WO2013110866A1 - Systeme de refrigeration en cascade - Google Patents

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WO2013110866A1
WO2013110866A1 PCT/FR2013/050034 FR2013050034W WO2013110866A1 WO 2013110866 A1 WO2013110866 A1 WO 2013110866A1 FR 2013050034 W FR2013050034 W FR 2013050034W WO 2013110866 A1 WO2013110866 A1 WO 2013110866A1
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temperature
heat transfer
transfer fluid
evaporation
fluid
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PCT/FR2013/050034
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Inventor
Wissam Rached
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Arkema France
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Priority to EP13701840.4A priority patent/EP2807431B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/12—Inflammable refrigerants
    • F25B2400/121—Inflammable refrigerants using R1234
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2106—Temperatures of fresh outdoor air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2500/00—Problems to be solved
    • F25D2500/04—Calculation of parameters

Definitions

  • the present invention relates to a cascade refrigeration system designed to operate optimally, and a refrigeration method implemented in this system.
  • Refrigeration systems are generally based on a thermodynamic cycle including the vaporization of a fluid at low pressure (in which the fluid absorbs heat); compressing the vaporized fluid to a high pressure; condensing the vaporized fluid into a high pressure liquid (in which the fluid emits heat); and the expansion of the fluid to complete the cycle.
  • a heat transfer fluid which may be a pure compound or a mixture of compounds
  • thermodynamic properties of the fluid and on the other hand by additional constraints.
  • an important criterion is that of the impact of the fluid considered on the environment.
  • chlorinated compounds chlorofluorocarbons and hydrochlorofluorocarbons
  • non-chlorinated compounds such as hydrofluorocarbons, fluoroethers and fluoroolefins are now generally preferred.
  • GWP global warming potential
  • a cascading system has a number of security benefits.
  • the total charge of the most flammable or toxic heat transfer fluid is minimized, and this most flammable or toxic heat transfer fluid is confined to an unconfined zone and / or a risk-free zone. contact with the public or staff in the event of a leak.
  • carbon dioxide is a very advantageous heat transfer fluid because of its non-flammability, as well as from an environmental point of view. But because of its low critical point, it is generally less efficient than a traditional heat transfer fluid (hydrocarbon, hydrofluorocarbon ).
  • An optimal solution may be to use a cascade system containing carbon dioxide in the low temperature circuit and a conventional heat transfer fluid in the high temperature circuit.
  • WO 2008/150289 and WO 201 1/056824 provide examples of cascade refrigeration systems.
  • the invention firstly relates to a method of cooling a fluid or a body by means of at least a first vapor compression circuit containing a first heat transfer fluid and at least a second heat transfer circuit.
  • vapor compression containing a second heat transfer fluid the method comprising:
  • the adjustment of the temperature of the second heat transfer fluid to evaporation is carried out continuously or is performed at least once an hour.
  • the method comprises the detection of variations of the temperature of the external medium, and the adjustment of the temperature of the second heat transfer fluid to evaporation comprises an increase in the temperature of the second transfer fluid of the medium. heat to evaporation if an increase in the temperature of the external medium is detected, and a decrease in the temperature of the second heat transfer fluid to evaporation if a decrease in the temperature of the external medium is detected.
  • the method comprises calculating an optimum evaporation temperature as a function of the measurement of the temperature of the external medium.
  • the temperature of the second heat transfer fluid at evaporation is adjusted to the optimum evaporation temperature.
  • the optimum evaporation temperature corresponds to the evaporation temperature for which the overall coefficient of performance of the first vapor compression circuit and the second vapor compression circuit is maximum.
  • the constant A is from 0.3 to 0.6, preferably from 0.4 to 0.45; and the constant B is from -50 ° C to 0 ° C, preferably from -30 ° C to -20 ° C.
  • the fluid or body is cooled to a temperature of -50 to -15 ° C, preferably -40 to -25 ° C.
  • the first heat transfer fluid is chosen from carbon dioxide, hydrocarbons, hydrofluorocarbons, ethers, hydrofluoroethers, fluoroolefins and mixtures thereof, and preferably is carbon dioxide; and or
  • the second heat transfer fluid is chosen from ammonia, hydrocarbons, hydrofluorocarbons, ethers, hydrofluoroethers, fluoroolefins and mixtures thereof, preferably tetrafluoropropene, and more preferably is 2,3,3,3-tetrafluoropropene or 1,3,3,3-tetrafluoropropene.
  • the compression of the second heat transfer fluid is carried out by one or more compressors, and the adjustment of the temperature of the second heat transfer fluid to evaporation is performed by adjusting said compressors.
  • the adjustment of said compressors comprises an adjustment of the speed of rotation of the compressors, or is performed by starting and stopping successive compressors.
  • the method is a method of cooling a compartment containing products, preferably foods, frozen or frozen.
  • the invention furthermore relates to a cooling installation for a fluid or a body, comprising at least:
  • a cascade heat exchanger adapted to exchange heat between the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid
  • the first vapor compression circuit comprising:
  • a first evaporator adapted to exchange heat between the first heat transfer fluid and said fluid or body
  • the second vapor compression circuit comprising:
  • a second condenser adapted to exchange heat between the second heat transfer fluid and an external medium
  • the installation also comprising:
  • the installation further comprises a module for calculating an optimum evaporation temperature as a function of the measurement of the temperature of the external medium.
  • the means for adjusting the evaporation temperature in the cascade heat exchanger are adapted to adjust the evaporation temperature in the cascade heat exchanger to the optimum evaporation temperature.
  • the optimum evaporation temperature corresponds to the evaporation temperature for which the overall coefficient of performance of the first vapor compression circuit and the second vapor compression circuit is maximum.
  • the constant A is from 0.3 to 0.6, preferably from 0.4 to 0.45; and the constant B is from -50 ° C to 0 ° C, preferably from -30 ° C to -20 ° C.
  • the installation is adapted to cool the body or the fluid to a temperature of -50 to -15 ° C, preferably -40 to -25 ° C.
  • the first heat transfer fluid is chosen from carbon dioxide, hydrocarbons, hydrofluorocarbons, ethers, hydrofluoroethers, fluoroolefins and mixtures thereof, and preferably is carbon dioxide; and or
  • the second heat transfer fluid is chosen from ammonia, hydrocarbons, hydrofluorocarbons, ethers, hydrofluoroethers, fluoroolefins and mixtures thereof, preferably tetrafluoropropene, and more preferably is 2,3,3,3-tetrafluoropropene or 1,3,3,3-tetrafluoropropene.
  • the means for adjusting the evaporation temperature in the cascade heat exchanger comprise means for adjusting the second compressors.
  • the adjustment means of the second compressors are adapted to adjust the speed of rotation of the second compressors, or are adapted to turn on and off successively the second compressors.
  • the installation comprises a compartment adapted to receive products, preferably food, frozen or frozen.
  • the present invention makes it possible to meet the needs felt in the state of the art.
  • it provides refrigeration processes and related facilities in which overall energy consumption and environmental impact are minimized.
  • Figure 1 is a diagram of an installation according to the invention.
  • FIG. 2 is a graph showing: (1) the evolution of the ambient temperature during a typical day taken for example (white circles, left ordinate axis, values in degrees Celsius); and (2) an example of a conventional evolution of the cooling capacity necessary for storing frozen food on this typical day (black squares, right y-axis, values in kW); and this, according to the hours of the day (axis of the abscissas).
  • FIG. 3 is a graph illustrating the optimal evaporation temperature (in degrees Celsius, ordinate axis) versus ambient temperature (in degrees Celsius, x-axis) for a cascade refrigeration system in which the transfer fluid High temperature circuit heat is: (1) HFO-1234yf (white squares); or (2) HFO-1234ze (black circles).
  • FIG. 4 is a graph illustrating the total energy consumption of a refrigeration system during a typical day, in kWh, depending on whether the refrigeration system is according to the invention (gray bars, evaporation temperature of the cooling fluid). heat transfer at high temperature adjusted according to the ambient temperature) or is a conventional system (black bars, evaporation temperature of the heat transfer fluid at high temperature set at -10 ° C.).
  • the two data series correspond to the case where (1) the heat transfer fluid of the high temperature circuit is HFO-1234yf, and (2) the heat transfer fluid of the high temperature circuit is HFO-1234ze.
  • Figure 5 is a graph illustrating the TEWI index of a cascading refrigeration system on a typical day in different cases: conventional refrigeration system and HFO-1234yf in the high temperature circuit (R1234yf bar); refrigeration system according to the invention and HFO-1234yf in the high temperature circuit (R1234yf opti bar); conventional refrigeration system and HFO-1234ze in the high temperature circuit (R1234ze bar); refrigeration system according to the invention and HFO-1234ze in the high temperature circuit (R1234ze opti bar).
  • the values correspond to the percentage of TEWI index relative to the reference situation (conventional refrigeration system and HFO-1234yf in the high temperature circuit).
  • the conventional system is a system in which the evaporation temperature of the high temperature heat transfer fluid is set at -10 ° C
  • the system according to the invention is a system in which the evaporation temperature of the heat transfer fluid at high temperature is adjusted according to the ambient temperature.
