide basse pression dans son tube interne.
La conception et l'emplacement innovant de l'échangeur E3 permettent à cet organe des fonctions différentes en fonctions des besoins en calories et frigories des différents échangeurs installés.
En figure N°4, l'échangeur E3 a son tube interne refroidi par les gaz d'aspiration traversant son tube externe, le tube interne étant alimenté par un liquide basse pression avec un pourcentage de fluide à l'état gazeux, il est judicieux de diminuer au maximum la quantité de fluide à l'état gazeux, l'échangeur E3 permet cette fonction en évacuant une partie de ce gaz via le tube 19 et en condensant une autre partie de ce gaz du fait du refroidissement provoqué par les gaz froids traversant le tube externe de l'échangeur E3.
Si cette fonction n'était pas assurée, l'échangeur E1 aurait un rendement diminué du fait d'une quantité de fluide à l'état liquide moins importante dans le circuit frigorifique au niveau du point 5 et dans l'échangeur E1 en mode évaporateur, cela diminuerait le coefficient moyen de conductibilité dans l'échangeur E1 et donc le rendement énergétique de l'ensemble.
En figure N°5 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction, une production calorifique assurée sur l'échangeur E2 et E4 et une production frigorifique assurée sur l'échangeur
E1.
Ce mode de fonction est appelé transfert partiel d'énergie.
Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 800C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Dans ce cas de figure, le fluide est désurchauffé ou condensé partiellement dans l'échangeur E2.
Pour exemple, dans le cas d'une utilisation de E2 comme désurchauffeur sans aucune condensation, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau E2 à l'entrée de 750C et de sortie de 77°C avec une température de condensation de 500C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc désurchauffé et à l'état gazeux haute pression.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point
N°2 de 75°C.
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1 , le point 14, le point 9, entre dans l'échangeur E4 ou il est condensé à 100%. Pour se faire, le ventilateur VENT est en fonction pour le refroidissement de l'échangeur E4.
Dans ce cas de figure, l'évacuation des calories se fait sur l'échangeur E2 au profit du circuit d'eau E2 et sur l'échangeur E4 pour évacuer l'excédent d'énergie calorifique vers l'extérieur. Cette fonction est utile pour le stockage d'eau chaude sanitaire avec une température supérieure à 65°C pour l'élimination des bactéries en été. Le fluide sort de i'échangeur E4 au point 8, traverse le détendeur D1.
Le fluide traversant Ie détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7. Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +100C.
Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 1 O0C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux.
Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacuée par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2, le point 20, la vanne V3 N°2, le point
10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N°1 ;
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur E3 avec une température égale à 100C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 90C
Le fluide étant détendu par le capillaire traverse le point 5 avec une température égale à +1 0C.
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression. Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1 , traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3. Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur
CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C.
Le fonctionnement de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est identique au cas précédant de la figure 4. En figure N°6 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseur sur deux en fonction, une production calorifique assurée sur l'échangeur E4 pour le dégivrage et une production frigorifique assurée sur l'échangeur E1.
Ce mode de fonction est appelé mode dégivrage. Le dégivrage de la batterie extérieure sert à éliminer la glace qui obture et isole la batterie à ailettes extérieure qui récupère l'énergie calorifique sur l'air extérieure.
Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point
N°1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 800C.
Le fluide traverse l'échangeur E2.
Le circulateur P2 est stoppé afin de ne pas transmettre les calories au circuit d'eau E2. Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc à l'état gazeux haute pression et à la même température qu'au point 1.
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1 , le point 14, le point 9, entre dans l'échangeur E4 ou il est condensé à 100%.
Le ventilateur VENT est à l'arrêt afin de conserver la totalité de l'énergie calorifique du fluide frigorigène pour le dégivrage de la batterie. Le fluide sort de l'échangeur E4 au point 8, traverse le détendeur D1.
Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7.
Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +100C. Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 1O0C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux.
Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacuée par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2 le point 20, la vanne V3 N°2, le point
10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N°1.
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur E3 avec une température égale à 100C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 9°C.
Le fluide étant détendu par le capillaire traverse le point 5 avec une température égale à +1 °C.
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression.
Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1 , traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C.
Le compresseur CP2 est mis en fonction afin de diminuer la durée du dégivrage en augmentant la puissance de dégivrage d'un niveau égal à la puissance absorbée du compresseur CP2. Le compresseur CP2 refoule le fluide frigorigène au point 13.
Le fluide frigorigène passe le point 4, la vanne trois voies N°2, le point 10, l'échangeur E3 et est aspiré par le compresseur CP2 après le point 13.
Sur ce parcours, aucun détendeur n'est installé, les gaz de refoulement du compresseur CP2 sont basse pression et à l'état gazeux. Le gaz ainsi véhiculé, s'est chargé de l'énergie calorifique consommée par le compresseur N°2 et permet de surchauffer les gaz d'aspiration mélangés des deux compresseurs dans le tube externe de l'échangeur
Fluide/ Fluide E3. Ainsi nous augmentons la température du flux gazeux au point 11 et donc aussi la température de refoulement du CP1 au point 1.
Ceci a pour conséquence d'augmenter la puissance de dégivrage en proposant un système de dégivrage mixte par inversion de cycle et aussi par gaz chaud. Le fonctionnement de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est identique au cas précédant de la figure 4 et 5.
