WO2020201116A1 - Circuit frigorifique a accumulation d'energie calorifique comprenant une boucle de decharge par thermosiphon - Google Patents

Circuit frigorifique a accumulation d'energie calorifique comprenant une boucle de decharge par thermosiphon Download PDF

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WO2020201116A1
WO2020201116A1 PCT/EP2020/058771 EP2020058771W WO2020201116A1 WO 2020201116 A1 WO2020201116 A1 WO 2020201116A1 EP 2020058771 W EP2020058771 W EP 2020058771W WO 2020201116 A1 WO2020201116 A1 WO 2020201116A1
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WO
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branch
accumulator
evaporator
refrigeration circuit
valve
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/058771
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English (en)
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Romuald HUNLEDE
Denis LEDUCQ
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Institut National De Recherche Pour L'agriculture, L'alimentation Et L'environnement
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Publication date
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    • 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
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • 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
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    • 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
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration circuit with heat energy storage comprising a thermosiphon discharge loop.
  • the invention also relates to a heat energy storage kit configured to be connected to a refrigeration circuit to form such a heat energy storage refrigeration circuit.
  • the invention relates to a method for regulating such a refrigeration circuit with heat energy storage.
  • a refrigeration circuit 10 generally forms a thermodynamic loop for the circulation of a fluid comprising in series a compressor 12, a condenser 14, an expansion valve 16 and an evaporator 18.
  • This evaporator 16 allows usually a heat exchange between the fluid circulating inside the circulation loop and an enclosure to be cooled outside the circulation loop.
  • This chamber to be cooled is, for example, the internal cavity of a refrigerator.
  • the electrical energy supply to the refrigeration circuit 10 allows the thermodynamic loop to supply cold to the chamber to be cooled. Without a power supply, the evaporator 18 no longer allows the enclosure to be cooled to be cooled.
  • the storage of heat energy is generally carried out using a material capable of storing heat energy and of restoring it at the chosen time. Different techniques are known for using this material to store heat energy. [0006] A first technique consists in carrying out the storage of energy
  • the calorific by direct contact of this material with the evaporator of the calorific circuit.
  • the material is generally arranged inside
  • thermosiphon phenomenon inside the evaporator of the refrigeration circuit.
  • Another technique consists in using a secondary circulation loop of a heat transfer fluid to achieve storage remote from the refrigeration circuit.
  • thermodynamic loop of the refrigeration circuit is difficult and expensive to implement.
  • the techniques integrating the energy storage material directly into the evaporator of the thermodynamic loop have an impact on the size and technology of the evaporator used. This is all the more damaging as the evaporator is the interface between the refrigeration circuit and the chamber to be cooled.
  • the introduction of constraints as to its technology and its size do not allow satisfactory flexibility in the design of the refrigeration circuit.
  • the invention relates to a refrigeration circuit with heat energy storage in which a refrigerant is intended to circulate, comprising a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator mounted in series with respect to each other, the refrigeration circuit also comprising an expansion branch connecting the expansion valve to the evaporator and a compression branch connecting the evaporator to the compressor,
  • the refrigeration circuit further comprising:
  • a heat energy accumulator between the expansion valve and the compressor, the accumulator being placed at a height greater than that of the evaporator along a vertical axis
  • a return branch a first end of which is connected to the compression branch between the evaporator and the compressor and a second end is connected to the expansion branch between the expansion valve and
  • a first isolation valve arranged in the expansion branch between the pressure reducer and the second end of the return branch
  • a second isolation valve arranged in the compression branch between the first end of the return branch and the compressor
  • a return valve arranged in the return branch and configured to prevent refrigerant from circulating in the return branch between the compression branch and the expansion branch,
  • the return branch, a portion of the expansion branch between the second end of the return branch and the evaporator and a portion of the compression branch between the evaporator and the first end of the return branch form a heat energy discharge loop
  • the accumulator is arranged in the discharge loop and configured to generate a circulation of the refrigerant by thermosiphon inside the discharge loop between the accumulator and the evaporator when the first and second isolation valves are closed to isolate the discharge loop.
  • the cold storage and retrieval function is thus independent of the evaporator technology used, in particular whether it is ventilated or not.
  • the accumulator can thus be placed outside the enclosure to be cooled, which represents a significant advantage over a device where the storage and retrieval function is integrated into the evaporator.
  • the accumulator thus does not occupy any "useful" volume in the chamber to be cooled.
  • Storage density i.e. the volume occupied by the storage material in relation to the total volume of the accumulator, in an accumulator
  • a portion of the discharge loop can be formed by the existing refrigeration circuit so that a small number of components are to be reported to the refrigeration circuit to perform the storage and retrieval function.
  • the discharge loop may have only two connection points with the existing circuit and be attached "as a whole" which facilitates its integration.
  • thermosiphon is used to generate a circulation of the refrigerant by gravity from the accumulator to the evaporator and by a pressure difference of
  • the refrigeration circuit can also include one or more of the
  • the accumulator is
  • the accumulator is
  • the accumulator comprises a phase change material configured to exchange heat with the refrigerant flowing through the accumulator.
  • the latter further comprises a bypass branch of the accumulator, a first end of which is connected upstream of the accumulator and a second end of which is connected downstream of the accumulator. accumulator in relation to the direction of circulation of the refrigerant in the refrigeration circuit.
  • the latter further comprises a bypass valve arranged in the bypass branch and configured to prevent the refrigerant from flowing in the bypass branch when the bypass valve is closed.
  • the latter further comprises a controller configured to selectively control the closing or opening of the return valve, of the first and second isolation valves and, where appropriate, of the bypass valve.
  • the distance separating the accumulator from the evaporator along the vertical axis is greater than or equal to 30cm, preferably greater than or equal to 50cm, even more preferably greater than or equal to 90cm.
  • the invention also relates to a heat energy storage kit configured to be connected to a refrigeration circuit in which a refrigerant is intended to circulate, the refrigeration circuit comprising a
  • the refrigeration circuit also comprising an expansion branch connecting the expansion valve to the evaporator and a compression branch connecting the evaporator to the compressor, the kit accumulation including:
  • a heat energy accumulator configured to be connected between the expansion valve and the compressor, the accumulator being arranged at a height greater than that of the evaporator along a vertical axis
  • a return branch a first end of which is configured to be connected to the compression branch between the evaporator and the compressor and a second end is configured to be connected to the expansion branch between the expansion valve and the evaporator
  • a return valve arranged in the return branch and configured to prevent refrigerant from circulating in the return branch between the compression branch and the expansion branch,
  • the accumulator is disposed in the discharge loop and configured to generate a circulation of the refrigerant by gravity and by pressure difference within the discharge loop between the accumulator and
  • the accumulation kit further comprises one or more of: a first isolation valve configured to be connected to the expansion branch between the pressure reducer and the second end of the return branch, and
  • a second isolation valve configured to be connected to the compression branch between the first end of the return branch.
  • the latter further comprises a bypass branch and a bypass valve configured to be connected to the bypass branch of the accumulator, a first end of which is connected upstream of the accumulator and a second end of which is connected downstream of the accumulator with respect to the direction of circulation of the refrigerant in the refrigeration circuit, the bypass valve being configured to prevent the refrigerant from circulating in the bypass branch when the bypass valve is closed.
  • the invention further relates to a method for regulating a refrigeration circuit with heat energy storage as presented above, comprising a charging phase in which the following steps are carried out:
  • the discharge phase is carried out following the stopping of the circulation of the refrigerant fluid inside the refrigeration circuit.
  • the closing of the first isolation valve is performed after a predetermined time from the closing of the second isolation valve to allow the refrigerant present upstream of the 'evaporator to migrate to the discharge loop.
  • the latter further comprises a bypass phase comprising the following steps:
  • Figure 1 schematically shows a refrigeration circuit with a vapor compression cycle.
  • FIG. 2 schematically represents a refrigeration circuit with a vapor compression cycle comprising a cold storage and retrieval function.
  • Figure 3 schematically shows an embodiment of the kit
  • discharge and “destocking” are used as synonyms.
  • load and “storage” are used synonymously.
  • Vapor compression comprises a compressor 32, a condenser 34, an expander 36 and an evaporator 38 mounted in series with respect to each other.
  • the refrigeration circuit 30 forms a circulation loop of a refrigerant intended to circulate in the refrigeration circuit 30 successively through the compressor 32, the condenser 34, the expansion valve 36 and
  • the refrigeration circuit 30 also includes an expansion valve bulb 62 making it possible to measure the temperature at the outlet of the evaporator 38 and makes it possible to maintain the filling of the evaporator 38 with refrigerant at a satisfactory level.
  • the expansion valve bulb 62 is generally a temperature sensor when the expansion valve 36 is electronic.
  • the compressor 32 and condenser 34 and between condenser 34 and expansion valve 36 form a so-called “high pressure” portion.
  • the second branches of the refrigeration circuit 30 arranged between the expansion valve 36 and the evaporator 38 and between the evaporator 38 and the compressor 32 form a so-called “low pressure” portion.
  • the pressure and temperature of the refrigerant are higher in the first branches than in the second branches of the refrigeration circuit 30.
  • the refrigerant circulates inside the circulation loop from the compressor 32 to the condenser 34.
  • the refrigeration circuit 30 comprises an expansion branch 40 connecting the
  • expander 36 to evaporator 38 and a compression branch 42 connecting evaporator 38 to compressor 32.
  • the refrigeration circuit 30 further comprises a heat energy accumulator 44 disposed between the expansion valve 36 and the compressor 32.