  • Figure 6 is a graph equivalent to that of Figure 4, but with a conventional system where the evaporation temperature of the high temperature heat transfer fluid is set at -18 ° C.
  • Figure 7 is a graph equivalent to that of Figure 5, but with a conventional system where the evaporation temperature of the high temperature heat transfer fluid is set at -18 ° C.
  • heat transfer compound or “heat transfer fluid” (or refrigerant) is meant a compound, respectively a fluid, capable of absorbing heat by evaporating at low temperature and low pressure and to reject heat by condensing at high temperature and high pressure, in a vapor compression circuit.
  • a heat transfer fluid may comprise one, two, three or more than three heat transfer compounds.
  • heat transfer composition is meant a composition comprising a heat transfer fluid and optionally one or more additives which are not heat transfer compounds for the intended application.
  • the invention relates to cooling installations of a fluid or a body, as well as the associated cooling methods. These installations may be stationary or mobile air-conditioning installations or, preferably, refrigeration and / or freezing and / or cryogenic units, stationary or mobile.
  • the installation according to the invention comprises a first vapor compression circuit 10 (or low temperature circuit), which contains a first heat transfer fluid, and a second vapor compression circuit 20 (or high temperature circuit), which contains a second heat transfer fluid.
  • a cascade heat exchanger 30 (or evapo-condenser, or refrigerant-refrigerant heat exchanger) ensures the caloric coupling between the two vapor compression circuits.
  • the first vapor compression circuit 10 comprises at least a first evaporator 1 1, at least a first compressor 12 and at least a first expander 14. Between the first compressor 12 and the first expander 14, the circuit passes through the exchanger. heat cascade 30, which plays the role of condenser for this first circuit (first condenser).
  • Fluid lines are provided between all elements of the circuit.
  • the vapor compression circuit 10 operates according to a conventional vapor compression cycle.
  • the cycle comprises changing the state of the first heat transfer fluid from a liquid phase (or diphasic liquid / vapor) to a vapor phase at a relatively low pressure (in the first evaporator 11), and then compressing the fluid. in the vapor phase to a relatively high pressure (in the first compressor 12), the change of state (condensation) of the heat transfer fluid from the vapor phase to the liquid phase at a relatively high pressure (in the exchanger cascade of heat 30) and reducing the pressure to restart the cycle (in the first expander 14).
  • the second vapor compression circuit 20 comprises at least one second compressor 22a, 22b, 22c, at least one second condenser 23 and at least one second expander 24.
  • the circuit passes through the cascade heat exchanger 30, which acts as an evaporator for this second circuit (second evaporator).
  • Fluid lines are provided between all elements of the circuit.
  • the second vapor compression system 20 operates in a similar manner to the first.
  • An accumulator 27 may be provided in the circuit to form a fluid reservoir in the liquid state.
  • the level of the liquid in the accumulator varies according to the need of the installation according to the conditions of use.
  • the first heat transfer fluid receives heat from the fluid or the body to be cooled in the first evaporator January 1.
  • the body to be cooled consists of one or more products (including food products) frozen or deep-frozen
  • this body can be arranged in a compartment of which at least a portion of the walls are in direct contact with the first evaporator 1 1 (or at least part of whose walls belong to the first evaporator January 1).
  • the heat exchange between the fluid or body to be cooled and the first heat transfer fluid can be performed via an auxiliary circuit containing a coolant such as air or a glycol compound for example (with or without change state).
  • a coolant such as air or a glycol compound for example (with or without change state).
  • the first heat transfer fluid in turn gives off heat to the second heat transfer fluid in the cascade heat exchanger 30 which couples between the two circuits.
  • Heat transfer from the first heat transfer fluid to the second heat transfer fluid induces on the one hand the condensation of the first heat transfer fluid and on the other hand the evaporation of the second heat transfer fluid.
  • the second condenser 23 allows the second heat transfer fluid to give heat to the outside environment.
  • the external medium is preferably the surrounding air.
  • the exchange of heat between the second heat transfer fluid and the external medium can be carried out either directly or via a heat transfer fluid auxiliary circuit (with or without a change of state).
  • centrifugal compressors in the aforementioned circuits, it is possible to use centrifugal compressors with one or more stages or centrifugal mini-compressors.
  • Rotary, piston or screw compressors can also be used.
  • the compressors may be driven by an electric motor or by a gas turbine (for example powered by the exhaust gas of a vehicle, for mobile applications) or by gearing.
  • heat exchangers for the implementation of the invention, it is possible to use co-current heat exchangers or, preferably, countercurrent heat exchangers. It is also possible to use microchannel exchangers.
  • Each equipment may be constituted by one unit or by several units arranged in series and / or in parallel.
  • a distributor 25 and a manifold 26 are used, as is the case for the second compressors 22a, 22b, 22c in FIG. 1, provision is made if necessary for a distributor 25 and a manifold 26 to distribute the fluid in the different units and to collect the fluid from different units.
  • first vapor compression circuits low temperature
  • second vapor compression circuit high temperature
  • second vapor compression circuits high temperature
  • the first heat transfer fluid is preferably selected from carbon dioxide, hydrocarbons, hydrofluorocarbons, ethers, hydrofluoroethers, fluoroolefins and mixtures thereof. It can especially be carbon dioxide.
  • the second heat transfer fluid is preferably chosen from ammonia, hydrocarbons, hydrofluorocarbons, ethers, hydrofluoroethers, fluoroolefins and mixtures thereof. It may especially be tetrafluoropropene, and more particularly preferably 2,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO-1234yf) or 1,1,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO-1234ze), in cis form. or trans or as a mixture of cis and trans forms.
  • HFO-1234yf 2,3,3,3-tetrafluoropropene
  • HFO-1234ze 1,1,3,3,3-tetrafluoropropene
  • the first heat transfer fluid is carbon dioxide
  • the second heat transfer fluid is HFO-1234yf
  • the first heat transfer fluid is carbon dioxide
  • the second heat transfer fluid is HFO-1234ze.
  • HFO-1234yf and HFC-134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane), which is preferably a binary mixture, and which preferably comprises from 50 to 65% of HFO-1234yf, and ideally about 56% HFO-1234yf.
  • a mixture of HFO-1234ze and HFC-134a which is preferably a binary mixture, and which preferably comprises from 50 to 65% HFO-1234ze, and most preferably about 58% HFO-1234ze.
  • a mixture of HFO-1234yf and HFO-1234ze which is preferably a binary mixture, and which preferably comprises from 35 to 65% of
  • HFO-1234yf and ideally about 50% HFO-1234yf.
  • a mixture of HFO-1234yf, HFO-1234ze and HFC-134a which preferably is a ternary mixture, and which preferably comprises from 40 to 45% of HFC-134a, from 35 to 50% of HFO-1234ze and from 5 to 25% HFO-1234yf.
  • a mixture of HFO-1234yf and ammonia which is preferably a binary mixture, and which preferably comprises 15 to 30% ammonia.
  • HFO-1234yf HFC-152a (1,1-difluoroethane) and HFC-134a, which is preferably a ternary mixture, and which preferably comprises from 2 to 15% HFC-134a, from 2 to at 20% HFC-152a, and 65-96% HFO-1234yf.
  • HFO-1234ze, HFC-134a and HFO-1336mzz (1, 1, 1, 4,4,4-hexafluorobut-2-ene), which is preferably a ternary mixture.
  • the proportions of the various compounds are mass proportions.
  • additives may be added to the heat transfer fluids within the scope of the invention in the vapor compression circuits. It may especially be lubricants, stabilizers, surfactants, tracer agents, fluorescent agents, odorants and solubilizing agents.
  • the stabilizer (s), when present, preferably represent at most 5% by weight in the heat transfer composition.
  • nitromethane ascorbic acid, terephthalic acid, azoles such as azole tolut or benzotriazole, phenol compounds such as tocopherol, hydroquinone, t-butyl hydroquinone, 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, epoxides (optionally fluorinated or perfluorinated alkyl or alkenyl or aromatic) such as n-butylglycidyl ether, hexanedioldiglycidyl ether, allylglycidyl ether, butylphenylglycidyl ether, phosphites, phosphonates thiols and lactones.
  • nitromethane ascorbic acid, terephthalic acid
  • azoles such as azole tolut or benzotriazole
  • phenol compounds such as tocopherol, hydroquinone, t-butyl hydroquinone, 2,
  • tracer agents As tracer agents (which can be detected) mention may be made of deuterated or non-deuterated hydrofluorocarbons, deuterated hydrocarbons, perfluorocarbons, fluoroethers, brominated compounds, iodinated compounds, alcohols, aldehydes, ketones, nitrous oxide and combinations thereof.
  • the tracer agent is different from the one or more heat transfer compounds composing the heat transfer fluid.
  • solubilizing agents mention may be made of hydrocarbons, dimethyl ether, polyoxyalkylene ethers, amides, ketones, nitriles, chlorocarbons, esters, lactones, aryl ethers, fluoroethers and magnesium compounds. 1-trifluoroalkanes.