En figure N°7 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction, une production calorifique assurée sur l'échangeur E4 pour évacuer les calories à l'extérieur du bâtiment et une production frigorifique assurée sur l'échangeur E1.
Ce mode de fonction est appelé mode production d'eau glacée simple.
Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point
N°1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 8O0C Le fluide traverse l'échangeur E2.
Dans ce cas de figure, nous considérons que le circuit d'eau 2 n'a pas de besoin en calorie et donc le circulateur P2 est stoppé afin de ne pas transmettre les calories au circuit d'eau E2.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc à l'état gazeux haute pression et à la même température qu'au point 1.
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1 , le point 14, le point 9, entre dans l'échangeur E4 où il est condensé à 100%.
Le ventilateur VENT est mis en fonction pour refroidir l'échangeur extérieur à ailettes E4. Le fluide sort de l'échangeur E4 au point 8, traverse le détendeur D1.
Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7. Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +1O0C
Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 100C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux.
Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacuée par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2, le point 20, la vanne V3 N°2, le point 10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N°1 ;
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur
E3 avec une température égale à 1O0C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 9°C.
Le fluide étant détendu par le capillaire traverse le point 5 avec une température égale à +1 0C. Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression.
Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1 , traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10. Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +50C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur
CP1. Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C.
Le fonctionnement de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est identique au cas précédant de la figure 4, 5 et 6.
En figure N°8 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseurs sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E1 et E2.
La particularité de la figure 8 est de représenter l'ajout d'un échangeur supplémentaire E5 alimenté en eau par un circuit d'eau supplémentaire qui aurait pour fonction en exemple de récupérer des calories sur l'extraction d'air d'un bâtiment. Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point
N°1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 90°C
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories. Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 450C et de sortie de 480C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc plus froid qu'au point N0L
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point
N°2 de 45°C Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1 , le point N°3, le point N°4 et
N°20 pour ensuite rentrer dans l'échangeur E1.
L'eau traversant l'échangeur E1 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène se condense dans l'échangeur E1 et sort de celui-ci sous forme liquide haute pression au point N°5.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de condensation de
36°C, une température du circuit d'eau E1 à l'entrée de 33°C et de sortie de 35°C.
Le fluide traverse le clapet anti retour C1 , le point 6 et rentre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Pour exemple, au point 6, la température du fluide est de 35°C.
Le fluide condensé haute pression est sous refroidi dans l'échangeur E3 et sort au point 7.
Pour exemple, la température au point 7 sera de 300C soit un sous- refroidissement de 5°C grâce à l'échangeur E3.
Le fluide traverse le détendeur D1 où il est détendu et donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point
8. Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -15°C.
Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT. Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4.
Le fluide frigorigène quitte E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression.
En amont du détendeur D1 au niveau du point 7, une branche dérive une partie du fluide à l'état liquide haute pression vers le détendeur D3. Le fluide traverse le détendeur D3 où il est détendu et donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse.
Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de +1 0C.
Le fluide traverse l'échangeur qui est alimenté en eau par le circulateur P3.
Pour exemple, l'eau d'alimentation de l'échangeur E5 a une température d'entrée de +12°C et une température de sortie de +70C.
Le fluide frigorigène basse pression entre en ébullition et sort à l'état gazeux de l'échangeur 6 pour ensuite traverser la vanne de régulation P.
La vanne de régulation P est une vanne à pression constante automatique qui maintient la pression du fluide frigorigène régnant dans l'échangeur E5 à une valeur équivalente minimale de O0C afin que la température d'évaporation soit supérieure à la température de prise en glace du circuit d'eau E3.
Pour exemple, nous considérerons que la température d'évaporation dans l'échangeur E5 est de +10C et que la température du gaz frigorigène traversant la vanne à pression constante a une température de +10°C et un état à 100% gazeux.
Les flux gazeux provenant de l'échangeur E5 et de l'échangeur E4 se mélangent au niveau du point 9. Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -5°C.
Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et 12, il est aspiré par les compresseurs CP1 et CP2.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 et 12 est de +1 °C.
Le compresseur CP2 aspire le gaz basse pression au point 12 et refoule au point 13 le fluide à l'état gazeux haute pression.
En figure N°9 est expliqué le fonctionnement de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 correspondant aux figures 1 , 2 et 8.
Au point 10 entre un flux de fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux et froid dans le cylindre externe de l'échangeur E3.
La température de ce fluide peut être, par exemple, à une température de -
1O0C. Ce flux de fluide froid à l'état gazeux est au contact de la paroi extérieure du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le tube interne étant alimenté en fluide haute pression à l'état liquide et à une température, par exemple, de 6O0C, le flux de gaz frigorigène basse pression provenant du point 10 et sortant au point 11 pour être aspiré par le compresseur N°1 et le point 12 pour être aspiré par le compresseur N°2, est chauffé par la paroi externe du tube interne de l'échangeur E3.
Pour exemple, la température au point 11 et 12 peut avoir une valeur supérieure de 100C par rapport au point 10.