  • the accumulator 44 is here arranged in the expansion branch 40.
  • the accumulator 44 is disposed between the expander 36 and the evaporator 38.
  • the accumulator 44 can be disposed in the compression branch 42 between the evaporator 38 and the compressor 32.
  • the accumulator 44 preferably comprises a phase change material configured to exchange heat with the refrigerant flowing through the accumulator 44.
  • phase change is meant the change of one of the states solid, liquid or gas when the material is at a first temperature from the material to a different state when the material is at a second temperature.
  • the temperature at which the material changes state is predetermined.
  • the material is chosen to operate in a preferential temperature range between -40 ° C and 5 ° C. This temperature range corresponds to a so-called refrigeration application.
  • the material is chosen so that its melting point is between -40 ° and 5 ° C.
  • the material preferably comprises at least one of a mixture of paraffins, saline solution and gas hydrates.
  • the refrigeration circuit 30 also includes a return branch 46
  • the refrigeration circuit further comprises a first 48 and a second 50 isolation valves.
  • the first isolation valve 48 is disposed in the expansion branch 40 between the pressure reducer 36 and the second end of the return branch 46.
  • the first isolation valve 48 is configured to selectively prevent the flow of fluid therein. of the expansion branch 40 upstream of the second end of the return branch 46.
  • the second isolation valve 50 is disposed in the compression branch 42 between the first end of the return branch 46 and the compressor 32.
  • the second isolation valve 50 is configured to selectively prevent the flow of fluid within compression leg 42 downstream of the first end of return leg 46.
  • first 48 and second 50 isolation valves jointly allow to selectively isolate a portion of the circulation loop comprising the return branch 46 as well as the accumulator 44 and the evaporator 38. This portion forms a discharge loop 52 of energy. calorific energy.
  • the return branch 46, a portion of the expansion branch 40 between the second end of the return branch 46 and the evaporator 38 and a portion of the compression branch 42 between the evaporator 38 and the first end of the return branch 46 forms the heat energy discharge loop 52.
  • discharge is meant the fact of transferring the heat energy stored in
  • This enclosure to be cooled can be an internal enclosure in a piece of furniture
  • the discharge loop 52 and the accumulation kit 70 described below can also be attached to a heat pump.
  • the refrigeration circuit 30 further comprises a return valve 54 disposed in the return branch 46 and configured to selectively prevent the refrigerant from circulating in the return branch 46 between the compression branch 42 and the expansion branch 40
  • the return valve 54 makes it possible to prevent the return of the refrigerant coming out of
  • first 48 and second 50 isolation valves and the return valve 54 allow the refrigeration circuit 30 to be placed either in a storage or charging configuration for the accumulator 44 or in a storage or energy discharge configuration heat stored or loaded.
  • the refrigerant circulates from the expansion valve 36 to the compressor 32, passing successively through the accumulator 44 and
  • the evaporator 38 without being able to circulate inside the return branch 46. In the storage or discharge configuration, part of the refrigerant is locked inside the discharge loop 52.
  • the closing and opening of one or more of the return valve 54 and the first 48 and second 50 isolation valves are preferably selectively controlled by a controller 56.
  • the controller 56 makes it possible to place the refrigeration circuit 30 in one or the other of the discharge or charge configurations.
  • the latter is configured to generate a circulation of the refrigerant by thermosiphon inside the discharge loop 52 between the accumulator 44 and the evaporator 38 when the first 48 and second 50 isolation valves are closed to isolate the discharge loop 52.
  • circulation by thermosiphon is meant that the circulation of the refrigerant inside the discharge loop 52 is achieved by pressure difference from the evaporator 38 to the accumulator 44 through the return branch 46 and by gravity from the accumulator 44 to the evaporator 38 through the expansion branch 40.
  • thermosiphon To allow the circulation of the refrigerant by thermosiphon,
  • the accumulator 44 is in particular disposed at a height greater than that of the evaporator 38 along a vertical axis. In other words, the accumulator 44 is arranged at a height greater than that of the evaporator 38.
  • the distance separating the accumulator 44 from the evaporator 38 along the vertical axis is greater than or equal to 30 cm. , preferably greater than or equal to 50cm, more preferably greater than or equal to 90cm, more preferably greater than or equal to 100cm.
  • the accumulator 44 is arranged upstream of the evaporator 38 by in relation to the direction of circulation of the refrigerant.
  • the accumulator 44 is arranged downstream of the evaporator 38 and upstream of the first end of the return branch 46 with respect to the direction of circulation of the refrigerant.
  • the accumulator 44 is configured so that the heat energy
  • the accumulated by the material of the accumulator 44 allows the refrigerant flowing through the accumulator 44 to condense during a discharge phase of the refrigeration circuit 30.
  • thermosiphon principle makes it possible to dispose the accumulator 44 in a position remote from the evaporator 38, in particular outside the device forming the enclosure to be cooled.
  • the evaporator 38 is usually arranged inside the refrigerator so as to be in contact with or very close to a wall of the enclosure to be cooled.
  • the refrigeration circuit 30 allows the integration of
  • the integration of the accumulator 44, and more generally of the discharge loop, in a refrigerator whose refrigeration circuit does not include a charge and discharge function is made much easier.
  • the integration of the discharge loop on a refrigeration circuit not having a charge and discharge function can thus be achieved by connecting the components on the portions of the refrigeration circuit accessible outside the refrigerator. This advantage is obtained for any type of device in which the evaporator is placed inside it.
  • the configuration of the discharge loop 52 makes it possible to envisage a connection that is economical and simple to implement on a refrigeration circuit without an accumulation function.
  • the discharge loop 52 can for example be added to such a refrigeration circuit in the form of a kit
  • the refrigeration circuit 30 may include a bypass branch 58 of the accumulator 44.
  • the bypass branch 58 comprises a first end connected to the expansion branch 40 between the expansion valve 36 and the first isolation valve 48 as well as a second end connected to the expansion branch 40 between the accumulator 44 and the evaporator 38.
  • the bypass branch 58 allows the refrigerant to flow from the expansion valve 36 to the evaporator 38 without flowing through the accumulator 44.
  • the bypass branch 58 combined with the use of the first isolation valve makes it possible to place the refrigeration circuit in a bypass configuration where the heat energy is not stored in the accumulator 44
  • the closing of the first isolation valve 48 makes it possible to force the refrigerant to circulate through the bypass branch 58 during the operation of the refrigeration circuit 30.
  • the refrigeration circuit 30 also comprises a bypass valve 60 disposed in the bypass branch 58 and configured to prevent the refrigerant from circulating in the bypass branch 58 when the bypass valve 60 is closed.
  • the bypass valve 60 and the first isolation valve 48 jointly allow the refrigeration circuit 30 to be configured in the storage configuration or in the bypass configuration.
  • the opening and closing of the bypass valve 60 can also be controlled by the controller 56.
  • the first end of the bypass branch 58 is connected between the evaporator 38 and the accumulator 44.
  • the second end of the branch branch bypass 58 is connected between the second isolation valve 50 and the compressor 32, preferably upstream of the expansion valve 62.
  • the regulation method comprises in particular a charging phase in which the opening of the first 48 and second 50 isolation valves is controlled. .
  • the closing of the return valve 54 is also controlled.
  • the refrigeration circuit 30 comprises a bypass branch 58 with a bypass valve 60
  • the closing of the bypass valve 60 is also commanded.
  • the refrigerant circulating inside the expansion branch is directed to the accumulator 44 then the evaporator 38.
  • the combination of opening the first 48 and second 50 isolation valves and closing the valves return 54 and bypass 60 places the refrigeration circuit 30 in a storage or load configuration.
  • the refrigerant is then circulated inside the circuit
  • the refrigeration 30 through the compressor 32, the condenser 34, the expansion valve 36 and the evaporator 38 to charge the material of the accumulator 44 with heat energy.
  • the storage material in accumulator 44 is cooled and charged with heat energy. Usually, the material solidifies when it cools.
  • the evaporation of the refrigerant begins in the accumulator 44 and continues in the evaporator 38.
  • the first valve isolation valve can be closed and the second isolation valve open in order to switch to a bypass configuration in which the refrigerant no longer circulates through the accumulator 44.
  • the regulation method also comprises a discharge phase, preferably subsequent to a charging phase to ensure that the material has accumulated heat energy.
  • the unloading phase is carried out following the stopping of the circulation of the refrigerant inside the refrigeration circuit 30.
  • the stopping of the circulation can be involuntary, for example in the case of a cut-out. of the electrical power supply to the refrigeration circuit 30.
  • the load of heat energy during the operation of the refrigeration circuit 30 makes it possible to discharge it following such a cut-out in order to continue cooling the enclosure to be cooled. This makes it possible, for example, to ensure the safety of the products present inside the enclosure to be cooled. Alternatively, stopping traffic can be voluntary. Indeed, the accumulation function makes it possible to envisage a temporary stopping of the refrigeration circuit 30 without however stopping the cooling of the enclosure. Provision can thus be made for a temporary shutdown of the installation in order to stop the electrical consumption of the refrigeration circuit 30 or to defer it to a more favorable time. The management of the refrigeration circuit is thus made more flexible.
  • isolation 48 to isolate the discharge loop 52 so as to allow circulation of the refrigerant by gravity and by pressure difference inside the discharge loop 52 between the accumulator 44 and the evaporator 38.
  • the closing of the first isolation valve 48 is performed after a predetermined time from the closing of the second isolation valve 50 to allow the refrigerant present upstream of the accumulator 44 to migrate to the loop. discharge 52.