  • the solubilizing agent is different from the one or more heat transfer compounds composing the heat transfer fluid.
  • fluorescent agents mention may be made of naphthalimides, perylenes, coumarins, anthracenes, phenanthracenes, xanthenes, thioxanthenes, naphthoxanhthenes, fluoresceins and derivatives and combinations thereof.
  • alkyl acrylates As odorants, mention may be made of alkyl acrylates, allyl acrylates, acrylic acids, acrylresters, alkyl ethers, alkyl esters, alkynes, aldehydes, thiols, thioethers, disulfides, allyl isothiocyanates and alkanoic acids. , amines, norbornenes, norbornene derivatives, cyclohexene, heterocyclic aromatic compounds, ascaridole, o-methoxy (methyl) phenol and combinations thereof.
  • oils of mineral origin silicone oils, paraffins of natural origin, naphthenes, synthetic paraffins, alkylbenzenes and poly-alpha olefins.
  • polyol esters polyalkylene glycols and / or polyvinyl ethers. Polyol esters and polyvinyl ethers are preferred. Polyalkylene glycols are particularly preferred.
  • the invention is particularly suitable for fluids or bodies to be cooled to a temperature of -50 to -15 ° C, preferably -40 to -25 ° C.
  • the temperature of the external medium typically ranges from -10 to 50 ° C, especially from 0 to 40 ° C, and most preferably from 10 to 35 ° C.
  • the evaporation temperature of the first heat transfer fluid (temperature in the first evaporator 11) is preferably -60 to -20 ° C, more preferably -50 to -25 ° C.
  • the condensation temperature of the second heat transfer fluid depends on the outside temperature, and is typically 20 to 60 ° C, more preferably 20 to 45 ° C. It may for example be + 10 ° C relative to the outside temperature.
  • the condensation temperature of the first heat transfer fluid in the cascade heat exchanger 30 depends on the evaporation temperature of the second heat transfer fluid in the same heat exchanger. It may for example be + 5 ° C with respect to said evaporation temperature.
  • the invention furthermore provides a device for measuring the temperature of the external medium 41 as well as means for adjusting the temperature. in the cascade heat exchanger 30 as a function of the temperature of the external medium being measured.
  • the overall performance of the installation is optimal (that is to say that the energy consumption is minimal, for a given cooling temperature of the fluid or body to be cooled) when the temperature of the second Heat transfer fluid in the cascade heat exchanger 30 is adjusted according to the outside temperature.
  • the higher the outside temperature the higher the temperature of the second heat transfer fluid in the cascaded heat exchanger must be, for better efficiency, and vice versa.
  • the evaporation temperature in the cascade heat exchanger 30 is adjusted to an optimum evaporation temperature, which is determined by a calculation module, as a function of the temperature of the external medium which is measured.
  • the optimum evaporation temperature is preferably defined as the evaporation temperature in the cascade heat exchanger 30 for which the overall performance coefficient of the plant is at a maximum, or for which the overall energy consumption of the installation is minimal (for a given cooling capacity and / or for a given cooling temperature of the fluid or cooled body).
  • the optimum evaporation temperature can be determined either by directly using the data provided in Example 1 below in connection with Figure 3; either by performing a calculation similar to that presented in Example 1 below, for the installation in question; either experimentally or empirically, by measuring the energy consumption of the installation for different evaporation temperatures of the high temperature circuit, and establishing the correlation with respect to the outside temperature.
  • Means for determining the optimum evaporation temperature may be included in the installation.
  • the function connecting the optimal evaporation temperature to the outside temperature is previously determined, then only this function is incorporated in the above-mentioned calculation module.
  • the evaporation temperature in the cascade heat exchanger 30 can also be adjusted to a temperature different from the optimum evaporation temperature, to accommodate other constraints. For example, it may be appropriate to limit possible variations in temperature in the cascaded heat exchanger 30 at a certain Ti-T 2 temperature range. In this case, the evaporation temperature in the cascade heat exchanger 30 is adjusted to the optimum evaporation temperature if it belongs to the Ti-T 2 range , or it is adjusted to the temperature Ti if the optimum evaporation temperature is lower than Ti, and finally it is adjusted to the temperature T 2 if the optimum evaporation temperature is greater than T 2 .
  • a delayed adjustment or a hysteretic adjustment of the evaporation temperature in the cascaded heat exchanger 30 may be provided depending on the temperature of the external medium, in order to avoid adjustments that are too frequent or too abrupt.
  • the optimum evaporation temperature is an increasing function of the temperature of the external environment. Therefore, it is desirable that, when an increase in the temperature of the external medium is detected, the evaporation temperature in the cascade heat exchanger 30 is increased, and that when a decrease in the temperature of the external environment is detected, the evaporation temperature in the cascade heat exchanger 30 is decreased.
  • the adjustment is such that, for all temperatures Ti and T 2 of the external medium given with T 2 > Ti, the evaporation temperature in the cascade heat exchanger 30 is respectively adjusted to TV and T 2 'temperatures with T 2 ' greater than or equal to TV.
  • the adjustment of the evaporation temperature in the cascade heat exchanger 30 can be achieved by adjusting the second compressors 22a, 22b, 22c.
  • the means for adjusting the evaporation temperature 42 in the cascade heat exchanger 30 may comprise means for adjusting the speed of rotation of the second compressors 22a, 22b, 22c, or means for successive starting and stopping of the second compressors 22a, 22b, 22c.
  • the evaporation temperature adjustment in the cascade heat exchanger 30 can be carried out either continuously or at separate times, and for example at regular time intervals (every 15, 30, 45 minutes or 60 minutes, etc.).
  • the temperature adjustment can also be carried out with reference to an average of the temperature of the external medium measured over a certain period, for example over 10 minutes, 30 minutes or 1 hour.
  • Example 1 Demonstration of an optimal evaporation temperature
  • Figure 2 provides a typical example of the variation of the ambient temperature (ambient temperature) during a day, as well as a typical example of the cooling capacity requirements during this day, in order to refrigerate compartments containing products. frozen or frozen in a supermarket type store.
  • the refrigeration plant is of the type shown schematically in Figure 1.
  • the low temperature circuit contains carbon dioxide, and the high temperature circuit contains HFO-1234yf or HFO-1234ze.
  • the evaporation temperature is -40 ° C
  • the superheat is 25 ° C
  • the subcooling is 5 ° C.
  • the condensation temperature is 5 ° C higher than the evaporation temperature in the high temperature circuit.
  • the evaporation temperature is either set at a constant value (-10 ° C or -18 ° C), or is variable depending on the outside temperature. Overheating is 25 ° C, subcooling is 5 ° C.
  • the compressor is a screw compressor with an isentropic efficiency using the following equation: r
  • i S0 0.00060079 ⁇ 2 to 0.03002352 0.90880781 + ⁇ (reference: 2008 ASHRAE Handbook, HVAC System and equipments, Chapter 37 , p.22, Twin screw compressor, Figure 34).
  • the condensation temperature is 10 ° C higher than the outside temperature
  • COP coefficient of performance
  • T opt 0.441 1 T ext - 26.549 (in degrees Celsius).
  • T opt 0.4208 ⁇ T ext - 26.107 (in degrees Celsius).
  • Example 1 the optimum evaporation temperature demonstrated in Example 1 is used to achieve energy savings.
  • the graph of FIG. 4 illustrates the comparison between: (1) the overall energy consumption of the installation operating according to the invention (in gray), that is to say with a temperature adjustment of evaporation of the high temperature circuit to its optimum value as a function of the ambient temperature (as determined in FIG. 3), hour by hour, assuming that the temperature changes during the day according to the curve of FIG. 2; and (2) the overall energy consumption of the same system operating in the traditional way (in black), with an evaporation temperature in the constant high temperature circuit equal to -10 ° C (this is the most usually retained).
  • the graph in Figure 5 illustrates a comparison between the same two situations, but compared to the TEWI index (equivalent global climate change impact index) as defined in Annex B of EN 378-1: 2008 + A1: 2010.
  • the indices are reduced to a reference value of 100 for the installation operating in a traditional manner with HFO-1234yf in the high temperature circuit.
  • the graphs of FIGS. 6 and 7 are similar to those of FIGS. 4 and 5, except that the operation operating in the traditional manner operates with an evaporation temperature in the constant high temperature circuit equal to -18 ° C. instead of -10 ° C.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de refroidissement d'un fluide ou d'un corps au moyen d'au moins un premier circuit de compression de vapeur (10) contenant un premier fluide de transfert de chaleur et d'au moins un deuxième circuit de compression de vapeur (20) contenant un deuxième fluide de transfert de chaleur, le procédé comprenant: –la mesure de la température du milieu extérieur; et –l'ajustement de la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation, en fonction de la température du milieu extérieur. L'invention concerne également une installation adaptée à la mise en œuvre de ce procédé.

Description

SYSTEME DE REFRIGERATION EN CASCADE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un système de réfrigération en cascade prévu pour opérer de manière optimale, ainsi qu'un procédé de réfrigération mis en œuvre dans ce système.