Nous générons ainsi une surchauffe des gaz d'aspiration entre le point 10 et 11 ainsi que entre le point 10 et 12 lorsque le compresseur 2 est en fonction. Inversement, I liquide haute pression à l'état liquide qui entre dans le tube interne de l'échangeur E3 est refroidie par la paroi du tube interne au contact des gaz froid du tube externe. Le diamètre du tube interne doit être au moins 5 fois supérieur au diamètre des piquages 6 et 7 afin que le flux du tube 6 ne transite pas directement vers le tube 7. Par l'échange thermique en E3, la température du fluide au point 6 est supérieure à la température du fluide frigorigène haute pression à l'état liquide sortant au point 7. Nous générons ainsi un sous refroidissement du liquide entre le point 6 et 7.
Le piquage au point 19 a un débit nul du fait qu'il aboutit au point 20 et que la pression au point 20 est équivalente à celle qui règne au point 19. En figure N°10 est expliqué le fonctionnement de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 correspondant aux figures4, 5, 6 et 7.
Au point 10 entre un flux de fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux et froid dans le cylindre externe de l'échangeur E3.
La température de ce fluide peut être, par exemple, à une température de
+60C. Ce flux de fluide froid à l'état gazeux est au contact de la paroi extérieure du tube interne de l'échangeur Fluide/Fluide E3.
Le tube interne étant alimenté au point 7 en fluide basse pression à l'état liquide et à une température, par exemple, de +100C, le flux de gaz frigorigène basse pression provenant du point 10 et sortant au point 11 pour être aspiré par le compresseur N°1 et le point 12 pour être aspiré par le compresseur N°2, est chauffé par la paroi externe du tube interne de l'échangeur E3.
Pour exemple, la température au point 11 et 12 peut avoir une valeur supérieure de 2°C par rapport au point 10. Nous générons ainsi une surchauffe des gaz d'aspiration entre le point 10 et 11 ainsi que entre le point 10 et 12 lorsque le compresseur 2 est en fonction.
Inversement, le liquide basse pression à l'état liquide qui entre dans le tube interne de l'échangeur E3 est refroidi par la paroi du tube interne au contact des gaz froid du tube externe.
Le diamètre du tube interne doit être au moins 5 fois supérieur au diamètre des piquages 7 et 6 afin que le flux du tube 7 ne transite pas directement vers le tube 6. Le liquide basse pression qui entre dans le tube interne de l'échangeur E3 est à l'état liquide avec un faible ratio à l'état gazeux du fait de la détente en D1.
L'échange thermique en E3 aura pour effet de refroidir le tube interne et ainsi de condenser une petite partie du fluide basse pression à l'état gazeux présent au sommet du tube interne. Une autre partie de fluide à l'état gazeux au sommet du tube interne sera évacuée par le piquage 19.
Grâce à la présence du capillaire 1 , l'échangeur E1 en mode évaporateur ainsi que le point 20, sont alimentés en fluide ayant une pression inférieure à celle au point 19. II y aura donc un flux de gaz entre le point 19 vers le point 20 du fait que la pression au point 19 est supérieure au point 20.
Le débit de gaz sera limité par le capillaire 2 qui sera calibré pour ne pas pouvoir évacuer la totalité de la poche de gaz au sommet du tube interne de l'échangeur E3. II serait préjudiciable au système que du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide passe par le capillaire 2 suite à l'évacuation de la totalité du fluide à l'état gazeux.
Pour les installations de forte puissance, le capillaire peut être remplacé par un détendeur thermostatique avec une surchauffe réglée à 5°C. Par ce fonctionnement novateur, le ratio de fluide à l'état liquide au point 6 est supérieur au ratio de liquide présent au point 7.
Le symbole nommé R est un réservoir de fluide frigorigène.
Il compense la quantité de fluide nécessaire au bon fonctionnement de l'installation en fonction des différentes fonctions des échangeurs, des conditions extérieures et des différentes températures de départs sur les circuits d'eau.
Il existe une version simplifiée de cette technologie, cette version est adaptée plus particulièrement aux machines mono-compresseur ou aux machines ayant au moins deux compresseurs mais avec une conduite de refoulement du compresseur N°2 qui rejoint la conduite de refoulement du compresseur N°1 au point 1 au lieu de rejoindre au point 4 comme indiqué sur les figures 1 à 8.
En plus de cette modification au niveau du refoulement, le détendeur D2 est éliminé et la conduite passant au point 17 aboutit au point 6 au lieu d'aboutir au point 8 comme indiquée dans les figures 1 à 8.
La représentation de ceci est faite sur les figures 11 à 17.
En figure N°11 , le cheminement du fluide est identique à celui de la figure
N°1 :
En figure N°11 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E1 et E2. Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 90°C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 45°C et de sortie de 480C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc plus froid qu'au point N°1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point
N°2 de 44°C
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1 , le point N°3, le point N°4 et le point N°20 pour ensuite rentrer dans l'échangeur E1.
L'eau traversant l'échangeur E1 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène se condense dans l'échangeur E1 et sort de celui-ci sous forme liquide haute pression au point N°5.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de condensation de
360C, une température du circuit d'eau E1 à l'entrée de 33°C et à la sortie de 35°C.
Le fluide traverse le clapet anti retour C1 , le point 6 et rentre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Pour exemple, au point 6, la température du fluide est de 35°C.
Le fluide condensé haute pression est sous refroidi dans l'échangeur E3 et sort au point 7.