  • the closing time between the first 48 and the second 50 isolation valves facilitates the migration of the refrigerant from the hot and high pressure part of the refrigeration circuit (mainly the condenser 34) to the cold part and at low pressure from the refrigeration circuit 30 (accumulator 44 and evaporator 38).
  • This predetermined duration is preferably greater than or equal to 30 sec, preferably greater than or equal to 1 minute, more preferably greater than or equal to 2 minutes.
  • the closing of this bypass valve 60 is preferably controlled simultaneously with the closing of the first isolation valve 48.
  • the discharge process is triggered by the circulation of the refrigerant according to the thermosiphon principle.
  • the heat from the refrigerant is absorbed by the storage material, the latter heats up and melts, releasing the stored cold.
  • the regulation method can also include a phase of
  • bypass allowing the refrigerant to flow from the expansion valve 36 to the evaporator 38 without passing through the accumulator 44. No heat energy is stored in this phase of operation.
  • the bypass phase is particularly useful for reducing the energy consumption of the refrigeration circuit 30. For example, the bypass phase can follow a charging phase of the accumulator 44 when the latter reaches a threshold
  • the bypass phase comprises first of all the closing of the first isolation valve then the opening of the bypass valve 60 to allow the refrigerant to flow from the expansion valve 36 directly to the evaporator 38.
  • the second valve of isolation 50 is also open and the return valve is closed.
  • the refrigeration circuit 30 may include a heat energy storage kit 70 configured to be connected to a refrigeration circuit without a function of charging and discharging heat energy, such as the refrigeration circuit 10 of FIG. 1.
  • refrigeration circuit 30 corresponds to a refrigeration circuit 10 without heat energy storage function to which an accumulation kit 70 is added.
  • Accumulation kit 70 includes heat energy accumulator 44, return branch 46 and return valve 54.
  • the accumulation kit 70 can also include one or more of the first isolation valve 48 and the second isolation valve 50. Alternatively, the accumulation kit 70 may be devoid of the one or more of the first 48 and second 50 isolation valves when this or these is or are already present in the original refrigeration circuit.
  • the accumulation kit 70 may further include the bypass branch 58 and the bypass valve 60. Alternatively, the accumulation kit 70 can be devoid of one or more of the bypass branch 58 and the bypass valve 60 when the latter or these is or are already present in the original refrigeration circuit.
  • the accumulation kit 70 may further include the controller 56 configured to selectively control the closing or opening of the return valve 54, of the first 48 and second 50 isolation valves and, where appropriate, of the bypass valve (60).
  • the accumulation kit 70 comprises a plurality of connections to a refrigeration circuit similar to the refrigeration circuit 10 of Figure 1, i.e. without the function of charging and discharging heat energy.
  • the accumulation kit 70 includes at least four connections:
  • Each connection forms a hydraulic connector configured to connect two pipe portions to each other to ensure continuity of fluid circulation between these pipe portions.
  • Each connection includes an open pipe end and may include means for attachment to another open pipe end.
  • the refrigeration circuit 30 may initially comprise portions of
  • the accumulation kit 70 is then connected to the refrigeration circuit 30 at the
  • the accumulation kit 70 is installed so that the accumulator 44 is disposed above the evaporator 38 to allow a siphon effect in the discharge loop 52.
  • the distance separating the accumulator 44 from the The evaporator 38 along a vertical axis is greater than or equal to 30cm, preferably greater than or equal to 50cm, more preferably greater than or equal to 90cm, more preferably greater than or equal to 100cm.
  • Figure 3 shows an embodiment of the accumulation kit 70
  • the refrigeration circuit 30 comprises the
  • a heating resistor 74 can be provided at the expansion valve bulb 100.
  • the plurality of connections 72 comprises an input connection 74 intended to be connected to the expansion branch 40 and an output connection 76 intended to be connected to the compression branch 42 of the refrigeration circuit 90.
  • the plurality of connections 72 further comprises a first loop connection 78 intended to be connected to the expansion branch downstream of the inlet connection 74 and a second loop connection 80 intended to be connected to the compression branch 42 upstream of the connection output 76.
  • the accumulator 44 of the kit is intended to be connected to the expansion branch downstream of the inlet connection 74 and a second loop connection 80 intended to be connected to the compression branch 42 upstream of the connection output 76.
  • accumulation 70 is disposed upstream of the evaporator 98 in the discharge loop 52. This arrangement of the accumulator 44 allows faster storage of cold.
  • the operating mode in which the accumulator 44 is avoided or not recharged is achieved by closing the first isolation valve 48 and the return valve 54.
  • the fluid is thus caused to stagnate inside the branch. comprising the accumulator 44.
  • the fluid thus circulates from the bypass valve 60 to the evaporator 98 without circulating inside the accumulator once the branch of the accumulator 44 is full of stagnant fluid.
  • the discharge loop is formed by closing the first 48 and second 50 isolation valves, the bypass valve 60 and by opening the return valve 54.
  • the fluid then flows from the accumulator 44 to the evaporator 98 by gravity and from the evaporator 98 to the accumulator 44 by pressure difference.

Abstract

L'invention concerne notamment un circuit frigorifique (30) à accumulation d'énergie calorifique à compression de vapeur comprenant un accumulateur (44) d'énergie disposé à une hauteur supérieure à celle d'un évaporateur (38) du circuit frigorifique (30) le long d'un axe vertical, dans lequel l'accumulateur (44) est disposé dans une boucle de décharge (52) et configuré pour générer une circulation du fluide frigorigène par thermosiphon à l'intérieur de la boucle de décharge (52) entre l'accumulateur (44) et l'évaporateur (38) lorsque la boucle de décharge (52) est isolée.

Description

CIRCUIT FRIGORIFIQUE A ACCUMULATION D’ENERGIE CALORIFIQUE COMPRENANT UNE BOUCLE DE DECHARGE PAR THERMOSIPHON
[0001 ] La présente invention concerne un circuit frigorifique à accumulation d’énergie calorifique comprenant une boucle de décharge par thermosiphon. L’invention concerne également un kit d’accumulation d’énergie calorifique configuré pour être raccordé à un circuit frigorifique pour former un tel circuit frigorique à accumulation d’énergie calorifique. Par ailleurs, l’invention concerne un procédé de régulation d’un tel circuit frigorifique à accumulation d’énergie calorifique.
[0002] Dans le domaine des circuits frigorifiques à cycle de compression de vapeur, le stockage de l’énergie calorifique est un enjeu important sur le plan de la consommation d’énergie et de l’autonomie du circuit frigorifique.
[0003] Tel que représenté en figure 1 , un circuit frigorifique 10 forme généralement une boucle thermodynamique de circulation d’un fluide comprenant en série un compresseur 12, un condenseur 14, un détendeur 16 ainsi qu’un évaporateur 18. Cet évaporateur 16 permet usuellement un échange de chaleur entre le fluide circulant à l’intérieur de la boucle de circulation et une enceinte à refroidir extérieure à la boucle de circulation. Cette enceinte à refroidir est par exemple la cavité interne d’un réfrigérateur. En fonctionnement, l’alimentation en énergie électrique du circuit frigorifique 10 permet à la boucle thermodynamique de fournir du froid à l’enceinte à refroidir. Sans alimentation électrique, l’évaporateur 18 ne permet plus de refroidir l’enceinte à refroidir.
[0004] Ainsi, l’addition d’une fonction de stockage de l’énergie calorifique permet d’apporter une autonomie au circuit frigorifique en l’absence d’alimentation électrique, de lisser les pics de consommation et de produire sélectivement du froid lorsque les conditions sont favorables ou que le tarif de l’électricité est avantageux.
[0005] Le stockage de l’énergie calorifique est généralement réalisé en utilisant un matériau apte à stocker de l’énergie calorifique et à la restituer au moment choisi. Différentes techniques sont connues pour la mise en oeuvre de ce matériau pour stocker de l’énergie calorifique. [0006] Une première technique consiste à réaliser le stockage de l’énergie
calorifique par contact direct de ce matériau avec l’évaporateur du circuit calorifique. Ainsi, le matériau est généralement disposé à l’intérieur de
l’évaporateur. Cette technique est par exemple communément utilisée dans les réfrigérateurs et congélateurs domestiques et les évaporateurs de climatisation dans le domaine automobile. Cette technique peut également mettre en oeuvre un phénomène de thermosiphon à l’intérieur de l’évaporateur du circuit frigorifique.
[0007] D’autres techniques consistent à ajouter dans la boucle de circulation un
accumulateur d’énergie ou à réaliser un échange convectif avec l’air froid. Par ailleurs une autre technique consiste à utiliser une boucle secondaire de circulation d’un fluide caloporteur pour réaliser un stockage distant du circuit frigorique.
[0008] Toutefois ces techniques de stockage de l’énergie calorifique sont soit
intégrées aux organes de la boucle thermodynamique du circuit frigorifique soit difficiles et coûteuses à mettre en oeuvre. En particulier, les techniques intégrant directement le matériau de stockage d’énergie dans l’évaporateur de la boucle thermodynamique ont une incidence sur l’encombrement et la technologie de l’évaporateur utilisé. Ceci est d’autant plus dommageable que l’évaporateur est l’interface entre le circuit frigorifique et l’enceinte à refroidir. Ainsi, l’introduction de contraintes quant à sa technologie et son encombrement ne permettent pas une flexibilité satisfaisante dans la conception du circuit frigorifique.