ARRIERE-PLAN TECHNIQUE
Les systèmes de réfrigération reposent en général sur un cycle thermodynamique comprenant la vaporisation d'un fluide à basse pression (dans laquelle le fluide absorbe de la chaleur) ; la compression du fluide vaporisé jusqu'à une pression élevée ; la condensation du fluide vaporisé en liquide à pression élevée (dans laquelle le fluide rejette de la chaleur) ; et la détente du fluide pour terminer le cycle.
Le choix d'un fluide de transfert de chaleur (qui peut être un composé pur ou un mélange de composés) est dicté d'une part par les propriétés thermodynamiques du fluide, et d'autre part par des contraintes supplémentaires. Ainsi, un critère important est celui de l'impact du fluide considéré sur l'environnement. En particulier, les composés chlorés (chlorofluorocarbures et hydrochlorofluorocarbures) présentent le désavantage d'endommager la couche d'ozone. On leur préfère donc désormais généralement les composés non chlorés tels que les hydrofluorocarbures, les fluoroéthers et les fluorooléfines.
Une autre contrainte environnementale est celle du potentiel de réchauffement climatique (GWP). Il est donc essentiel de mettre au point des compositions de transfert de chaleur présentant un GWP aussi faible que possible et de bonnes performances énergétiques.
Certains systèmes de réfrigération particuliers reposent sur l'utilisation de plusieurs circuits de réfrigération, et notamment de deux circuits, couplés entre eux, à savoir un circuit à haute température et un circuit à basse température : ces systèmes sont dits « en cascade ». Les deux circuits comprennent en général des fluides de transfert de chaleur différents.
Un système en cascade présente un certain nombre d'avantages en termes de sécurité. En particulier, on peut utiliser, pour des questions de coût ou de performance, un certain fluide de transfert de chaleur dans le circuit à haute température, et utiliser un autre fluide de transfert de chaleur moins inflammable ou moins toxique dans le circuit à basse température. Ainsi, on minimise la charge totale du fluide de transfert de chaleur le plus inflammable ou le plus toxique, et on cantonne ce fluide de transfert de chaleur le plus inflammable ou le plus toxique dans une zone non confinée et / ou dans une zone sans risque de contact avec le public ou le personnel en cas de fuite.
Par exemple, le dioxyde de carbone est un fluide de transfert de chaleur très avantageux du fait de son ininflammabilité, ainsi que du point de vue environnemental. Mais en raison de son faible point critique, il est généralement moins efficace qu'un fluide de transfert de chaleur traditionnel (hydrocarbure, hydrofluorocarbure...). Une solution optimale peut consister à utiliser un système en cascade contenant du dioxyde de carbone dans le circuit à basse température et un fluide de transfert de chaleur traditionnel dans le circuit à haute température.
Les documents WO 2008/150289 et WO 201 1/056824 fournissent des exemples de systèmes de réfrigération en cascade.
L'article Theoretical analysis of a CO2-NH3 cascade réfrigération System for cooling applications at low températures, de Dopazo et al. dans Applied Thermal Engineering 29:1577-1583 (2009) ainsi que l'article Expérimental investigation on the performances of NH3/CO2 cascade réfrigération System with twin-screw compressor, de Bingming et al. dans International Journal of Réfrigération 32:1358-1365 (2009) décrivent les performances d'un système en cascade utilisant du dioxyde de carbone dans le circuit à basse température et de l'ammoniac dans le circuit à haute température.
Il existe toutefois encore un besoin d'améliorer l'efficacité et les performances des systèmes de réfrigération en cascade, et en particulier un besoin de minimiser la consommation énergétique globale de ces systèmes ainsi que l'impact environnemental associé.
RESUME DE L'INVENTION
L'invention concerne en premier lieu un procédé de refroidissement d'un fluide ou d'un corps au moyen d'au moins un premier circuit de compression de vapeur contenant un premier fluide de transfert de chaleur et d'au moins un deuxième circuit de compression de vapeur contenant un deuxième fluide de transfert de chaleur, le procédé comprenant :
- dans le premier circuit de compression de vapeur : ■ l'évaporation au moins partielle du premier fluide de transfert de chaleur par échange de chaleur avec ledit fluide ou corps ;
■ la compression du premier fluide de transfert de chaleur ;
■ la condensation au moins partielle du premier fluide de transfert de chaleur par échange de chaleur avec le deuxième fluide de transfert de chaleur ;
■ la détente du premier fluide de transfert de chaleur ;
- dans le deuxième circuit de compression de vapeur :
■ l'évaporation au moins partielle du deuxième fluide de transfert de chaleur par échange de chaleur avec le premier fluide de transfert de chaleur ;
■ la compression du deuxième fluide de transfert de chaleur ;
■ la condensation au moins partielle du deuxième fluide de transfert de chaleur par échange de chaleur avec un milieu extérieur ;
■ la détente du deuxième fluide de transfert de chaleur ; le procédé comprenant en outre :
- la mesure de la température du milieu extérieur ; et
- l'ajustement de la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation, en fonction de la température du milieu extérieur.
Selon un mode de réalisation, l'ajustement de la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation est effectué en continu ou est effectué au moins une fois par heure.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la détection de variations de la température du milieu extérieur, et l'ajustement de la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation comprend une augmentation de la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation si une augmentation de la température du milieu extérieur est détectée, et une diminution de la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation si une diminution de la température du milieu extérieur est détectée.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend le calcul d'une température d'évaporation optimale en fonction de la mesure de la température du milieu extérieur. Selon un mode de réalisation, la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation est ajustée à la température d'évaporation optimale.
Selon un mode de réalisation, la température d'évaporation optimale correspond à la température d'évaporation pour laquelle le coefficient de performance global du premier circuit de compression de vapeur et du deuxième circuit de compression de vapeur est maximal.
Selon un mode de réalisation, la température d'évaporation optimale est définie par la formule Topt = A x Text + B, dans laquelle Text est la température du milieu extérieur en degrés Celsius, A est une constante sans dimension, et B est une constante en degrés Celsius.
Selon un mode de réalisation, la constante A vaut de 0,3 à 0,6, de préférence de 0,4 à 0,45 ; et la constante B vaut de -50°C à 0°C, de préférence de -30°C à -20°C.
Selon un mode de réalisation, le fluide ou corps est refroidi à une température de -50 à -15°C, de préférence de -40 à -25°C.
Selon un mode de réalisation :
- le premier fluide de transfert de chaleur est choisi parmi le dioxyde de carbone, les hydrocarbures, les hydrofluorocarbures, les éthers, les hydrofluoroéthers, les fluorooléfines et les mélanges de ceux-ci, et de préférence est le dioxyde de carbone ; et / ou
- le deuxième fluide de transfert de chaleur est choisi parmi l'ammoniac, les hydrocarbures, les hydrofluorocarbures, les éthers, les hydrofluoroéthers, les fluorooléfines et les mélanges de ceux-ci, de préférence est du tétrafluoropropène, et de manière plus particulièrement préférée est du 2,3,3,3-tétrafluoropropène ou du 1 ,3,3,3-tétrafluoropropène.
Selon un mode de réalisation, la compression du deuxième fluide de transfert de chaleur est effectuée par un ou plusieurs compresseurs, et l'ajustement de la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation est effectué par réglage desdits compresseurs.
Selon un mode de réalisation, le réglage desdits compresseurs comprend un ajustement de la vitesse de rotation des compresseurs, ou est effectué par des mises en marche et arrêts successifs des compresseurs.
Selon un mode de réalisation, le procédé est un procédé de refroidissement d'un compartiment contenant des produits, de préférence des aliments, surgelés ou congelés. L'invention concerne par ailleurs une installation de refroidissement d'un fluide ou d'un corps, comprenant au moins :
- un premier circuit de compression de vapeur contenant un premier fluide de transfert de chaleur ;
- un deuxième circuit de compression de vapeur contenant un deuxième fluide de transfert de chaleur ;
- un échangeur de chaleur en cascade, adapté à échanger de la chaleur entre le premier fluide de transfert de chaleur et le deuxième fluide de transfert de chaleur ;
le premier circuit de compression de vapeur comprenant :
- un premier évaporateur adapté à échanger de la chaleur entre le premier fluide de transfert de chaleur et ledit fluide ou corps ;
- un ou plusieurs premiers compresseurs ;
- un premier détendeur ;
le deuxième circuit de compression de vapeur comprenant :
- un ou plusieurs deuxièmes compresseurs ;
- un deuxième condenseur adapté à échanger de la chaleur entre le deuxième fluide de transfert de chaleur et un milieu extérieur ;
- un deuxième détendeur ;
l'installation comprenant également :
- un dispositif de mesure de la température du milieu extérieur ; et
- des moyens d'ajustement de la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade, en fonction de la mesure de la température du milieu extérieur.
Selon un mode de réalisation, l'installation comprend en outre un module de calcul d'une température d'évaporation optimale en fonction de la mesure de la température du milieu extérieur.