Pour exemple, la température au point 7 sera de 3O0C soit un sous- refroidissement de 50C grâce à l'échangeur E3.
Le fluide traverse le détendeur D1 où il est détendu et donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 8.
Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -15°C.
Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT.
Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4.
Le fluide frigorigène quitte E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression. Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -100C.
Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3. Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur
CP1. Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de -5°C.
La présence de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est innovant du fait qu'il est placé sur une section liquide haute pression du circuit frigorifique qui n'est pas toujours alimenté en liquide haute pression dans son tube interne.
La conception et l'emplacement innovant de l'échangeur E3 permettent à cet organe des fonctions différentes en fonction des besoins en calories et frigories des différents échangeurs installés.
En figure N°11 , l'échangeur E3 sert de surchauffeur des gaz d'aspiration, de sous refroidisseur de liquide haute pression avant le détendeur D1 et permet de stocker une quantité importante de fluide à l'état liquide dans son tube interne.
La surchauffe des gaz d'aspiration et le sous-refroidissement du liquide avant le détendeur D1 permet d'augmenter le pourcentage de fluide à l'état liquide dans la l'échangeur E4 et donc d'augmenter le coefficient moyen de conductibilité de l'échangeur E4, soit un gain pour le rendement énergétique de l'ensemble.
En figure N°12, la fonction des échangeurs E1 , E2 et E4 est identique à la fonction relevée en figure N°2 mais le cheminement du fluide est différent. En figure N°12 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseurs en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E1 et E2.
Le fonctionnement décrit en figure N°12 est proche du fonctionnement décrit en figure N°11 , les différences sont décrites ci-dessous : Augmentation du débit massique de fluide du fait de la mise en service du compresseur N°2.
Compression et refoulement du fluide au point 1 par le compresseur CP1.
Compression et refoulement du fluide au point 13 par le compresseur CP2.
Mélange de ces deux flux point N°1. Dans ce cas, les calories du compresseurs N°1 et N°2 seront évacuées par l'échangeur E1 et E2 au profit du circuit d'eau E1 et E2.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 450C et de sortie de 48°C. Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc plus froid qu'au point N0L
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point
N°2 de 450C
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1 , le point N°3, le point N°4 et le point N°20 pour ensuite rentrer dans l'échangeur E1.
L'eau traversant l'échangeur E1 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau El
Le fluide frigorigène se condense dans l'échangeur E1 et sort de celui-ci sous forme liquide haute pression au point N°5. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de condensation de
36°C, une température du circuit d'eau E1 à l'entrée de 33°C et de sortie de 35°C. Le fluide traverse le clapet anti retour C1 , le point 6 et rentre dans le cylindre interne de Péchangeur Fluide/ Fluide E3.
Pour exemple, au point 6, la température du fluide est de 35°C. Le fluide condensé haute pression est sous refroidi dans l'échangeur E3 et sort au point 7.
Pour exemple, la température au point 7 sera de 300C soit un sous- refroidissement de 50C grâce à l'échangeur E3.
Le fluide traverse le détendeur D1 où il est détendu et donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point
8.
Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -15°C.
Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT.
Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4. Le fluide frigorigène quitte E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression.
Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -100C.
Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur
CP1. Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de -50C.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 12 et est aspiré par le compresseur
CP2. Les fonctions de l'échangeur E3 sont identiques pour les figures 11 et 12.
Pour exemple, la température du fluide au point 12 est de -5°C, En figure N°13, la fonction des échangeurs E1 , E2 et E4 est identique à la fonction relevée en figure N°3 mais le cheminement du fluide est différent. En figure N°13 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E2. Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N0L Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 110°C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur à plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories. Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant Péchangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Dans ce cas de figure, le fluide est condensé à 100% dans l'échangeur E2. Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 60°Ce t de sortie de 65°C avec une température de condensation de 65°C Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc condensé et est plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 640C
La vanne V3 N°1 étant fermée, le fluide frigorigène traverse le point 15, le filtre F, le point 16, la vanne VEM2, le point 17, le point 6, l'échangeur E3, le point 7, le détendeur D1.
Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 8. Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -150C Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT. Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories sur l'air traversant E4. Le fluide frigorigène quitte E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression.
Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -100C. Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10. Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1. Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de -5°C. Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 12 et est aspiré par le compresseur CP2. Pour exemple, la température du fluide au point 12 est de -5°C.
Cette fonction est importante car l'échangeur E1 , n'étant pas alimenté en fluide, se vide de tout son fluide à l'état liquide, il est donc utile de pouvoir stocker ce fluide dans le volume du cylindre interne de l'échangeur E3 qui lui reste froid.
Si cette fonction n'était pas assurée, l'échangeur E2 aurait un rendement diminué du fait d'une quantité de fluide à l'état liquide trop importante dans le circuit frigorifique et dans ce même échangeur E2. En figure N°14, la fonction des échangeurs E1 , E2 et E4 est identique à la fonction relevée en figure N°4 mais le cheminement du fluide est différent.
En figure N°14 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseurs sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E2 et une production frigorifique assurée sur l'échangeur El
Ce mode de fonction est appelé transfert d'énergie.
Le compresseur CP1 et le compresseur CP2 compriment et refoulent le fluide frigorigène vers le point N°1 et N°13.