[0009] De plus, ces techniques intégrées ne permettent pas à un circuit frigorifique existant n’ayant pas de fonction de stockage de pouvoir être équipé simplement et rapidement de cette fonction sans remplacement de l’évaporateur ou modifications profondes du circuit frigorifique.
[0010] Par ailleurs, l’intégration du matériau directement dans l’évaporateur du circuit frigorifique ne permet généralement pas d’obtenir un mode de fonctionnement où le stockage du froid n’est pas réalisé ce qui est néfaste tant en termes de souplesse d’utilisation qu’en consommation d’énergie. [0011 ] L’utilisation de moyens d’entrainement du fluide lors du déstockage du froid, telle qu’une pompe, est également un inconvénient important pour des raisons acoustiques.
[0012] Il existe donc un besoin pour un circuit frigorifique intégrant une fonction de stockage/déstockage d’énergie calorifique plus économique et plus simple à mettre en oeuvre, notamment en permettant une intégration ultérieure de cette fonction de stockage d’énergie calorifique sur un circuit frigorifique existant ne comprenant pas cette fonction.
[0013] Pour cela l’invention concerne un circuit frigorifique à accumulation d’énergie calorifique dans lequel un fluide frigorigène est destiné à circuler, comprenant un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur montés en série les uns par rapport aux autres, le circuit frigorifique comprenant également une branche de détente reliant le détendeur à l’évaporateur et une branche de compression reliant l’évaporateur au compresseur,
le circuit frigorifique comprenant en outre :
un accumulateur d’énergie calorifique entre le détendeur et le compresseur, l’accumulateur étant disposé à une hauteur supérieure à celle de l’évaporateur le long d’un axe vertical,
une branche de retour dont une première extrémité est raccordée à la branche de compression entre l’évaporateur et le compresseur et une deuxième extrémité est raccordée à la branche de détente entre le détendeur et
l’évaporateur,
une première vanne d’isolement disposée dans la branche de détente entre le détendeur et la deuxième extrémité de la branche de retour,
une deuxième vanne d’isolement disposée dans la branche de compression entre la première extrémité de la branche de retour et le compresseur,
une vanne de retour disposée dans la branche de retour et configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de retour entre la branche de compression et la branche de détente,
dans lequel la branche de retour, une portion de la branche de détente entre la deuxième extrémité de la branche de retour et l’évaporateur et une portion de la branche de compression entre l’évaporateur et la première extrémité de la branche de retour forment une boucle de décharge d’énergie calorifique, et dans lequel l’accumulateur est disposé dans la boucle de décharge et configuré pour générer une circulation du fluide frigorigène par thermosiphon à l’intérieur de la boucle de décharge entre l’accumulateur et l’évaporateur lorsque les première et deuxième vannes d’isolement sont fermées pour isoler la boucle de décharge.
[0014] Le stockage du froid par un organe distinct de l’évaporateur permet
d’améliorer la souplesse de conception de l’évaporateur et permet à la fonction de stockage d’être rapportée aisément sur un circuit frigorifique existant n’ayant pas cette fonction. La fonction de stockage et de déstockage du froid est ainsi indépendante de la technologie d’évaporateur utilisée, notamment s’il est ventilé ou non. De plus, l’accumulateur peut ainsi être placé en dehors de l’enceinte à refroidir, ce qui représente un avantage important par rapport à un dispositif où la fonction de stockage et de déstockage est intégrée à l’évaporateur.
L’accumulateur n’occupe ainsi pas de volume « utile » dans l’enceinte à refroidir. La densité de stockage, i.e. le volume occupé par le matériau de stockage en relation avec le volume total de l’accumulateur, dans un accumulateur
indépendant est plus grande que dans les solutions connues d’accumulateur intégré à l’évaporateur.
[0015] De plus, une portion de la boucle de décharge peut être formée par le circuit frigorifique existant de sorte qu’un un faible nombre de composants sont à rapporter au circuit frigorifique pour réaliser la fonction de stockage et de déstockage. En effet, la boucle de décharge peut n’avoir que deux points de raccordements avec le circuit existant et être rapportée « en bloc » ce qui facilite son intégration. De plus, la possibilité de stocker le froid par contact direct du fluide frigorigène avec l’accumulateur, i.e. sans échangeur de chaleur
intermédiaire, permet de stocker du froid à une température plus basse que dans un dispositif où un tel échangeur de chaleur intermédiaire est utilisé. L’efficacité du stockage et du déstockage est donc meilleure ici.
[0016] La réalisation d’une boucle de décharge du fluide frigorigène par
thermosiphon permet de générer une circulation du fluide frigorigène par gravité de l’accumulateur vers l’évaporateur et par différence de pression de
l’évaporateur vers l’accumulateur. La circulation du fluide frigorigène à l’intérieur de la boucle de décharge est ainsi réalisée sans pompe ou autres moyens d’entrainement additionnels. Ceci permet à la fonction de déstockage du froid d’être réalisée de manière très silencieuse et très économique, notamment en comparaison avec un dispositif utilisant une pompe.
[0017] Le circuit frigorifique peut aussi comporter une ou plusieurs des
caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible.
[0018] Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, l’accumulateur est
configuré, lorsque les première et deuxième vannes d’isolement sont fermées pour isoler la boucle de décharge, pour générer une circulation du fluide frigorigène par différence de pression de l’évaporateur vers l’accumulateur et pour générer une circulation du fluide frigorigène par gravité de l’accumulateur vers l’évaporateur.
[0019] Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, l’accumulateur est
configuré de sorte que l’énergie calorifique accumulée par l’accumulateur permet de condenser le fluide frigorigène circulant à travers l’accumulateur.
[0020] Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, l’accumulateur comprend un matériau à changement de phase configuré pour échanger de la chaleur avec le fluide frigorigène circulant au travers de l’accumulateur.
[0021 ] Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, celui-ci comprend en outre une branche de dérivation de l’accumulateur dont une première extrémité est raccordée en amont de l’accumulateur et dont une deuxième extrémité est raccordée en aval de l’accumulateur par rapport au sens de circulation du fluide frigorigène dans le circuit frigorifique.
[0022] Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, celui-ci comprend en outre une vanne de dérivation disposée dans la branche de dérivation et configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de dérivation lorsque la vanne de dérivation est fermée.
[0023] Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, celui-ci comprend en outre un contrôleur configuré pour commander sélectivement la fermeture ou l’ouverture de la vanne de retour, des première et deuxième vannes d’isolement et, le cas échéant, de la vanne de dérivation. [0024] Selon un mode de réalisation du circuit frigorifique, la distance séparant l’accumulateur de l’évaporateur le long de l’axe vertical est supérieure ou égale à 30cm, de préférence supérieure ou égale à 50cm, de manière encore préférée supérieure ou égale à 90cm.
[0025] L’invention concerne également un kit d’accumulation d’énergie calorifique configuré pour être raccordé à un circuit frigorifique dans lequel un fluide frigorigène est destiné à circuler, le circuit frigorifique comprenant un
compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur montés en série les uns par rapport aux autres, le circuit frigorifique comprenant également une branche de détente reliant le détendeur à l’évaporateur et une branche de compression reliant l’évaporateur au compresseur , le kit d’accumulation comprenant :
un accumulateur d’énergie calorifique configuré pour être raccordé entre le détendeur et le compresseur, l’accumulateur étant disposé à une hauteur supérieure à celle de l’évaporateur le long d’un axe vertical,
une branche de retour dont une première extrémité est configurée pour être raccordée à la branche de compression entre l’évaporateur et le compresseur et une deuxième extrémité est configurée pour être raccordée à la branche de détente entre le détendeur et l’évaporateur,
une vanne de retour disposée dans la branche de retour et configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de retour entre la branche de compression et la branche de détente,
la branche de retour, une portion de la branche de détente entre la deuxième extrémité de la branche de retour et l’évaporateur et une portion de la branche de compression entre l’évaporateur et la première extrémité de la branche de retour formant une boucle de décharge d’énergie calorifique, et
dans lequel l’accumulateur est disposé dans la boucle de décharge et configuré pour générer une circulation du fluide frigorigène par gravité et par différence de pression à l’intérieur de la boucle de décharge entre l’accumulateur et
l’évaporateur lorsque la boucle de décharge est isolée du reste du circuit frigorifique.
[0026] Selon un mode de réalisation du kit d’accumulation, celui-ci comprend en outre l’une ou plusieurs parmi : une première vanne d’isolement configurée pour être raccordée à la branche de détente entre le détendeur et la deuxième extrémité de la branche de retour, et
une deuxième vanne d’isolement configurée pour être raccordée la branche de compression entre la première extrémité de la branche de retour.
[0027] Selon un mode de réalisation du kit d’accumulation, celui-ci comprend en outre une branche de dérivation et une vanne de dérivation configurée pour être raccordée à la branche de dérivation de l’accumulateur dont une première extrémité est raccordée en amont de l’accumulateur et dont une deuxième extrémité est raccordée en aval de l’accumulateur par rapport au sens de circulation du fluide frigorigène dans le circuit frigorifique, la vanne de dérivation étant configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de dérivation lorsque la vanne de dérivation est fermée.
[0028] L’invention concerne en outre un procédé de régulation d’un circuit frigorifique à accumulation d’énergie calorifique tel que présenté ci-avant, comprenant une phase de charge dans laquelle les étapes suivantes sont réalisées :
ouverture des première et deuxième vannes d’isolement,
fermeture de la vanne de retour,
mise en circulation du fluide frigorigène à l’intérieur du circuit frigorifique au travers du compresseur, du condenseur, du détendeur et de l’évaporateur, le procédé de régulation comprenant en outre une phase de décharge
postérieure à la phase de charge dans laquelle l’étape suivante est réalisée : ouverture de la vanne de retour,
fermeture de la deuxième vanne d’isolement,
fermeture de la première vanne d’isolement pour isoler la boucle de décharge de manière à permettre une circulation du fluide frigorigène par gravité et par différence de pression à l’intérieur de la boucle de décharge entre l’accumulateur et l’évaporateur.
