WO2024017611A1 - Systeme de degivrage pour une installation en cascade nh3/co2 - Google Patents

Systeme de degivrage pour une installation en cascade nh3/co2 Download PDF

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WO2024017611A1
WO2024017611A1 PCT/EP2023/068255 EP2023068255W WO2024017611A1 WO 2024017611 A1 WO2024017611 A1 WO 2024017611A1 EP 2023068255 W EP2023068255 W EP 2023068255W WO 2024017611 A1 WO2024017611 A1 WO 2024017611A1
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circuit
exchanger
volume
outlet
fluidly connected
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PCT/EP2023/068255
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Frédéric LE BRONNEC
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Atlantic Refrigeration Consulting
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    • 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
    • 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
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/10—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
    • 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
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
    • 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
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide

Definitions

  • the field of the invention relates to the field of defrosting systems.
  • the field of the invention relates to the field of defrosting systems for industrial cold production installations.
  • the field of the invention relates to the field of defrosting systems for an NH3/CO2 cascade installation.
  • refrigeration circuits in which a refrigerant circulates, and which ensure “production of cold”. More precisely, “cold production” means capturing energy in a fluid to lower its molecular activity and therefore its temperature.
  • So-called single-stage systems are known in the prior art in which a heat transfer fluid circulates, and which generally include a compression system, a high-pressure condensation system, an expansion member and a low-pressure evaporation system.
  • Double-stage systems comprising a so-called high-pressure stage and a so-called low-pressure stage.
  • cascade systems such as in particular ammonia/carbon dioxide cascade systems.
  • it is generally carbon dioxide which circulates in the low pressure stage and ammonia which circulates in the high pressure stage.
  • Low temperature systems for industrial activity generally include evaporators, which are for example positioned in cold rooms or in freezing tunnels. These evaporators trap moisture during system operation and must therefore be defrosted at regular time intervals.
  • the high temperature fluid from the high pressure stage can be used to defrost the evaporators located in the low pressure stage.
  • An objective of the invention is to limit at least one of the aforementioned drawbacks.
  • the invention relates to a defrosting system for an NH3/CO2 cascade installation comprising:
  • thermodynamic circuit in which a volume of CO2 circulates in liquid or gaseous form comprising: o a first compressor for compressing at least a portion of the volume of CO2; o a first circuit of the first exchanger fluidly connected to an outlet of the first compressor, in which the compressed portion of the volume of CO2 is liquefied by heat exchange with a volume of NH3 circulating in liquid form in a second circuit of the first exchanger; o a first circuit of the second exchanger, in which at least a portion of the volume of liquid CO2 is evaporated by heat exchange with a volume of NH3 circulating in gaseous form in a second circuit of the second exchanger fluidly connected to an outlet of the second circuit of the first exchanger, o a second compressor fluidly connected to an outlet of the first circuit of the second exchanger to compress at least a portion of the volume of CO2 and deliver said compressed portion to a defrost circuit.
  • thermodynamic circuit in which a volume of NH3 circulates in liquid or gaseous form
  • a second thermodynamic circuit in which a volume of NH3 circulates in liquid or gaseous form
  • the second circuit of the first exchanger in which at least a portion of the volume of NH3 is evaporated by heat exchange with the portion of the volume of CO2 circulating in gaseous form in the first circuit of the first exchanger, the second circuit of the first exchanger being fluidly connected to a source from which said portion of the volume of NH3 is conveyed in expanded liquid form to said second circuit of the first exchanger, o the second circuit of the second exchanger in which the NH3 circulating in gaseous form is liquefied by heat exchange with the CO2 circulating in liquid form in the first circuit of the second exchanger.
  • One advantage is to improve defrosting performance by recovering calories from the NH3 circulating in the high pressure stage to transmit them to the CO2 circulating in the low pressure stage. Another advantage is to improve the coefficient of performance of the system.
  • the invention is of particular interest for the implementation of sequential defrosting on negative cold industrial installations requiring permanent operation with availability of hot gas at any time.