La jonction du tube de refoulement du compresseur N°2 se fait au point 1 Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point
N°1 de 900C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Dans ce cas de figure, le fluide est condensé à 100% dans l'échangeur E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 60°C et de sortie de 65°C avec une température de condensation de 65°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc condensé et est plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point
N°2 de 64°C. La vanne V3 N°1 étant fermée, le fluide frigorigène traverse le point 15, le filtre F, le point 16, la vanne ouverte VEM1 , le point 18, le point 8 et le détendeur Dl
Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7.
Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +100C.
Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 1 O0C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux.
Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacuée par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2 le point 20, la vanne V3 N°2, le point
10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N°1.
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur
E3 avec une température égale à 10°C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse Ie capillaire 1 qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 90C.
Le fluide étant détendu par le capillaire 1 traverse le point 5 avec une température égale à +1 °C.
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1. Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression. Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1 , traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur
CP1. Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 12 et est aspiré par le compresseur
CP2. Pour exemple, la température du fluide au point 12 est de +70C. En figure N°15, la fonction des échangeurs E1 , E2 et E4 est identique à la fonction relevée en figure N°5 mais le cheminement du fluide est différent.
La présence de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est innovant du fait qu'il est placé sur une section liquide basse pression du circuit frigorifique qui n'est pas toujours alimenté en liquide basse pression dans son tube interne.
La conception et l'emplacement innovant de l'échangeur E3 permettent à cet organe des fonctions différentes en fonctions des besoins en calories et frigories des différents échangeurs installés. En figure N°14, l'échangeur E3 a son tube interne refroidi par les gaz d'aspiration traversant son tube externe, le tube interne étant alimenté par un liquide basse pression avec un pourcentage de fluide à l'état gazeux, il est judicieux de diminuer au maximum la quantité de fluide à l'état gazeux, l'échangeur E3 permet cette fonction en évacuant une partie de ce gaz via le tube 19 et en condensant une autre partie de ce gaz du fait du refroidissement provoqué par les gaz froids traversant le tube externe de i'échangeur E3.
Si cette fonction n'était pas assurée, l'échangeur E1 aurait un rendement diminué du fait d'une quantité de fluide à l'état liquide moins importante dans le circuit frigorifique au niveau du point 5 et dans l'échangeur E1 en mode évaporateur, cela diminuerait le coefficient moyen de conductibilité dans l'échangeur E1 et donc le rendement énergétique de l'ensemble.
En figure N°15 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseurs sur deux en fonction, une production calorifique assurée sur réchangeur E2 et E4 et une production frigorifique assurée sur l'échangeur
E1.
Ce mode de fonction est appelé transfert partiel d'énergie.
Le compresseur CP1 et le compresseur CP2 compriment et refoulent le fluide frigorigène vers les points N°1 et N013. La jonction du tube de refoulement du compresseur N°2 se fait au point 1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point
N°1 de 800C
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories. Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2.
Dans ce cas de figure, le fluide est désurchauffé ou condensé partiellement dans l'échangeur E2. Pour exemple, dans le cas d'une utilisation de E2 comme désurchauffeur sans aucune condensation, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau E2 à l'entrée de 75°C et de sortie de 77°C avec une température de condensation de 50°C.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc désurchauffé et à l'état gazeux haute pression.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point
N°2 de 75°C.
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1 , le point 14, le point 9, entre dans l'échangeur E4 où il est condensé à 100%.
Pour se faire, le ventilateur VENT est en fonction pour le refroidissement de l'échangeur E4.
Dans ce cas de figure, l'évacuation des calories ce fait sur l'échangeur E2 au profit du circuit d'eau E2 et sur l'échangeur E4 pour évacuer l'excédent d'énergie calorifique vers l'extérieur.
Cette fonction est utile pour le stockage d'eau chaude sanitaire avec une température supérieure à 650C pour l'élimination des bactéries en été.
Le fluide sort de l'échangeur E4 au point 8, traverse le détendeur D1.
Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7. Pair exemple, la température du fluide au point 7 est de +10°C.
Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 10°C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux. Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacuée par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3. Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2 le point 20, la vanne V3 N°2, le point
10, le point 11 et 12 est aspiré par le compresseur CP1 et CP2.
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur
E3 avec une température égale à 10cC et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 90C. Le fluide étant détendu par le capillaire traverse le point 5 avec une température égale à +1 0C.
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression. Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1 , traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur
CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +70C.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 12 et est aspiré par le compresseur CP2.
Pour exemple, la température du fluide au point 12 est de +7°C
Le fonctionnement de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est identique au cas précédent de la figure 14.
En figure N°16, la fonction des échangeurs E1 , E2 et E4 est identique à la fonction relevée en figure N°6 mais le cheminement du fluide est différent.
En figure N°16 est représenté le fonctionnement du système avec un compresseur sur deux en fonction, une production calorifique assurée sur l'échangeur E4 pour le dégivrage et une production frigorifique assurée sur l'échangeur E1. Ce mode de fonction est appelé mode dégivrage.
Le dégivrage de la batterie extérieure sert à éliminer la glace qui obture et isole la batterie à ailettes extérieure qui récupère l'énergie calorifique sur l'air extérieure. Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point
N°1 de 8O0C.
Le fluide traverse l'échangeur E2.