[0029] Selon un mode de réalisation du procédé de régulation, la phase de décharge est réalisée à la suite de l’arrêt de la circulation du fluide frigorigène à l’intérieur du circuit frigorifique. [0030] Selon un mode de réalisation du procédé de régulation, la fermeture de la première vanne d’isolement est réalisée après une durée prédéterminée à compter de la fermeture de la deuxième vanne d’isolement pour permettre au fluide frigorigène présent en amont de l’évaporateur de migrer vers la boucle de décharge.
[0031 ] Selon un mode de réalisation du procédé de régulation, celui-ci comprend en outre une phase de dérivation comprenant les étapes suivantes :
fermeture de la première vanne d’isolement,
ouverture de la vanne de dérivation pour permettre au fluide frigorigène de circuler du détendeur vers le compresseur sans circuler au travers de
l’accumulateur.
[0032] L'invention n’est pas limitée aux modes de réalisation illustrés dans les
dessins.
[0033] De plus, le terme « comprenant » n’exclut pas d’autres éléments ou étapes.
En outre, des caractéristiques ou étapes qui ont été décrites en référence à l’un des modes de réalisation exposés ci-dessus peuvent également être utilisées en combinaison avec d’autres caractéristiques ou étapes d’autres modes de réalisation exposés ci-dessus.
[0034] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation préférés de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés.
Brève description des dessins
[0035] Les dessins annexés illustrent l’invention :
[0036] La figure 1 représente schématiquement un circuit frigorifique à cycle de compression de vapeur.
[0037] La figure 2 représente schématiquement un circuit frigorifique à cycle de compression de vapeur comprenant une fonction de stockage et de déstockage du froid.
[0038] La figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation du kit
d’accumulation d’énergie calorifique raccordé à un circuit frigorifique au niveau d’une pluralité de connexions. Description de mode(s) de réalisation
[0039] Une référence dans toute la spécification à « un mode de réalisation » signifie qu'une fonctionnalité, une structure, ou une caractéristique particulière décrite en relation avec un mode de réalisation est incluse dans au moins un mode de réalisation de la présente invention. Ainsi, l'apparition de l'expression « dans un mode de réalisation » à divers emplacements dans toute la spécification ne fait pas nécessairement référence au même mode de réalisation. En outre, les fonctionnalités, les structures, ou les caractéristiques particulières peuvent être combinées de n'importe quelle manière appropriée dans un ou plusieurs modes de réalisation.
[0040] Dans la présente description, les termes « décharge » et « déstockage » sont employés en tant que synonymes. De manière similaire, les termes « charge » et « stockage » sont employés en tant que synonymes.
[0041 ] Tel que représenté sur la figure 2, un circuit frigorifique 30 à cycle de
compression de vapeur comprend un compresseur 32, un condenseur 34, un détendeur 36 et un évaporateur 38 montés en série les uns par rapport aux autres. Ainsi, le circuit frigorifique 30 forme une boucle de circulation d’un fluide frigorigène destiné à circuler dans le circuit frigorifique 30 successivement au travers du compresseur 32, du condenseur 34, du détendeur 36 et de
l’évaporateur 38. Le circuit frigorifique 30 comprend également un bulbe de détendeur 62 permettant de mesurer la température à la sortie de l’évaporateur 38 et permet de maintenir le remplissage de l’évaporateur 38 en fluide frigorigène à un niveau satisfaisant. Le bulbe de détendeur 62 est généralement un capteur de température lorsque le détendeur 36 est électronique.
[0042] Les premières branches du circuit frigorifique 30 disposées entre le
compresseur 32 et le condenseur 34 et entre le condenseur 34 et le détendeur 36 forment une portion dite « haute pression ». De manière similaire, les deuxièmes branches du circuit frigorifique 30 disposées entre le détendeur 36 et l’évaporateur 38 et entre l’évaporateur 38 et le compresseur 32 forment une portion dite « basse pression ». En d’autres termes, la pression et la température du fluide frigorigène sont plus élevées dans les premières branches que dans les deuxièmes branches du circuit frigorifique 30. Ainsi, le fluide frigorigène circule à l’intérieur de la boucle de circulation du compresseur 32 vers le condenseur 34.
[0043] Le circuit frigorifique 30 comprend une branche de détente 40 reliant le
détendeur 36 à l’évaporateur 38 et une branche de compression 42 reliant l’évaporateur 38 au compresseur 32.
[0044] Le circuit frigorifique 30 comprend en outre un accumulateur 44 d’énergie calorifique disposé entre le détendeur 36 et le compresseur 32. L’accumulateur 44 est ici disposé dans la branche de détente 40. En d’autres termes,
l’accumulateur 44 est disposé entre le détendeur 36 et l’évaporateur 38. De manière alternative, l’accumulateur 44 peut être disposé dans la branche de compression 42 entre l’évaporateur 38 et le compresseur 32.
[0045] L’accumulateur 44 comprend de préférence un matériau à changement de phase configuré pour échanger de la chaleur avec le fluide frigorigène circulant au travers de l’accumulateur 44. On entend par changement de phase, le changement de l’un des états solide, liquide ou gazeux lorsque le matériau est à une première température du matériau vers un état différent lorsque le matériau est à une deuxième température. La température à laquelle le matériau change d’état est prédéterminée. Le matériau est choisi pour opérer dans une plage préférentielle de températures entre -40°C et 5°C. Cette plage de température correspond à une application dite frigorifique. De préférence, le matériau est choisi de sorte que sa température de fusion est comprise entre -40° et 5°C. Le matériau comprend de préférence au moins l’un parmi un mélange de paraffines, une solution saline et des hydrates de gaz.
[0046] Le circuit frigorifique 30 comprend également une branche de retour 46
comprenant une première extrémité raccordée à la branche de compression 42 entre l’évaporateur 38 et le compresseur 32 et une deuxième extrémité
raccordée à la branche de détente 40 entre le détendeur 36 et l’accumulateur 44. En d’autres termes, la branche de retour 46 forme une dérivation de la boucle de circulation du fluide frigorigène dont la première extrémité est raccordée en aval de l’évaporateur 38 et dont la deuxième extrémité est raccordée en amont de l’accumulateur 44. Les termes aval et amont s’entendent en fonction du sens de circulation du fluide frigorigène à l’intérieur de la boucle de circulation. [0047] Le circuit frigorifique comprend en outre une première 48 et une deuxième 50 vannes d’isolement. La première vanne d’isolement 48 est disposée dans la branche de détente 40 entre le détendeur 36 et la deuxième extrémité de la branche de retour 46. La première vanne d’isolement 48 est configurée pour sélectivement empêcher la circulation du fluide à l’intérieur de la branche de détente 40 en amont de la deuxième extrémité de la branche de retour 46. La deuxième vanne d’isolement 50 est disposée dans la branche de compression 42 entre la première extrémité de la branche de retour 46 et le compresseur 32. La deuxième vanne d’isolement 50 est configurée pour sélectivement empêcher la circulation du fluide à l’intérieur de la branche de compression 42 en aval de la première extrémité de la branche de retour 46. Ainsi, les première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement permettent conjointement d’isoler sélectivement une portion de la boucle de circulation comprenant la branche de retour 46 ainsi que l’accumulateur 44 et l’évaporateur 38. Cette portion forme une boucle de décharge 52 d’énergie calorifique. En d’autres termes, la branche de retour 46, une portion de la branche de détente 40 entre la deuxième extrémité de la branche de retour 46 et l’évaporateur 38 et une portion de la branche de compression 42 entre l’évaporateur 38 et la première extrémité de la branche de retour 46 forment la boucle de décharge 52 d’énergie calorifique. On entend par « décharge » le fait de transférer l’énergie calorifique stockée dans
l’accumulateur 44 à l’évaporateur 38 pour refroidir une enceinte à refroidir.
[0048] Cette enceinte à refroidir peut être une enceinte interne à un meuble
frigorifique de vente, une pièce d’un logement dont la température est régulée par une installation de climatisation résidentielle, une enceinte interne d’une armoire frigorifique ou d’une chambre froide. La boucle de décharge 52 et le kit d’accumulation 70 décrit ci-après peuvent également être rapportés à une pompe à chaleur.
[0049] Le circuit frigorifique 30 comprend en outre une vanne de retour 54 disposée dans la branche de retour 46 et configurée pour sélectivement empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de retour 46 entre la branche de compression 42 et la branche de détente 40. En d’autres termes, la vanne de retour 54 permet d’empêcher le retour du fluide frigorigène sortant de
l’évaporateur 38 en amont de l’accumulateur 44. Ainsi, la combinaison des première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement et de la vanne de retour 54 permet de placer le circuit frigorifique 30 soit dans une configuration de stockage ou de charge de l’accumulateur 44 soit dans une configuration de déstockage ou de décharge de l’énergie calorifique stockée ou chargée. Dans la configuration de stockage ou de charge, le fluide frigorigène circule du détendeur 36 vers le compresseur 32 en passant successivement par l’accumulateur 44 et
l’évaporateur 38 sans pouvoir circuler à l’intérieur de la branche de retour 46. Dans la configuration de déstockage ou de décharge, une partie du fluide frigorigène est enfermé à l’intérieur de la boucle de décharge 52.