Selon un mode de réalisation, les moyens d'ajustement de la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade sont adaptés à ajuster la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade à la température d'évaporation optimale.
Selon un mode de réalisation, la température d'évaporation optimale correspond à la température d'évaporation pour laquelle le coefficient de performance global du premier circuit de compression de vapeur et du deuxième circuit de compression de vapeur est maximal.
Selon un mode de réalisation, la température d'évaporation optimale est définie par la formule Topt = A x Text + B, dans laquelle Text est la température du milieu extérieur en degrés Celsius, A est une constante sans dimension, et B est une constante en degrés Celsius.
Selon un mode de réalisation, la constante A vaut de 0,3 à 0,6, de préférence de 0,4 à 0,45 ; et la constante B vaut de -50°C à 0°C, de préférence de -30°C à -20°C.
Selon un mode de réalisation, l'installation est adaptée à refroidir le corps ou le fluide à une température de -50 à -15°C, de préférence de -40 à -25°C.
Selon un mode de réalisation :
- le premier fluide de transfert de chaleur est choisi parmi le dioxyde de carbone, les hydrocarbures, les hydrofluorocarbures, les éthers, les hydrofluoroéthers, les fluorooléfines et les mélanges de ceux-ci, et de préférence est le dioxyde de carbone ; et / ou
- le deuxième fluide de transfert de chaleur est choisi parmi l'ammoniac, les hydrocarbures, les hydrofluorocarbures, les éthers, les hydrofluoroéthers, les fluorooléfines et les mélanges de ceux-ci, de préférence est du tétrafluoropropène, et de manière plus particulièrement préférée est du 2,3,3,3-tétrafluoropropène ou du 1 ,3,3,3-tétrafluoropropène.
Selon un mode de réalisation, les moyens d'ajustement de la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade comprennent des moyens de réglage des deuxièmes compresseurs.
Selon un mode de réalisation, les moyens de réglage des deuxièmes compresseurs sont adaptés à ajuster la vitesse de rotation des deuxièmes compresseurs, ou sont adaptés à mettre en marche et arrêter successivement les deuxièmes compresseurs.
Selon un mode de réalisation, l'installation comprend un compartiment adapté à recevoir des produits, de préférence des aliments, surgelés ou congelés.
La présente invention permet de répondre aux besoins ressentis dans l'état de la technique. Elle fournit plus particulièrement des procédés de réfrigération et des installations correspondantes dans lesquels la consommation énergétique globale et l'impact environnemental sont minimisés.
Cela est accompli en ajustant la température d'évaporation du fluide de transfert de chaleur du circuit à haute température en fonction de la température extérieure (température ambiante). Il a été découvert qu'un tel ajustement permet d'optimiser les performances globales du système. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 est un schéma d'une installation selon l'invention.
La figure 2 est un graphique représentant : (1 ) l'évolution de la température ambiante pendant une journée-type prise pour exemple (ronds blancs, axe des ordonnées de gauche, valeurs en degrés Celsius) ; et (2) un exemple d'évolution classique de la puissance frigorifique nécessaire pour la conservation d'aliments surgelés lors de cette journée-type (carrés noirs, axe des ordonnées de droite, valeurs en kW) ; et ce, en fonction des heures de la journée (axe des abscisses).
La figure 3 est un graphique illustrant la température d'évaporation optimale (en degrés Celsius, axe des ordonnées) en fonction de la température ambiante (en degrés Celsius, axe des abscisses) pour un système de réfrigération en cascade dans lequel le fluide de transfert de chaleur du circuit à haute température est : (1 ) du HFO-1234yf (carrés blancs) ; ou (2) du HFO- 1234ze (ronds noirs).
La figure 4 est un graphique illustrant la consommation énergétique totale d'un système de réfrigération lors d'une journée-type, en kWh, selon que le système de réfrigération est selon l'invention (barres grises, température d'évaporation du fluide de transfert de chaleur à haute température ajustée en fonction de la température ambiante) ou est un système classique (barres noires, température d'évaporation du fluide de transfert de chaleur à haute température fixée à -10°C). Les deux séries de données correspondent au cas où (1 ) le fluide de transfert de chaleur du circuit à haute température est du HFO-1234yf, et (2) le fluide de transfert de chaleur du circuit à haute température est du HFO-1234ze.
La figure 5 est un graphique illustrant l'indice TEWI d'un système de réfrigération en cascade sur une journée-type dans différents cas de figure : système de réfrigération classique et HFO-1234yf dans le circuit à haute température (barre R1234yf) ; système de réfrigération selon l'invention et HFO-1234yf dans le circuit à haute température (barre R1234yf opti) ; système de réfrigération classique et HFO-1234ze dans le circuit à haute température (barre R1234ze) ; système de réfrigération selon l'invention et HFO-1234ze dans le circuit à haute température (barre R1234ze opti). Les valeurs correspondent au pourcentage d'indice TEWI par rapport à la situation de référence (système de réfrigération classique et HFO-1234yf dans le circuit à haute température). Le système classique est un système dans lequel la température d'évaporation du fluide de transfert de chaleur à haute température est fixée à -10°C, et le système selon l'invention est un système dans lequel la température d'évaporation du fluide de transfert de chaleur à haute température est ajustée en fonction de la température ambiante.
La figure 6 est un graphique équivalent à celui de la figure 4, mais avec un système classique où la température d'évaporation du fluide de transfert de chaleur à haute température est fixée à -18°C.
La figure 7 est un graphique équivalent à celui de la figure 5, mais avec un système classique où la température d'évaporation du fluide de transfert de chaleur à haute température est fixée à -18°C.
DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
L'invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit.
Par « composé de transfert de chaleur », respectivement « fluide de transfert de chaleur » (ou fluide frigorigène), on entend un composé, respectivement un fluide, susceptible d'absorber de la chaleur en s'évaporant à basse température et basse pression et de rejeter de la chaleur en se condensant à haute température et haute pression, dans un circuit de compression de vapeur. De manière générale, un fluide de transfert de chaleur peut comprendre un seul, deux, trois ou plus de trois composés de transfert de chaleur.
Par « composition de transfert de chaleur » on entend une composition comprenant un fluide de transfert de chaleur et éventuellement un ou plusieurs additifs qui ne sont pas des composés de transfert de chaleur pour l'application envisagée.
L'invention vise des installations de refroidissement d'un fluide ou d'un corps, ainsi que les procédés de refroidissement associés. Ces installations peuvent être des installations de climatisation stationnaire ou mobile ou, de préférence, des installations de réfrigération et / ou de congélation et / ou de cryogénie, stationnaires ou mobiles.
En faisant référence à la figure 1 , selon un mode de réalisation, l'installation selon l'invention comporte un premier circuit de compression de vapeur 10 (ou circuit basse température), qui contient un premier fluide de transfert de chaleur, et un deuxième circuit de compression de vapeur 20 (ou circuit haute température), qui contient un deuxième fluide de transfert de chaleur. Un échangeur de chaleur en cascade 30 (ou évapo-condenseur, ou échangeur de chaleur réfrigérant-réfrigérant) assure le couplage calorique entre les deux circuits de compression de vapeur.
Le premier circuit de compression de vapeur 10 comporte au moins un premier évaporateur 1 1 , au moins un premier compresseur 12 et au moins un premier détendeur 14. Entre le premier compresseur 12 et le premier détendeur 14, le circuit passe par l'échangeur de chaleur en cascade 30, qui joue le rôle de condenseur pour ce premier circuit (premier condenseur).
Des lignes de transport de fluide sont prévues entre tous les éléments du circuit.
Le circuit de compression de vapeur 10 fonctionne selon un cycle classique de compression de vapeur. Le cycle comprend le changement d'état du premier fluide de transfert de chaleur d'une phase liquide (ou diphasique liquide / vapeur) vers une phase vapeur à une pression relativement faible (dans le premier évaporateur 1 1 ), puis la compression du fluide en phase vapeur jusqu'à une pression relativement élevée (dans le premier compresseur 12), le changement d'état (condensation) du fluide de transfert de chaleur de la phase vapeur vers la phase liquide à une pression relativement élevée (dans l'échangeur de chaleur en cascade 30) et la réduction de la pression pour recommencer le cycle (dans le premier détendeur 14).
Le deuxième circuit de compression de vapeur 20 comporte au moins un deuxième compresseur 22a, 22b, 22c, au moins un deuxième condenseur 23 et au moins un deuxième détendeur 24.
Entre le deuxième détendeur 24 et le deuxième compresseur 22a, 22b, 22c, le circuit passe par l'échangeur de chaleur en cascade 30, qui joue le rôle d'évaporateur pour ce deuxième circuit (deuxième évaporateur).
Des lignes de transport de fluide sont prévues entre tous les éléments du circuit.
Le deuxième système de compression de vapeur 20 fonctionne de manière analogue au premier.
On peut prévoir un accumulateur 27 dans le circuit pour former une réserve de fluide à l'état liquide. Le niveau du liquide dans l'accumulateur varie suivant le besoin de l'installation en fonction des conditions d'utilisation.