Le circulateur P2 est stoppé afin de ne pas transmettre les calories au circuit d'eau E2. Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc à l'état gazeux haute pression et à la même température qu'au point
1.
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1 , le point 14, le point 9, entre dans l'échangeur E4 où il est condensé à 100%.
Le ventilateur VENT est à l'arrêt afin de conserver la totalité de l'énergie calorifique du fluide frigorigène pour le dégivrage de la batterie.
Le fluide sort de l'échangeur E4 au point 8, traverse le détendeur D1. Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point
7. Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +1O0C,
Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 1 O0C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux. Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacué par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3. Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2 le point 20, la vanne V3 N°2, le point
10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N°1.
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur
E3 avec une température égale à 10°C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 90C Le fluide étant détendu par le capillaire 1 traverse le point 5 avec une température égale à +1 °c.
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1. Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression. Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1 , traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +7°C
Le fonctionnement de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est identique au cas précédant de la figure 14 et 15.
En figure N°17, la fonction des échangeurs E1 , E2 et E4 est identique à la fonction relevée en figure N°7 mais le cheminement du fluide est différent.
En figure N°17 est représenté le fonctionnement du système avec deux compresseurs sur deux en fonction, une production calorifique assurée sur l'échangeur E4 pour évacuer les calories à l'extérieur du bâtiment et une production frigorifique assurée sur l'échangeur E1. Ce mode de fonction est appelé mode production d'eau glacée simple.
Le compresseur CP1 et le compresseur CP2 compriment et refoulent le fluide frigorigène vers le point N°1 et N°13.
La jonction du tube de refoulement du compresseur N°2 se fait au point 1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point
N°1 de 8O0C.
Le fluide traverse l'échangeur E2.
Dans ce cas de figure, nous considérons que le circuit d'eau E2 n'a pas de besoin en calories et donc le circulateur P2 est stoppé afin de ne pas transmettre les calories au circuit d'eau E2.
Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc à l'état gazeux haute pression et à la même température qu'au point 1.
Le fluide frigorigène traverse la vanne V3 N°1 , le point 14, le point 9, entre dans l'échangeur E4 ou il est condensé à 100%. Le ventilateur VENT est en fonction pour refroidir l'échangeur extérieur à ailettes E4. Le fluide sort de l'échangeur E4 au point 8, traverse le détendeur D1. Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 7. Pour exemple, la température du fluide au point 7 est de +100C
Le fluide entre dans le cylindre interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3 en état liquide basse pression et à une température de 10°C avec un ratio variable de fluide basse pression à l'état gazeux.
Le ratio de fluide basse pression à l'état gazeux se retrouve par gravité en partie supérieure du tube interne de l'échangeur E3.
Une partie de ce volume de fluide frigorigène basse pression est alors évacué par le tube de dégazage au point 19 qui est un piquage en partie haute du tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3.
Le fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux traverse ensuite le capillaire 2, le clapet anti-retour C2, le point 20, la vanne V3 N°2, le point
10, le point 11 et est aspiré par le compresseur N°1 ;
La totalité du fluide frigorigène basse pression à l'état liquide et le restant du fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux non évacué par le tube de dégazage au point 19 sortent au point 6 du tube interne de l'échangeur E3 avec une température égale à 100C et avec un ratio de fluide basse pression à l'état gazeux inférieur au point 7.
Le fluide traverse le capillaire qui présente une perte de pression équivalente à une chute de température de 9°C.
Le fluide étant détendu par le capillaire traverse le point 5 avec une température égale à +1 0C,
Le fluide entre dans l'échangeur E1 où il entre en ébullition en évacuant les frigories sur le circuit d'eau E1.
Le fluide frigorigène quitte E1 sous forme gazeuse basse pression. Le fluide frigorigène sort de l'échangeur E1 , traverse le point 20, V3 N°2 et le point 10.
Pour exemple, la température du fluide au point 10 sera de +5°C.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et est aspiré par le compresseur CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 11 est de +70C.
Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 12 et est aspiré par le compresseur
CP1.
Pour exemple, la température du fluide au point 12 est de +70C. Le fonctionnement de l'échangeur E3 dans ce cas de figure est identique au cas précédant de la figure 14,15 et 16.
En figure N°18 est représenté le fonctionnement du système avec 2 compresseurs sur deux en fonction et une production calorifique assurée sur l'échangeur E2 et sur l'échangeur E1. La figure 18 ne fait pas parti du système simplifier et intègre donc le détendeur D2 dans son schéma fluidique.
Le compresseur CP1 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point
N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°1 de 110°C.
Le fluide traverse l'échangeur E2 qui est un échangeur plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E2 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E2 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E2. Dans ce cas de figure, le fluide est condensé à 100% dans l'échangeur E2.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 600C et de sortie de 65°C avec une température de condensation de 65°C. Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E2 au point 2 est donc condensé et est plus froid qu'au point N°1.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point
N°2 de 64°C.
La vanne V3 N°1 étant fermée, le fluide frigorigène traverse le point 15, le filtre F, le point 16, la vanne VEM2, le détendeur D2. Le fluide traversant le détendeur D2 est détendu et se trouve donc mus forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 18. Pour exemple, la température du fluide au point 18 est de -15°C
Le compresseur CP2 comprime et refoule le fluide frigorigène vers le point N°13. Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°13 de 6O0C Le fluide traverse le point 4, le point 20 et entre dans l'échangeur E1 qui est un échangeur à plaques irrigué en eau par le circulateur P2 pour la distribution des calories.