[0050] La fermeture et l’ouverture de l’une ou plusieurs parmi la vanne de retour 54 et les première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement sont de préférence commandées sélectivement par un contrôleur 56. Ainsi, le contrôleur 56 permet de placer le circuit frigorifique 30 dans l’une ou l’autre des configurations de décharge ou de charge.
[0051 ] Pour permettre la décharge de l’accumulateur 44, celui-ci est configuré pour générer une circulation du fluide frigorigène par thermosiphon à l’intérieur de la boucle de décharge 52 entre l’accumulateur 44 et l’évaporateur 38 lorsque les première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement sont fermées pour isoler la boucle de décharge 52. On entend par « circulation par thermosiphon » le fait que la circulation du fluide frigorigène à l’intérieur de la boucle de décharge 52 est réalisée par différence de pression de l’évaporateur 38 vers l’accumulateur 44 au travers de la branche de retour 46 et par gravité de l’accumulateur 44 vers l’évaporateur 38 au travers de la branche de détente 40.
[0052] Pour permettre la circulation du fluide frigorigène par thermosiphon,
l’accumulateur 44 est notamment disposé à une hauteur supérieure à celle de l’évaporateur 38 le long d’un axe vertical. Autrement dit, l’accumulateur 44 est disposé à une hauteur supérieure que celle de l’évaporateur 38. De manière préférée, la distance séparant l’accumulateur 44 de l’évaporateur 38 le long de l’axe vertical est supérieure ou égale à 30cm, de préférence supérieure ou égale à 50cm, de manière encore préférée supérieure ou égale à 90cm, de manière encore préférée supérieure ou égale à 100cm. Cette différence de hauteur permet au fluide frigorigène présent au niveau de l’accumulateur 44 de descendre par gravité depuis l’accumulateur 44 vers l’évaporateur 38 et, une fois évaporé par l’évaporateur 38, de remonter par différence de pression vers l’accumulateur 44 au travers de la branche de retour 46. Dans l’exemple représenté en figure 2, l’accumulateur 44 est disposé en amont de l’évaporateur 38 par rapport au sens de circulation du fluide frigorigène. De manière alternative, l’accumulateur 44 est disposé en aval de l’évaporateur 38 et en amont de la première extrémité de la branche de retour 46 par rapport au sens de circulation du fluide frigorigène.
[0053] De plus, l’accumulateur 44 est configuré de sorte que l’énergie calorifique
accumulée par le matériau de l’accumulateur 44 permet de condenser le fluide frigorigène circulant à travers l’accumulateur 44 lors d’une phase de décharge du circuit frigorifique 30.
[0054] Ainsi, la chaleur apportée à l’évaporateur 38 pendant la décharge évapore le fluide frigorigène, le fluide frigorigène à l’état gazeux migre ensuite vers
l’accumulateur 44 par différence de pression et le matériau de stockage
provoque une nouvelle condensation du fluide frigorigène à l’état gazeux. Le fluide frigorigène à l’état liquide redescend alors dans l’évaporateur 38 par gravité, permettant de réalimenter celui-ci en fluide frigorigène à l’état liquide. Une circulation du fluide frigorigène « auto-entretenue » se met en place et un cycle évaporation-condensation s’instaure, ce qui permet de restituer l’énergie calorifique stockée dans le matériau en maintenant à basse température l’évaporateur 38 pendant toute la phase de décharge.
[0055] L’utilisation d’une boucle de décharge utilisant le principe du thermosiphon permet de disposer l’accumulateur 44 dans une position distante de l’évaporateur 38, notamment à l’extérieur du dispositif formant l’enceinte à refroidir. Dans l’exemple d’un réfrigérateur, l’évaporateur 38 est usuellement disposé à l’intérieur du réfrigérateur de manière à être en contact ou très proche d’une paroi de l’enceinte à refroidir. Le circuit frigorifique 30 permet l’intégration de
l’accumulateur 44 hors du réfrigérateur, i.e. hors des parois extérieures du réfrigérateur. Ainsi, l’intégration de l’accumulateur 44, et plus généralement de la boucle de décharge, à un réfrigérateur dont le circuit frigorifique ne comprend pas de fonction de charge et de décharge est rendu beaucoup plus aisé. En effet, l’intégration de la boucle de décharge sur un circuit frigorifique n’ayant pas de fonction de charge et de décharge peut ainsi être réalisée sur en raccordant les composants sur les portions du circuit frigorifique accessibles à l’extérieur du réfrigérateur. Cet avantage est obtenu pour tout type de dispositif dans lequel l’évaporateur est disposé à l’intérieur de celui-ci.
[0056] Ainsi la configuration de la boucle de décharge 52 permet d’envisager un raccordement économique et simple à mettre en oeuvre sur un circuit frigorifique dépourvu de fonction d’accumulation. La boucle de décharge 52 peut par exemple être ajoutée à un tel circuit frigorifique sous la forme d’un kit
d’accumulation décrit ci-après.
[0057] En outre, le circuit frigorique 30 peut comporter une branche de dérivation 58 de l’accumulateur 44. La branche de dérivation 58 comprend une première extrémité raccordée à la branche de détente 40 entre le détendeur 36 et la première vanne d’isolement 48 ainsi qu’une deuxième extrémité raccordée à la branche de détente 40 entre l’accumulateur 44 et l’évaporateur 38. La branche de dérivation 58 permet au fluide frigorigène de circuler depuis le détendeur 36 vers l’évaporateur 38 sans circuler au travers de l’accumulateur 44. Ainsi, la branche de dérivation 58 combinée à l’utilisation de la première vanne d’isolement permet de placer le circuit frigorifique dans une configuration de dérivation où l’énergie calorifique n’est pas stockée dans l’accumulateur 44. En effet, la fermeture de la première vanne d’isolement 48 permet d’obliger le fluide frigorigène à circuler au travers de la branche de dérivation 58 lors du fonctionnement du circuit frigorifique 30.
[0058] Le circuit frigorifique 30 comprend également une vanne de dérivation 60 disposée dans la branche de dérivation 58 et configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de dérivation 58 lorsque la vanne de dérivation 60 est fermée. Ainsi, la vanne de dérivation 60 et la première vanne d’isolement 48 permettent conjointement de configurer le circuit frigorifique 30 dans la configuration de stockage ou dans la configuration de dérivation.
L’ouverture et la fermeture de la vanne de dérivation 60 peuvent également être commandées par le contrôleur 56.
[0059] Dans le cas où l’accumulateur 44 est disposé en aval de l’évaporateur 38, la première extrémité de la branche de dérivation 58 est raccordée entre l’évaporateur 38 et l’accumulateur 44. La deuxième extrémité de la branche de dérivation 58 est raccordée entre la deuxième vanne d’isolement 50 et le compresseur 32, de préférence en amont du bulbe détendeur 62.
[0060] Il est également proposé un procédé de régulation d’un circuit frigorifique tel que le circuit frigorifique 30. Le procédé de régulation comprend notamment une phase de charge dans laquelle l’ouverture des première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement est commandée. La fermeture de la vanne de retour 54 est également commandée. Dans le cas où le circuit frigorifique 30 comprend une branche de dérivation 58 avec une vanne de dérivation 60, la fermeture de la vanne de dérivation 60 est également commandée. Ainsi, le fluide frigorigène circulant à l’intérieur de la branche de détente est dirigé vers l’accumulateur 44 puis l’évaporateur 38. La combinaison de l’ouverture des première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement et de la fermeture des vannes de retour 54 et de dérivation 60 place le circuit frigorifique 30 dans une configuration de stockage ou de charge.
[0061 ] Le fluide frigorigène est ensuite mis en circulation à l’intérieur du circuit
frigorifique 30 au travers du compresseur 32, du condenseur 34, du détendeur 36 et de l’évaporateur 38 pour charger le matériau de l’accumulateur 44 en énergie calorifique. Le matériau de stockage présent dans l’accumulateur 44 est refroidi et se charge en énergie calorifique. De manière usuelle, le matériau se solidifie lorsqu’il se refroidit. Pendant cette phase de charge, l’évaporation du fluide frigorigène débute dans l’accumulateur 44 et se poursuit dans l’évaporateur 38. Selon un mode de fonctionnement préféré, lorsque la puissance captée par l’accumulateur 44 est trop importante, la première vanne d’isolement peut être fermée et la deuxième vanne d’isolement ouverte afin de basculer dans une configuration de dérivation dans laquelle le fluide frigorigène ne circule plus au travers de l’accumulateur 44.
[0062] Lorsque le matériau de l’accumulateur 44 atteint son seuil maximum
d’accumulation d’énergie calorifique, l’évaporation se réalise entièrement dans l’évaporateur 38. L’ouverture et/ou la fermeture des différentes vannes ne nécessite pas de commande particulière car le fonctionnement est neutre, i.e. sans consommation supérieure d’énergie, lorsque le matériau a atteint son seuil maximum d’accumulation. [0063] Le procédé de régulation comprend également une phase de décharge, de préférence postérieure à une phase de charge pour s’assurer que le matériau ait accumulé de l’énergie calorifique. De manière préférée, la phase de décharge est réalisée à la suite de l’arrêt de la circulation du fluide frigorigène à l’intérieur du circuit frigorifique 30. L’arrêt de la circulation peut être involontaire par exemple dans le cas d’une coupure de l’alimentation électrique du circuit frigorifique 30. La charge de l’énergie calorifique pendant le fonctionnement di circuit frigorifique 30 permet de pouvoir la décharger à la suite d’une telle coupure pour continuer de refroidir l’enceinte à refroidir. Ceci permet par exemple d’assurer la sécurité des produits présents à l’intérieur de l’enceinte à refroidir. Alternativement, l’arrêt de la circulation peut être volontaire. En effet, la fonction d’accumulation permet d’envisager un arrêt temporaire du circuit frigorifique 30 sans pour autant arrêter le refroidissement de l’enceinte. Il peut ainsi être prévu un arrêt temporaire de l’installation pour stopper la consommation électrique du circuit frigorifique 30 ou différer celle-ci à un moment plus propice. La gestion du circuit frigorifique est rendue ainsi plus flexible.