Le premier fluide de transfert de chaleur reçoit de la chaleur de la part du fluide ou du corps à refroidir dans le premier évaporateur 1 1 . Par exemple, lorsque le corps à refroidir est constitué par un ou des produits (notamment des produits alimentaires) congelés ou surgelés, ce corps peut être disposé dans un compartiment dont au moins une partie des parois sont en contact direct avec le premier évaporateur 1 1 (ou dont au moins une partie des parois appartiennent au premier évaporateur 1 1 ).
Alternativement, l'échange de chaleur entre le fluide ou corps à refroidir et le premier fluide de transfert de chaleur peut être effectué via un circuit auxiliaire contenant un fluide caloporteur tel que l'air ou bien un composé glycol par exemple (avec ou sans changement d'état).
Le premier fluide de transfert de chaleur cède à son tour de la chaleur au deuxième fluide de transfert de chaleur, dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 qui assure le couplage entre les deux circuits. Le transfert de chaleur du premier fluide de transfert de chaleur au deuxième fluide de transfert de chaleur induit d'une part la condensation du premier fluide de transfert de chaleur et d'autre part l'évaporation du deuxième fluide de transfert de chaleur.
Enfin, le deuxième condenseur 23 permet au deuxième fluide de transfert de chaleur de céder de la chaleur au milieu extérieur. Le milieu extérieur est de préférence l'air environnant.
L'échange de chaleur entre le deuxième fluide de transfert de chaleur et le milieu extérieur peut être effectué soit directement soit via un circuit auxiliaire de fluide caloporteur (avec ou sans changement d'état).
A titre de compresseurs, dans les circuits susmentionnés, on peut utiliser notamment des compresseurs centrifuges à un ou plusieurs étages ou des mini-compresseurs centrifuges. Les compresseurs rotatifs, à piston ou à vis peuvent aussi être utilisés. Les compresseurs peuvent être entraînés par un moteur électrique ou par une turbine à gaz (par exemple alimentée par les gaz d'échappement d'un véhicule, pour les applications mobiles) ou par engrenage.
A titre d'échangeurs de chaleur pour la mise en œuvre de l'invention, on peut utiliser des échangeurs de chaleur à co-courant ou, de préférence, des échangeurs de chaleur à contre-courant. Il est également possible d'utiliser des échangeurs à micro-canaux.
Chaque équipement (condenseur, détendeur, évaporateur, compresseur) peut être constitué par une unité ou par plusieurs unités disposées en série et / ou en parallèle. Lorsque plusieurs unités en parallèle sont utilisées, comme c'est le cas pour les deuxièmes compresseurs 22a, 22b, 22c dans la figure 1 , on prévoit si nécessaire un distributeur 25 et un collecteur 26 pour répartir le fluide dans les différentes unités et collecter le fluide issu des différentes unités.
II est également possible de prévoir plusieurs premiers circuits de compression de vapeur (basse température) couplés à un unique deuxième circuit de compression de vapeur (haute température), ou encore plusieurs deuxièmes circuits de compression de vapeur (haute température) couplés à un unique premier circuit de compression de vapeur (basse température).
Le premier fluide de transfert de chaleur est de préférence choisi parmi le dioxyde de carbone, les hydrocarbures, les hydrofluorocarbures, les éthers, les hydrofluoroéthers, les fluorooléfines et les mélanges de ceux-ci. Il peut notamment s'agir de dioxyde de carbone.
Le deuxième fluide de transfert de chaleur est choisi de préférence choisi parmi l'ammoniac, les hydrocarbures, les hydrofluorocarbures, les éthers, les hydrofluoroéthers, les fluorooléfines et les mélanges de ceux-ci. Il peut notamment s'agir de tétrafluoropropène, et de manière plus particulièrement préférée de 2,3,3,3-tétrafluoropropène (HFO-1234yf) ou de 1 ,3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234ze), sous forme cis ou trans ou sous forme d'un mélange de formes cis et trans.
Selon un mode de réalisation, le premier fluide de transfert de chaleur est du dioxyde de carbone, et le deuxième fluide de transfert de chaleur est du HFO-1234yf.
Selon un autre mode de réalisation, le premier fluide de transfert de chaleur est du dioxyde de carbone, et le deuxième fluide de transfert de chaleur est du HFO-1234ze.
D'autres exemples possibles pour le deuxième fluide de transfert de chaleur sont :
- Un mélange de HFO-1234yf et de HFC-134a (1 ,1 ,1 ,2- tétrafluoroéthane), qui de préférence est un mélange binaire, et qui de préférence comprend de 50 à 65 % de HFO-1234yf, et idéalement environ 56 % de HFO-1234yf.
- Un mélange de HFO-1234ze et de HFC-134a, qui de préférence est un mélange binaire, et qui de préférence comprend de 50 à 65 % de HFO-1234ze, et idéalement environ 58 % de HFO-1234ze.
- Un mélange de HFO-1234yf et de HFO-1234ze, qui de préférence est un mélange binaire, et qui de préférence comprend de 35 à 65 % de
HFO-1234yf, et idéalement environ 50 % de HFO-1234yf.
- Un mélange de HFO-1234yf, de HFO-1234ze et de HFC-134a, qui de préférence est un mélange ternaire, et qui de préférence comprend de 40 à 45 % de HFC-134a, de 35 à 50 % de HFO-1234ze, et de 5 à 25 % de HFO-1234yf. - Un mélange de HFO-1234yf et d'ammoniac, qui de préférence est un mélange binaire, et qui de préférence comprend de 15 à 30 % d'ammoniac.
- Un mélange de HFO-1234yf, de HFC-152a (1 ,1 -difluoroéthane) et de HFC-134a, qui de préférence est un mélange ternaire, et qui de préférence comprend de 2 à 15 % de HFC-134a, de 2 à 20 % de HFC-152a, et de 65 à 96 % de HFO-1234yf.
- Un mélange de HFO-1234ze, de HFC-134a et de HFO-1336mzz (1 ,1 ,1 ,4,4,4-hexafluorobut-2-ène), qui de préférence est un mélange ternaire.
Dans les gammes ci-dessus, les proportions des différents composés sont des proportions massiques.
Divers additifs peuvent être ajoutés aux fluides de transfert de chaleur dans le cadre de l'invention dans les circuits de compression de vapeur. Il peut notamment s'agir de lubrifiants, stabilisants, tensioactifs, agents traceurs, agents fluorescents, agents odorants et agents de solubilisation.
Le ou les stabilisants, lorsqu'ils sont présents, représentent de préférence au plus 5 % en masse dans la composition de transfert de chaleur.
Parmi les stabilisants, on peut citer notamment le nitrométhane, l'acide ascorbique, l'acide téréphtalique, les azoles tels que le tolut azole ou le benzotriazole, les composés phénoliques tels que le tocophérol, l'hydroquinone, le t-butyl hydroquinone, le 2,6-di-ter-butyl-4-méthylphénol, les époxydes (alkyl éventuellement fluoré ou perfluoré ou alkényl ou aromatique) tels que les n- butylglycidyl éther, hexanedioldiglycidyl éther, allylglycidyl éther, butylphénylglycidyl éther, les phosphites, les phosphonates, les thiols et les lactones.
A titre d'agents traceurs (susceptibles d'être détectés) on peut citer les hydrofluorocarbures deutérés ou non, les hydrocarbures deutérés, les perfluorocarbures, les fluoroéthers, les composés bromés, les composés iodés, les alcools, les aldéhydes, les cétones, le protoxyde d'azote et les combinaisons de ceux-ci. L'agent traceur est différent du ou des composés de transfert de chaleur composant le fluide de transfert de chaleur.
A titre d'agents de solubilisation, on peut citer les hydrocarbures, le diméthyléther, les polyoxyalkylène éthers, les amides, les cétones, les nitriles, les chlorocarbures, les esters, les lactones, les aryl éthers, les fluoroéthers et les 1 ,1 ,1 -trifluoroalcanes. L'agent de solubilisation est différent du ou des composés de transfert de chaleur composant le fluide de transfert de chaleur. A titre d'agents fluorescents, on peut citer les naphthalimides, les perylènes, les coumarines, les anthracènes, les phénanthracènes, les xanthènes, les thioxanthènes, les naphthoxanhtènes, les fluorescéines et les dérivés et combinaisons de ceux-ci.
A titre d'agents odorants, on peut citer les alkylacrylates, les allylacrylates, les acides acryliques, les acrylesters, les alkyléthers, les alkylesters, les alcynes, les aldéhydes, les thiols, les thioéthers, les disulfures, les allylisothiocyanates, les acides alcanoïques, les aminés, les norbornènes, les dérivés de norbornènes, le cyclohexène, les composés aromatiques hétérocycliques, l'ascaridole, l'o-méthoxy(méthyl)-phénol et les combinaisons de ceux-ci.
A titre de lubrifiants ou huiles de lubrification on peut notamment choisir des composés choisis parmi les huiles d'origine minérale, les huiles de silicone, les paraffines d'origine naturelle, les naphtènes, les paraffines synthétiques, les alkylbenzènes, les poly-alpha oléfines, les esters de polyols, les polyalkylènes glycols et / ou des polyvinyléthers. Les esters de polyols et les polyvinyléthers sont préférés. Les polyalkylènes glycols sont tout particulièrement préférés.