Le fluide traversant l'échangeur E1 est à haute pression et à haute température. L'eau traversant l'échangeur E1 étant plus froide que le fluide, les calories quittent le fluide pour le circuit d'eau E1. Dans ce cas de figure, le fluide est condensé à 100% dans l'échangeur E1. Pour exemple, nous pouvons avoir une température du circuit d'eau à l'entrée de 300C et de sortie de 35°C avec une température de condensation de 380C Le fluide frigorigène quittant l'échangeur E1 au point 5 est donc condensé et est plus froid qu'au point N°20.
Pour exemple, nous pouvons avoir une température de référence au point N°2 de 37°C.
Le fluide frigorigène provenant du point 5 traverse le clapet anti-retour C1 , le point 6, entre dans le tube interne de l'échangeur Fluide/ Fluide E3, traverse le point 7, traverse et est détendu par le détendeur D1.
Le fluide traversant le détendeur D1 est détendu et se trouve donc sous forme liquide basse pression avec un ratio minoritaire en phase gazeuse au point 8. Pour exemple, la température du fluide au point 8 est de -15°C. Le flux de fluide frigorigène provenant du point 8 et du point 18 sont mélangés à l'entrée de l'échangeur E4. Le fluide traverse l'échangeur E4 qui est ventilé par le ventilateur VENT. Le fluide entre en ébullition en évacuant les frigories air l'air traversant E4. Le fluide frigorigène quitte l'échangeur E4 au point 9 sous forme gazeuse basse pression. Pour exemple, la température du fluide au point 9 sera de -100C. Le fluide traverse V3 N°2 pour le point 10.
Le fluide rentre dans le tube externe de l'échangeur E3 et est surchauffé au contact du tube interne de l'échangeur E3.Le fluide quitte l'échangeur E3 au point 11 et 12 et est aspiré par les compresseurs CP1 et CP2. Dans le cas de la figure N°18, nous avons une température de condensation différente entre l'échangeur E1 et E2 et donc le compresseur CP1 et CP2.
Plus la température de condensation est faible et plus le rendement énergétique du compresseur est élevé, cette possibilité est donc bénéfique au rendement global de l'installation.
Cette possibilité de fonctionnement est particulière au principe dans son schéma fluide avec l'intégration du détendeur D2 (Figures 1 à 8 et Figure 18). La version simplifiée du schéma fluidique qui supprime le détendeur D2 n'autorise pas une température de condensation différente entre E1 et E2, mais elle permet une diminution du coût de production (Figures 11 à 17).

Claims

REVENDICATIONS
1. Système réversible de récupération par prélèvement et transfert d'énergie entre au moins deux milieux différents, par exemple entre un milieu extérieur et un milieu de vie ou entre un milieu de vie et un autre milieu de vie en utilisant comme véhicule un fluide frigorifique passant successivement d un état gazeux à un état liquide et inversement par la succession de phases de compressions et de détentes, caractérisé en ce qu'il comporte : - Au minimum un compresseur principal (CP) raccordé à l échangeur E3 au point 1 1 et à l'échangeur non réversible E2 au point 1.
- En option un ou plusieurs compresseurs secondaires (CP) raccordés à l'échangeur E3 au point 12 et à l échangeur non réversible E2 au point 1 via la tubulure 13 ou en option un ou plusieurs compresseurs secondaires (CP) raccordés à l'échangeur E3 au point 12 et à l'échangeur réversible au point 20 via la tubulure 13 et 4.
- La présence d'un échangeur E4 pour la récupération ou l évacuation des calories sur le milieu extérieur, l'échangeur E4 étant un échangeur à ailettes pour les pompe à chaleur de type AIR/EAU ou un échangeur à plaques, voir un échangeur multitubulaire ou coaxiale pour les pompes à chaleur de type EAU/EAU.
- Un échangeur Fluide/Fluide E3 raccordé au point 6 au capillaire 1 de détente finale, au clapet anti-retour C1 , au réservoir R, au point 7 au détendeur thermostatique bi-flux à égalisation externe D 1 , au point 19 au capillaire 2 pour la limitation du débit massique sur cette branche, au point
10 à l'admission des gaz froids provenant de la vanne V3 N°2, au point
11 à l'aspiration des gaz surchauffés par le compresseur CP1 , au point
12 l'aspiration des gaz surchauffés par le compresseur CP2. - Un réservoir de fluide frigorigène R contenant une réserve de fluide.
- Un échangeur Fluide/Eau E1 réversible pour la production d'eau glacée ou d'eau chaude sur le circuit d'eau E1 ,
- Un échangeur Fluide/Eau E2 non réversible pour la production d'eau chaude sur le circuit d eau E2. - Un capillaire CAPILLAIRE 1 pour assurer une détente finale du fluide à l'état liquide détendu par D1.
- Un capillaire CAPILLAIRE 2 pour limiter le débit de fluide à l'état gazeux provenant de l'échangeur E3.
- Un clapet anti-retour C 1 pour la dérivation du fluide du point 5 vers le point 6 lorsque E 1 est utilisé comme condenseur.