[0064] Pour mettre en oeuvre la phase de décharge, la fermeture de la vanne de
retour 54 est tout d’abord commandée. La fermeture de la deuxième vanne d’isolement 50 est ensuite commandée puis celle de la première vanne
d’isolement 48 pour isoler la boucle de décharge 52 de manière à permettre une circulation du fluide frigorigène par gravité et par différence de pression à l’intérieur de la boucle de décharge 52 entre l’accumulateur 44 et l’évaporateur 38. De manière préférée, la fermeture de la première vanne d’isolement 48 est réalisée après une durée prédéterminée à compter de la fermeture de la deuxième vanne d’isolement 50 pour permettre au fluide frigorigène présent en amont de l’accumulateur 44 de migrer vers la boucle de décharge 52. En particulier, le délai de fermeture entre la première 48 et la deuxième 50 vannes d’isolement facilite la migration du fluide frigorigène de la partie chaude et à haute pression du circuit frigorifique (principalement le condenseur 34) vers la partie froide et à basse pression du circuit frigorifique 30 (l’accumulateur 44 et l’évaporateur 38). Cette durée prédéterminée est de préférence supérieure ou égale à 30 sec, de préférence supérieure ou égale à 1 minute, de manière encore préférée supérieure ou égale à 2 minutes. Lorsque le circuit frigorifique 30 comprend une branche de dérivation 58 avec une vanne de dérivation 60, la fermeture de cette vanne de dérivation 60 est commandée de préférence simultanément à la fermeture de la première vanne d’isolement 48.
[0065] Lors de la phase de décharge, le processus de décharge est déclenché par la circulation du frigorigène selon le principe du thermosiphon. La chaleur du fluide frigorigène est absorbée par le matériau de stockage, celui-ci se réchauffe et fond, libérant le froid stocké.
[0066] Le procédé de régulation peut également comprendre une phase de
dérivation permettant au fluide frigorigène de circuler depuis le détendeur 36 vers l’évaporateur 38 sans passer par l’accumulateur 44. Aucune énergie calorifique n’est stockée dans cette phase de fonctionnement. La phase de dérivation est particulièrement utile pour réduire la consommation d’énergie du circuit frigorifique 30. A titre d’exemple, la phase de dérivation peut succéder à une phase de charge de l’accumulateur 44 lorsque celui-ci atteint un seuil
prédéterminé d’énergie calorifique. La phase de dérivation comprend tout d’abord la fermeture de la première vanne d’isolement puis l’ouverture de la vanne de dérivation 60 pour permettre au fluide frigorigène de circuler du détendeur 36 directement vers l’évaporateur 38. La deuxième vanne d’isolement 50 est également ouverte et la vanne de retour est fermée.
[0067] Tel que représenté à la figure 2, le circuit frigorifique 30 peut comporter un kit d’accumulation 70 d’énergie calorifique configuré pour être raccordé à un circuit frigorifique sans fonction de charge et de décharge d’énergie calorifique, tel que le circuit frigorifique 10 de la figure 1. En d’autres termes, le circuit frigorifique 30 correspond à un circuit frigorifique 10 sans fonction d’accumulation d’énergie calorifique auquel un kit d’accumulation 70 est ajouté. Le kit d’accumulation 70 comprend l’accumulateur 44 d’énergie calorifique, la branche de retour 46 et la vanne de retour 54.
[0068] Le kit d’accumulation 70 peut également comporter l’une ou plusieurs parmi la première vanne d’isolement 48 et la deuxième vanne d’isolement 50. De manière alternative, le kit d’accumulation 70 peut être dépourvu de l’une ou plusieurs parmi les première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement lorsque celle-ci ou celles-ci est ou sont déjà présente(s) dans le circuit frigorifique d’origine. [0069] Le kit d’accumulation 70 peut en outre comporter la branche de dérivation 58 et la vanne de dérivation 60. De manière alternative, le kit d’accumulation 70 peut être dépourvu de l’une ou plusieurs parmi la branche de dérivation 58 et la vanne de dérivation 60 lorsque celle-ci ou celles-ci est ou sont déjà présente(s) dans le circuit frigorifique d’origine.
[0070] Le kit d’accumulation 70 peut en outre comprendre le contrôleur 56 configuré pour commander sélectivement la fermeture ou l’ouverture de la vanne de retour 54, des première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement et, le cas échéant, de la vanne de dérivation (60).
[0071 ] Le kit d’accumulation 70 comprend une pluralité de connexions à un circuit frigorifique semblable au circuit frigorifique 10 de la figure 1 , i.e. sans fonction de charge et de décharge d’énergie calorifique. Le kit d’accumulation 70 comprend au moins quatre connexions :
- une connexion d’entrée destinée à être raccordée à la branche de détente 40 en amont de la première vanne d’isolement 48 et de la vanne de dérivation 60 par rapport au sens de circulation du fluide dans le circuit frigorifique,
- une connexion de sortie destinée à être raccordée à la branche de compression 42 entre le compresseur 32 et l’évaporateur 38, en aval de la deuxième vanne d’isolement 50,
- une première connexion de boucle destinée à être raccordée à la branche de détente 40 en amont de l’évaporateur 38, en aval de la première vanne
d’isolement 48 et de la vanne de dérivation 60, et
- une deuxième connexion de boucle destinée à être raccordée à la branche de compression en aval de l’évaporateur 38 et en amont de la deuxième vanne d’isolement 50.
[0072] Chaque connexion forme un raccord hydraulique configurée pour raccorder deux portions de conduite entre elles pour assurer une continuité de circulation de fluide entre ces portions de conduite. Chaque connexion comprend une extrémité ouverte de conduite et peut comprendre des moyens de fixation à une autre extrémité ouverte de conduite.
[0073] Le circuit frigorifique 30 peut comprendre initialement des portions de
conduite ouvertes pour raccorder les connexions d’entrée et de sortie ainsi que les première et deuxième connexions de boucle. De manière alternative, préalablement à l’installation du kit d’accumulation 70, il peut être prévu de retirer une portion de conduite à chacune des branches de détente 40 et de
compression 42. Quatre portions de conduite ouvertes sont ainsi formées : une première reliée au détendeur en aval de celui-ci dans le sens de circulation du fluide, une deuxième reliée à l’évaporateur en amont de celui-ci, une troisième reliée à l’évaporateur en aval de celui-ci et une quatrième reliée au bulbe de détendeur, en amont de celui-ci.
[0074] Le kit d’accumulation 70 est ensuite raccordé au circuit frigorifique 30 au
moyen des connexions 72 avant mise en service. Le kit d’accumulation 70 est installé de sorte que l’accumulateur 44 est disposé au-dessus de l’évaporateur 38 pour permettre un effet siphon dans la boucle de décharge 52. De manière préférée, la distance séparant l’accumulateur 44 de l’évaporateur 38 le long d’un axe vertical est supérieure ou égale à 30cm, de préférence supérieure ou égale à 50cm, de manière encore préférée supérieure ou égale à 90cm, de manière encore préférée supérieure ou égale à 100cm.
[0075] La figure 3 représente un mode de réalisation du kit d’accumulation 70
comprenant une pluralité de connexions 72 à un circuit frigorifique 90 semblable au circuit frigorifique 10 de la figure 1 , i.e. sans fonction de charge et de décharge d’énergie calorifique. Le circuit frigorifique 30 comprend le
compresseur 92, le condenseur 94, le détendeur 96, l’évaporateur 98 et le bulbe de détendeur 100. Une résistance chauffante 74 peut être disposée au niveau du bulbe de détendeur 100.
[0076] La pluralité de connexions 72 comprend une connexion d’entrée 74 destinée à être raccordée à la branche de détente 40 et une connexion de sortie 76 destinée à être raccordée à la branche de compression 42 du circuit frigorifique 90. La pluralité de connexions 72 comprend en outre une première connexion de boucle 78 destinée à être raccordée à la branche de détente en aval de la connexion d’entrée 74 et une deuxième connexion de boucle 80 destinée à être raccordée à la branche de compression 42 en amont de la connexion de sortie 76. [0077] Dans le mode de réalisation de la figure 3, l’accumulateur 44 du kit
d’accumulation 70 est disposé en amont de l’évaporateur 98 dans la boucle de décharge 52. Cette disposition de l’accumulateur 44 permet un stockage plus rapide du froid.
[0078] Le mode de fonctionnement dans lequel l’accumulateur 44 est évité ou non rechargé est réalisé en fermant la première vanne d’isolement 48 et la vanne de retour 54. Le fluide est ainsi amené à stagner à l’intérieur de la branche comprenant l’accumulateur 44. Le fluide circule ainsi de la vanne de dérivation 60 vers l’évaporateur 98 sans circuler à l’intérieur de l’accumulateur une fois la branche de l’accumulateur 44 pleine de fluide stagnant.