L'invention est tout particulièrement appropriée pour des fluides ou corps à refroidir à une température de -50 à -15°C, de préférence de -40 à -25°C. La température du milieu extérieur varie typiquement de -10 à 50°C, notamment de 0 à 40°C, et tout particulièrement de 10 à 35°C.
La température à l'évaporation du premier fluide de transfert de chaleur (température dans le premier évaporateur 1 1 ) est de préférence de -60 à -20°C, plus particulièrement de -50 à -25°C.
La température à la condensation du deuxième fluide de transfert de chaleur (température dans le deuxième condenseur 23) dépend de la température extérieure, et elle est typiquement de 20 à 60°C, plus particulièrement de 20 à 45°C. Elle peut par exemple être de +10°C par rapport à la température extérieure.
La température de condensation du premier fluide de transfert de chaleur dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 dépend de la température d'évaporation du deuxième fluide de transfert de chaleur dans ce même échangeur. Elle peut par exemple être de +5°C par rapport à ladite température d'évaporation.
L'invention prévoit en outre un dispositif de mesure de la température du milieu extérieur 41 ainsi que des moyens d'ajustement de la température d'évaporation 42 dans l'échangeur de chaleur en cascade 30, en fonction de la température du milieu extérieur qui est mesurée.
Il a été constaté par les inventeurs que la performance globale de l'installation est optimale (c'est-à-dire que la consommation énergétique est minimale, pour une température de refroidissement du fluide ou corps à refroidir donnée) lorsque la température du deuxième fluide de transfert de chaleur dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 est ajustée en fonction de la température extérieure. Plus la température extérieure est élevée, plus la température du deuxième fluide de transfert de chaleur dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 doit être élevée, pour une meilleure efficacité, et inversement.
Selon un mode de réalisation préféré, la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 est ajustée à une température d'évaporation optimale, qui est déterminée par un module de calcul, en fonction de la température du milieu extérieur qui est mesurée.
La température d'évaporation optimale est de préférence définie comme étant la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 pour laquelle le coefficient de performance global de l'installation est maximal, ou pour laquelle la consommation énergétique globale de l'installation est minimale (pour une puissance frigorifique donnée et / ou pour une température de refroidissement du fluide ou corps refroidi donnée).
Pour une installation donnée, la température d'évaporation optimale peut être déterminée soit en utilisant directement les données fournies dans l'exemple 1 ci-dessous en relation avec la figure 3 ; soit en effectuant un calcul analogue à celui présenté dans l'exemple 1 ci-dessous, pour l'installation en question ; soit encore de manière expérimentale ou empirique, en mesurant la consommation énergétique de l'installation pour différentes températures d'évaporation du circuit haute température, et en établissant la corrélation vis-à- vis de la température extérieure.
Des moyens de détermination de la température d'évaporation optimale peuvent être inclus dans l'installation. Alternativement, et de préférence, la fonction reliant la température d'évaporation optimale à la température extérieure est préalablement déterminée, puis seule cette fonction est incorporée dans le module de calcul susmentionné.
La température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 peut également être ajustée à une température différente de la température d'évaporation optimale, afin de tenir compte d'autres contraintes. Par exemple, il peut être approprié de limiter les variations possibles de la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 à une certaine gamme de température Ti-T2. Dans ce cas, la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 est ajustée à la température d'évaporation optimale si celle-ci appartient à la gamme Ti-T2, ou bien elle est ajustée à la température Ti si la température d'évaporation optimale est inférieure à Ti, et enfin elle est ajustée à la température T2 si la température d'évaporation optimale est supérieure à T2.
De nombreuses autres variations sont possibles. On peut notamment prévoir un ajustement retardé ou un ajustement hystérétique de la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 en fonction de la température du milieu extérieur, afin d'éviter des ajustements trop fréquents ou trop brutaux.
De manière générale, la température d'évaporation optimale est une fonction croissante de la température du milieu extérieur. Par conséquent, il est souhaitable que, lorsqu'une hausse de la température du milieu extérieur est détectée, la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 soit augmentée, et que lorsqu'une baisse de la température du milieu extérieur est détectée, la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 soit diminuée. Ou selon un autre mode de réalisation, l'ajustement est tel que, pour toutes températures Ti et T2 du milieu extérieur données avec T2 > Ti, la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 est respectivement ajustée à des températures TV et T2' avec T2' supérieur ou égal à TV.
L'ajustement de la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 peut être obtenu par un réglage des deuxièmes compresseurs 22a, 22b, 22c. Par exemple, les moyens d'ajustement de la température d'évaporation 42 dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 peuvent comprendre des moyens d'ajustement de la vitesse de rotation des deuxièmes compresseurs 22a, 22b, 22c, ou encore des moyens de mise en marche et d'arrêt successifs des deuxièmes compresseurs 22a, 22b, 22c.
L'ajustement de température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade 30 peut être effectué soit en continu, soit à des moments séparés, et par exemple à intervalles de temps réguliers (toutes les minutes, toutes les 15, 30, 45 ou 60 minutes, etc.). L'ajustement de la température peut également être effectué en prenant pour référence une moyenne de la température du milieu extérieur mesurée sur une certaine période, par exemple sur 10 minutes, 30 minutes ou 1 heure. EXEMPLE
Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter. Exemple 1 - Mise en évidence d'une température d'évaporation optimale
La figure 2 fournit un exemple typique de la variation de la température du milieu extérieur (température ambiante) lors d'une journée, ainsi qu'un exemple typique des besoins en puissance frigorifique lors de cette journée, afin de réfrigérer des compartiments contenant des produits congelés ou surgelés dans un magasin du type supermarché.
L'installation de réfrigération est du type représenté schématiquement à la figure 1. Le circuit à basse température contient du dioxyde de carbone, et le circuit à haute température contient du HFO-1234yf ou du HFO-1234ze.
Pour le circuit à basse température, la température d'évaporation est de -40°C, la surchauffe est de 25°C, et le sous-refroidissement est de 5°C. Le compresseur est un compresseur à vis avec un rendement isentropique suivant l'équation suivante : ηί80= 0,00476 τ2 - 0,09238 τ + 0,8981 , τ étant le rapport de pressions (voir Thermodynamic analysis of optimal condensing température of cascade-condenser in CO2/NH3 cascade réfrigération Systems de Tzong-Shring et al. dans International journal of réfrigération , vol. 29, n°7, 2006 p.1 100-1 108).
La température de condensation est de 5°C supérieure à la température d'évaporation dans le circuit à haute température.
En ce qui concerne le circuit à haute température, la température d'évaporation est soit fixée à une valeur constante (-10°C ou -18°C), soit est variable en fonction de la température extérieure. La surchauffe est de 25°C, le sous-refroidissement est de 5°C. Le compresseur est un compresseur à vis avec un rendement isentropique suivant l'équation suivante : r|iS0 = 0,00060079 τ2 - 0,03002352 τ + 0,90880781 (référence : ASHRAE 2008 Handbook, HVAC System and equipments, chapitre 37, p.22, Twin screw compressor, Figure 34). La température de condensation est de 10°C supérieure à la température extérieure
Avec la température d'évaporation comme paramètre (température d'évaporation dans l'étage haute température) le coefficient de performance (COP) est optimisé en fonction de la température ambiante. La valeur du COP pour l'ensemble de l'installation répond à la formule suivante : (dans laquelle COP1 et COP2 sont les coefficients de performance des circuits basse température et haute température).
La corrélation entre la température ambiante (Text) et la température optimale d'évaporation dans le circuit haute température (Topt) est visible sur la figure 3.
Les équations de tendance sont très proches pour les deux fluides frigorigènes testés :
- Pour le HFO-1234yf, Topt = 0,441 1 Text - 26,549 (en degrés Celsius).
- Pour le HFO-1234ze, Topt = 0,4208 χ Text - 26,107 (en degrés Celsius).
Exemple 2 - Gains offerts par l'invention
Dans cet exemple, on utilise la température optimale d'évaporation mise en évidence à l'exemple 1 pour réaliser des économies d'énergie.
Ainsi, le graphe de la figure 4 illustre la comparaison entre : (1 ) la consommation énergétique globale de l'installation fonctionnant conformément à l'invention (en gris), c'est-à-dire avec un ajustement de la température d'évaporation du circuit haute température à sa valeur optimale en fonction de la température ambiante (telle que déterminée sur la figure 3), heure par heure, en supposant que la température évolue dans la journée selon la courbe de la figure 2 ; et (2) la consommation énergétique globale de la même installation fonctionnant de manière traditionnelle (en noir), avec une température d'évaporation dans le circuit haute température constante égale à -10°C (il s'agit là de la valeur la plus usuellement retenue).