- Un clapet anti-retour C2 pour l'interdiction d'un reflux du fluide du point 20 vers le point 19 lorsque E 1 est utilisé comme condenseur.
- Une vanne trois voies motorisée V3 N°1 pour autoriser le fonctionnement de l'échangeur E2 en mode désurchauffeur, condenseur total ou partielle et la dérivation du flux de fluide frigorigène vers E1 ou E4.
- Une vanne trois voies motorisée V3 N°2 pour autoriser le fonctionnement de l échangeur E1 en mode évaporateur ou de I échangeur E4 en mode évaporateur.
- Un détendeur bi-flux D1 pour détendre le fluide frigorigène du point 7 vers le point 8 lorsque E4 est en mode évaporateur et pour détendre le fluide frigorigène du point 8 vers le point 7 lorsque E1 est en mode évaporateur. - Une électrovanne VEM1 traversée par le fluide frigorigène du point 16 au point 17 lorsque E1 est en mode évaporateur et E2 en mode condenseur.
- Une électrovanne VEM2 traversée par le fluide frigorigène du point 16 au point 18 lorsque E4 est en mode évaporateur et E2 en mode condenseur.
- Un détendeur simple flux D2 pour la détente du fluide entre le point 16 et le point 18 lorsque E4 est en mode évaporateur et E2 en mode condenseur.
2 . Système réversible de récupération selon la revendication précédente, caractérisé par le raccordement de l'aspiration du ou des compresseurs à un échangeur Fluide/Fluide E3, qui assure, entre autres fonctions, la surchauffe des gaz d'aspiration avant compression de ceux-ci.
3 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d'un détendeur thermostatique bi-flux couplé à un échangeur Fluide/Fluide E3 qui assure, entre autres fonctions, le sous refroidissement du liquide haute pression au point 7 lorsque le détendeur D1 est traversé par le fluide du point 7 vers le point 8.
4 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d'un détendeur thermostatique bi-flux couplé à un échangeur Fluide/Fluide E3 qui assure, entre autres fonctions, le dégazage partiel du liquide basse pression, via le tube 19 et le capillaire CAPILLAIRE 2, en amont du CAPILLAIRE 1 pour la détente finale lorsque le détendeur D1 est traversé par le fluide du point 8 vers le point 7.
5 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d'un réservoir alimenté en liquide haute pression lorsque l'échangeur E1 est en mode condenseur et est alimenté en liquide basse pression avec un pourcentage de fluide minoritaire à l'état gazeux lorsque E1 est en mode évaporateur.
6 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d'une vanne trois voies N°1 pour l'alimentation en fluide frigorigène haute pression à l'état gazeux ou à l'état liquide ou dans un état mixte de liquide et de gaz mélangé vers l'échangeur extérieur E4 ou l'échangeur E1 ,
7 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d'une vanne trois voies N°2 pour l'alimentation en fluide frigorigène basse pression à l'état gazeux vers l échangeur Fluide/Fluide E3 et la sélection de l'échangeur E4 ou E1 en mode évaporateur.
8 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d'un échangeur fluide/Eau E2 pour la désurchauffe ou la condensation totale ou partielle des gaz de refoulement du ou des compresseurs raccordés au point 1 pour une production d eau chaude sur le circuit E2.
9 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d'un échangeur
Fluide/Eau E1 pour la condensation totale ou lévaporation totale du fluide frigorigène le traversant pour une production d'eau chaude ou d'eau glacée sur le circuit d'eau E1.
10 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d'un échangeur
Fluide/Air E4 pour la condensation totale ou l'évaporation totale du fluide frigorigène le traversant pour une récupération ou une évacuation des calories sur un milieu extérieur.
11. Système réversible de récupération selon la revendication précédente, caractérisé par l'échangeur E4 est un échangeur Fluide/Eau dans le cas d'une pompe à chaleur EAU/EAU.
12 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d un capillaire CAPILLAIRE 1 pour la détente finale du fluide partiellement dégazé provenant de l'échangeur E3 lorsque E1 est en mode évaporateur.
13 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d un capillaire CAPILLAIRE 2 pour la limitation du débit de fluide provenant de l'échangeur E3 sous forme gazeuse lorsque E1 est en mode évaporateur.
14 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d'un clapet anti-retour C1 pour la dérivation du fluide entre le point 5 et 6 lorsque l'échangeur E1 est en mode condenseur.
15 . Système réversible de récupération selon la revendication précédente, caractérisé par la présence d'un clapet anti-retour C2 pour interdire la circulation du fluide frigorigène du point 20 vers le point 19 lorsque El est en mode condenseur.
16 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d une vanne électromagnétique VEM1 pour autoriser le passage du fluide du point 16 vers le point 17 lorsque E2 est en mode condenseur et E1 en mode évaporateur.
17 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d une vanne électromagnétique VEM2 pour autoriser le passage du fluide du point 16 vers le point 18 lorsque E2 est en mode condenseur et E4 en mode évaporateur.
18 . Système réversible de récupération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la présence d'un détendeur thermostatique D2 simple flux pour la détente et l'alimentation en liquide détendu de l'échangeur E4 quand celui-ci est en mode évaporateur et quand E2 est en mode condenseur.
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