[0079] La boucle de décharge est formée en fermant les première 48 et deuxième 50 vannes d’isolement, la vanne de dérivation 60 et en ouvrant la vanne de retour 54. Le fluide circule alors ensuite de l’accumulateur 44 vers l’évaporateur 98 par gravité et de l’évaporateur 98 vers l’accumulateur 44 par différence de pression.

Claims

Revendications
1. Circuit frigorifique (30) à accumulation d’énergie calorifique dans lequel un fluide frigorigène est destiné à circuler, comprenant un compresseur (32), un condenseur (34), un détendeur (36) et un évaporateur (38) montés en série les uns par rapport aux autres, le circuit frigorifique comprenant également une branche de détente (40) reliant le détendeur (36) à l’évaporateur (38) et une branche de compression (42) reliant l’évaporateur (38) au compresseur (32),
le circuit frigorifique comprenant en outre :
un accumulateur (44) d’énergie calorifique entre le détendeur (36) et le compresseur (32), l’accumulateur (44) étant disposé à une hauteur supérieure à celle de l’évaporateur (38) le long d’un axe vertical,
une branche de retour (46) dont une première extrémité est raccordée à la branche de compression (42) entre l’évaporateur (38) et le compresseur (32) et une deuxième extrémité est raccordée à la branche de détente (40) entre le détendeur (36) l’évaporateur (38),
une première vanne d’isolement (48) disposée dans la branche de détente (40) entre le détendeur et la deuxième extrémité de la branche de retour,
une deuxième vanne d’isolement (50) disposée dans la branche de compression (42) entre la première extrémité de la branche de retour et le compresseur,
une vanne de retour (54) disposée dans la branche de retour (46) et configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de retour entre la branche de compression et la branche de détente,
dans lequel la branche de retour (46), une portion de la branche de détente (40) entre la deuxième extrémité de la branche de retour (40) et l’évaporateur (38) et une portion de la branche de compression (42) entre l’évaporateur (38) et la première extrémité de la branche de retour (46) forment une boucle de décharge (52) d’énergie calorifique, et
dans lequel l’accumulateur (44) est disposé dans la boucle de décharge (52) et configuré pour générer une circulation du fluide frigorigène par
thermosiphon à l’intérieur de la boucle de décharge (52) entre l’accumulateur (44) et l’évaporateur (38) lorsque les première (48) et deuxième (50) vannes d’isolement sont fermées pour isoler la boucle de décharge (52).
2. Circuit frigorifique (30) selon la revendication 1 , dans lequel l’accumulateur (44) est configuré, lorsque les première (48) et deuxième (50) vannes d’isolement sont fermées pour isoler la boucle de décharge (52), pour générer une circulation du fluide frigorigène par différence de pression de
l’évaporateur (38) vers l’accumulateur (44) et pour générer une circulation du fluide frigorigène par gravité de l’accumulateur (44) vers l’évaporateur (38).
3. Circuit frigorifique (30) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel
l’accumulateur (44) est configuré de sorte que l’énergie calorifique accumulée par l’accumulateur (44) permet de condenser le fluide frigorigène circulant à travers l’accumulateur (44).
4. Circuit frigorifique (30) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel
l’accumulateur (44) comprend un matériau à changement de phase configuré pour échanger de la chaleur avec le fluide frigorigène circulant au travers de l’accumulateur (44).
5. Circuit frigorifique (30) selon l’une quelconque des revendications
précédentes, comprenant en outre une branche de dérivation (58) de l’accumulateur (44) dont une première extrémité est raccordée en amont de l’accumulateur (44) et dont une deuxième extrémité est raccordée en aval de l’accumulateur (44) par rapport au sens de circulation du fluide frigorigène dans le circuit frigorifique (30).
6. Circuit frigorifique (30) selon la revendication 5, comprenant en outre une
vanne de dérivation (60) disposée dans la branche de dérivation (58) et configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de dérivation (58) lorsque la vanne de dérivation (60) est fermée.
7. Circuit frigorifique (30) selon l’une quelconque des revendications
précédentes, comprenant en outre un contrôleur (56) configuré pour commander sélectivement la fermeture ou l’ouverture de la vanne de retour (54), des première (48) et deuxième (50) vannes d’isolement et, le cas échéant, de la vanne de dérivation (60).
8. Circuit frigorifique (30) selon l’une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel la distance séparant l’accumulateur (44) de l’évaporateur (38) le long de l’axe vertical est supérieure ou égale à 30cm, de préférence supérieure ou égale à 50cm, de manière encore préférée supérieure ou égale à 90cm.
9. Kit d’accumulation (70) d’énergie calorifique configuré pour être raccordé à un circuit frigorifique dans lequel un fluide frigorigène est destiné à circuler, le circuit frigorifique comprenant un compresseur (32), un condenseur (34), un détendeur (36) et un évaporateur (38) montés en série les uns par rapport aux autres, le circuit frigorifique comprenant également une branche de détente (40) reliant le détendeur (36) à l’évaporateur (38) et une branche de compression (42) reliant l’évaporateur (38) au compresseur (42), le kit d’accumulation (70) comprenant :
un accumulateur (44) d’énergie calorifique configuré pour être raccordé entre le détendeur et le compresseur, l’accumulateur étant disposé à une hauteur supérieure à celle de l’évaporateur le long d’un axe vertical,
une branche de retour (46) dont une première extrémité est configurée pour être raccordée à la branche de compression (42) entre l’évaporateur (38) et le compresseur (32) et une deuxième extrémité est configurée pour être raccordée à la branche de détente (40) entre le détendeur (36) et
l’évaporateur (38),
une vanne de retour (54) disposée dans la branche de retour (46) et configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de retour entre la branche de compression (42) et la branche de détente (40), la branche de retour (46), une portion de la branche de détente (40) entre la deuxième extrémité de la branche de retour (46) et l’évaporateur (38) et une portion de la branche de compression (42) entre l’évaporateur (38) et la première extrémité de la branche de retour (46) formant une boucle de décharge (52) d’énergie calorifique, et
dans lequel l’accumulateur (44) est disposé dans la boucle de décharge (52) et configuré pour générer une circulation du fluide frigorigène par gravité et par différence de pression à l’intérieur de la boucle de décharge (52) entre l’accumulateur (44) et l’évaporateur (38) lorsque la boucle de décharge (52) est isolée du reste du circuit frigorifique.
10. Kit d’accumulation (70) selon la revendication 9, comprenant en outre l’une ou plusieurs parmi :
une première vanne d’isolement (48) configurée pour être raccordée à la branche de détente (48) entre le détendeur (36) et la deuxième extrémité de la branche de retour (46), et
une deuxième vanne d’isolement (50) configurée pour être raccordée la branche de compression (42) entre la première extrémité de la branche de retour (46).
1 1. Kit d’accumulation (70) selon la revendication 9 ou 10, comprenant en outre une branche de dérivation (58) et une vanne de dérivation (60) configurée pour être raccordée à la branche de dérivation (58) de l’accumulateur (44) dont une première extrémité est raccordée en amont de l’accumulateur (44) et dont une deuxième extrémité est raccordée en aval de l’accumulateur (44) par rapport au sens de circulation du fluide frigorigène dans le circuit frigorifique, la vanne de dérivation (60) étant configurée pour empêcher le fluide frigorigène de circuler dans la branche de dérivation lorsque la vanne de dérivation est fermée.
12. Procédé de régulation d’un circuit frigorifique (30) à accumulation d’énergie calorifique selon l’une quelconque des revendication 1 à 8, comprenant une phase de charge dans laquelle les étapes suivantes sont réalisées :
ouverture des première (48) et deuxième (50) vannes d’isolement, fermeture de la vanne de retour (54),
mise en circulation du fluide frigorigène à l’intérieur du circuit frigorifique (30) au travers du compresseur (32), du condenseur (34), du détendeur (36) et de l’évaporateur (38),
le procédé de régulation comprenant en outre une phase de décharge postérieure à la phase de charge dans laquelle l’étape suivante est réalisée : ouverture de la vanne de retour (54),
fermeture de la deuxième vanne d’isolement (50),
fermeture de la première vanne d’isolement (48) pour isoler la boucle de décharge (52) de manière à permettre une circulation du fluide frigorigène par gravité et par différence de pression à l’intérieur de la boucle de décharge entre l’accumulateur et l’évaporateur.
13. Procédé de régulation selon la revendication 12, dans lequel la phase de
décharge est réalisée à la suite de l’arrêt de la circulation du fluide frigorigène à l’intérieur du circuit frigorifique (30).
14. Procédé de régulation selon la revendication 12 ou 13, dans lequel la fermeture de la première vanne d’isolement (48) est réalisée après une durée prédéterminée à compter de la fermeture de la deuxième vanne d’isolement (50) pour permettre au fluide frigorigène présent en amont de l’évaporateur (38) de migrer vers la boucle de décharge (52).
15. Procédé de régulation selon l’une des revendications 12 à 14 pour la
régulation d’un circuit frigorifique (30) à accumulation d’énergie calorifique selon la revendication 6, comprenant en outre une phase de dérivation comprenant les étapes suivantes :
fermeture de la première vanne d’isolement (48),
ouverture de la vanne de dérivation (60) pour permettre au fluide frigorigène de circuler du détendeur (36) vers le compresseur (32) sans circuler au travers de l’accumulateur (44).
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WO1997024565A1 (fr) * 1995-12-28 1997-07-10 Store Heat & Produce Energy, Inc. Systemes de chauffage et de refroidissement comprenant un stockage thermique et des cycles de degivrage
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