Le graphe de la figure 5 illustre une comparaison entre les deux mêmes situations, mais par rapport à l'indice TEWI (indice d'impact de réchauffement climatique total équivalent) tel que défini dans l'annexe B de la norme EN 378- 1 :2008+A1 :2010. Dans le graphe, les indices sont ramenés à une valeur de référence de 100 pour l'installation fonctionnant de manière traditionnelle avec du HFO-1234yf dans le circuit à haute température. Les graphes des figures 6 et 7 sont analogues à ceux des figures 4 et 5, à ceci près que l'installation fonctionnant de manière traditionnelle opère avec une température d'évaporation dans le circuit haute température constante égale à -18°C au lieu de -10°C.
II a été également vérifié que l'invention permet de prévoir correctement
(notamment en se fondant sur le graphe de la figure 3) la consommation énergétique journalière en cas de températures ambiantes soit plus chaudes, soit plus froides, que celles de la journée-type de la figure 2.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de refroidissement d'un fluide ou d'un corps au moyen d'au moins un premier circuit de compression de vapeur (10) contenant un premier fluide de transfert de chaleur et d'au moins un deuxième circuit de compression de vapeur (20) contenant un deuxième fluide de transfert de chaleur, le procédé comprenant :
- dans le premier circuit de compression de vapeur (10) :
■ l'évaporation au moins partielle du premier fluide de transfert de chaleur par échange de chaleur avec ledit fluide ou corps ;
■ la compression du premier fluide de transfert de chaleur ;
■ la condensation au moins partielle du premier fluide de transfert de chaleur par échange de chaleur avec le deuxième fluide de transfert de chaleur ;
■ la détente du premier fluide de transfert de chaleur ;
- dans le deuxième circuit de compression de vapeur (20) :
■ l'évaporation au moins partielle du deuxième fluide de transfert de chaleur par échange de chaleur avec le premier fluide de transfert de chaleur ;
■ la compression du deuxième fluide de transfert de chaleur ;
■ la condensation au moins partielle du deuxième fluide de transfert de chaleur par échange de chaleur avec un milieu extérieur ;
■ la détente du deuxième fluide de transfert de chaleur ;
le procédé comprenant en outre :
- la mesure de la température du milieu extérieur ; et
- l'ajustement de la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation, en fonction de la température du milieu extérieur.
Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l'ajustement de la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation est effectué en continu ou est effectué au moins une fois par heure.
Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant la détection de variations de la température du milieu extérieur, et dans lequel l'ajustement de la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation comprend une augmentation de la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation si une augmentation de la température du milieu extérieur est détectée, et une diminution de la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation si une diminution de la température du milieu extérieur est détectée.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant le calcul d'une température d'évaporation optimale en fonction de la mesure de la température du milieu extérieur.
Procédé selon la revendication 4, dans lequel la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation est ajustée à la température d'évaporation optimale.
Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la température d'évaporation optimale correspond à la température d'évaporation pour laquelle le coefficient de performance global du premier circuit de compression de vapeur et du deuxième circuit de compression de vapeur est maximal.
Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel la température d'évaporation optimale est définie par la formule Topt = A x Text + B, dans laquelle Text est la température du milieu extérieur en degrés Celsius, A est une constante sans dimension, et B est une constante en degrés Celsius.
Procédé selon la revendication 7, dans lequel la constante A vaut de 0,3 à 0,6, de préférence de 0,4 à 0,45 ; et la constante B vaut de -50°C à 0°C, de préférence de -30°C à -20°C. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le fluide ou corps est refroidi à une température de -50 à -15°C, de préférence de -40 à -25°C.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel :
- le premier fluide de transfert de chaleur est choisi parmi le dioxyde de carbone, les hydrocarbures, les hydrofluorocarbures, les éthers, les hydrofluoroéthers, les fluorooléfines et les mélanges de ceux-ci, et de préférence est le dioxyde de carbone ; et / ou
- le deuxième fluide de transfert de chaleur est choisi parmi l'ammoniac, les hydrocarbures, les hydrofluorocarbures, les éthers, les hydrofluoroéthers, les fluorooléfines et les mélanges de ceux-ci, de préférence est du tétrafluoropropène, et de manière plus particulièrement préférée est du 2,3,3,3- tétrafluoropropène ou du 1 ,3,3,3-tétrafluoropropène.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la compression du deuxième fluide de transfert de chaleur est effectuée par un ou plusieurs compresseurs (22a, 22b, 22c), et l'ajustement de la température du deuxième fluide de transfert de chaleur à l'évaporation est effectué par réglage desdits compresseurs (22a, 22b, 22c).
Procédé selon la revendication 1 1 , dans lequel le réglage desdits compresseurs (22a, 22b, 22c) comprend un ajustement de la vitesse de rotation des compresseurs (22a, 22b, 22c), ou est effectué par des mises en marche et arrêts successifs des compresseurs (22a, 22b, 22c).
Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, qui est un procédé de refroidissement d'un compartiment contenant des produits, de préférence des aliments, surgelés ou congelés.
14. Installation de refroidissement d'un fluide ou d'un corps, comprenant au moins : - un premier circuit de compression de vapeur (10) contenant un premier fluide de transfert de chaleur ;
- un deuxième circuit de compression de vapeur (20) contenant un deuxième fluide de transfert de chaleur ;
- un échangeur de chaleur en cascade (30), adapté à échanger de la chaleur entre le premier fluide de transfert de chaleur et le deuxième fluide de transfert de chaleur ;
le premier circuit de compression de vapeur (10) comprenant :
- un premier évaporateur (1 1 ) adapté à échanger de la chaleur entre le premier fluide de transfert de chaleur et ledit fluide ou corps ;
- un ou plusieurs premiers compresseurs (12) ;
- un premier détendeur (14) ;
le deuxième circuit de compression de vapeur (20) comprenant :
- un ou plusieurs deuxièmes compresseurs (22a, 22b, 22c) ;
- un deuxième condenseur (23) adapté à échanger de la chaleur entre le deuxième fluide de transfert de chaleur et un milieu extérieur ;
- un deuxième détendeur (24) ;
l'installation comprenant également :
- un dispositif de mesure de la température du milieu extérieur
(41 ) ; et
- des moyens d'ajustement de la température d'évaporation
(42) dans l'échangeur de chaleur en cascade (30), en fonction de la mesure de la température du milieu extérieur.
Installation selon la revendication 14, comprenant en outre un module de calcul d'une température d'évaporation optimale en fonction de la mesure de la température du milieu extérieur.
Installation selon la revendication 15, dans laquelle les moyens d'ajustement de la température d'évaporation (42) dans l'échangeur de chaleur en cascade (30) sont adaptés à ajuster la température d'évaporation dans l'échangeur de chaleur en cascade (30) à la température d'évaporation optimale.
17. Installation selon la revendication 15 ou 16, dans laquelle la température d'évaporation optimale correspond à la température d'évaporation pour laquelle le coefficient de performance global du premier circuit de compression de vapeur et du deuxième circuit de compression de vapeur est maximal.
18. Installation selon l'une des revendications 15 à 17, dans laquelle la température d'évaporation optimale est définie par la formule Topt = A x Text + B, dans laquelle Text est la température du milieu extérieur en degrés Celsius, A est une constante sans dimension, et B est une constante en degrés Celsius.
19. Installation selon la revendication 18, dans laquelle la constante A vaut de 0,3 à 0,6, de préférence de 0,4 à 0,45 ; et la constante B vaut de -50°C à 0°C, de préférence de -30°C à -20°C.
20. Installation selon l'une des revendications 14 à 19, adaptée à refroidir le corps ou le fluide à une température de -50 à -15°C, de préférence de -40 à -25°C.
21. Installation selon l'une des revendications 14 à 20, dans laquelle :
- le premier fluide de transfert de chaleur est choisi parmi le dioxyde de carbone, les hydrocarbures, les hydrofluorocarbures, les éthers, les hydrofluoroéthers, les fluorooléfines et les mélanges de ceux-ci, et de préférence est le dioxyde de carbone ; et / ou
- le deuxième fluide de transfert de chaleur est choisi parmi l'ammoniac, les hydrocarbures, les hydrofluorocarbures, les éthers, les hydrofluoroéthers, les fluorooléfines et les mélanges de ceux-ci, de préférence est du tétrafluoropropène, et de manière plus particulièrement préférée est du 2,3,3,3- tétrafluoropropène ou du 1 ,3,3,3-tétrafluoropropène.
22. Installation selon l'une des revendications 14 à 21 , dans laquelle les moyens d'ajustement de la température d'évaporation (42) dans l'échangeur de chaleur en cascade (30) comprennent des moyens de réglage des deuxièmes compresseurs (22a, 22b, 22c). Installation selon la revendication 22, dans laquelle les moyens de réglage des deuxièmes compresseurs (22a, 22b, 22c) sont adaptés à ajuster la vitesse de rotation des deuxièmes compresseurs (22a, 22b, 22c), ou sont adaptés à mettre en marche et arrêter successivement les deuxièmes compresseurs (22a, 22b, 22c).
24. Installation selon l'une des revendications 14 à 23, comprenant un compartiment adapté à recevoir des produits, de préférence des aliments, surgelés ou congelés.
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