  • the defrosting system comprises a third compressor, an inlet of which is fluidly connected to the outlet of the second circuit of the first exchanger, and compressing at least a portion of the volume of NH3 evaporated in said second circuit of the first exchanger.
  • the defrosting system comprises a first liquid separator including:
  • a second inlet is fluidly connected to a source of ammonia from which a portion of the volume of NH3 is conveyed in liquid form and
  • One advantage is being able to store the liquefied ammonia leaving the second exchanger and making it available, for example, for the production of cold glycol.
  • the defrosting system comprises a third exchanger, and:
  • a second outlet of the first liquid separator is fluidly connected to an inlet of a first circuit of the third exchanger, to allow the routing of a liquid portion of the volume of NH3 from said first liquid separator to said first circuit of the third exchanger for evaporating said liquid portion by heat exchange with a volume of glycol water circulating in a second circuit of said third exchanger and,
  • an output of the first circuit of the third exchanger is fluidly connected to a third input of the first liquid separator, to allow the portion of the volume of NH3 evaporated in said first circuit of the third exchanger to be routed to said first liquid separator.
  • An advantage is to allow the reuse of the liquid ammonia stored in the first liquid separator and to reintroduce it in gaseous form.
  • the defrosting system comprises a tank including:
  • a first inlet is fluidly connected to an outlet of the first circuit of the first exchanger to allow the conveyance of the portion of the volume of CO2 liquefied towards the tank and
  • a first outlet is fluidly connected to an inlet of the first circuit of the second exchanger to allow the routing of at least one liquid portion of the volume of CO2 present in the tank towards said first circuit of the second exchanger.
  • a second inlet of the tank is fluidly connected to an output of the defrost circuit to allow the routing of a portion of the volume of CO2 to said tank and a second outlet of the tank is fluidly connected to the inlet of the first circuit of the first exchanger to allow the routing of a gaseous portion of the volume of CO2 present in the tank towards the first circuit of the first exchanger.
  • An advantage is to allow pressure equalization.
  • An advantage is to allow the recovery of CO2 at the outlet of the defrost circuit.
  • Another advantage is to allow the reintroduction of a gaseous portion of the CO2 into the first circuit of the first exchanger.
  • the defrosting system comprises a second liquid separator including:
  • an inlet is fluidly connected to a third outlet of the tank to allow the delivery of at least one portion liquid from the CO2 volume of the tank to the second liquid separator;
  • a first outlet is fluidly connected to the inlet of the second compressor to allow the routing of a gaseous portion of the volume of CO2 from the second liquid separator to the second compressor.
  • An advantage is to allow the subcooling of the gaseous CO2 upstream of its suction by the second compressor.
  • the defrosting system comprises a third liquid separator including:
  • a first inlet is fluidly connected to a second outlet of the second liquid separator, to allow the routing of a liquid portion of the volume of CO2 from the second liquid separator to the third liquid separator;
  • a first outlet is fluidly connected to the first compressor, to allow the routing of a gaseous portion of the volume of CO2 from the third liquid separator to the first compressor.
  • the source from which the portion of the volume of NH3 is conveyed in liquid form to the second circuit of the first exchanger is an outlet of a circuit of an ammonia liquefier.
  • the invention relates to a method of defrosting at least one piece of equipment to be defrosted by means of a defrosting system according to the first aspect of the invention comprising:
  • Fig.1 A defrosting system according to one embodiment of the invention comprising a first thermodynamic circuit in which circulates a volume of CO2 intended to circulate in a defrost circuit, and comprising a second thermodynamic circuit in which circulates a volume of NH3 intended to exchange thermal energy with said volume of CO2 through exchangers.
  • thermodynamic circuit comprises a plurality of CO2 compressors and in which the second thermodynamic circuit comprises a plurality of NH3 compressors.
  • the invention relates to a defrosting system 100 for an NH3/CO 2 cascade installation.
  • refrigeration installation is an installation comprising a refrigeration circuit, or refrigeration circuit, in which a refrigerant circulates through various thermal equipment.
  • a “cascade installation” is an installation made up of two independent refrigeration circuits: a high pressure circuit and a low pressure circuit.
  • a different refrigerant circulates in liquid or gaseous form in each of the two circuits and through channels fluidly connecting several thermal equipment together.
  • thermodynamic circuit Two refrigeration circuits independent of the NH3/CO2 cascade installation are called “first thermodynamic circuit” and second thermodynamic circuit”.
  • the refrigerant circulating in the first thermodynamic circuit is carbon dioxide, denoted CO2 in the remainder of the description, and intended to be used as a defrosting fluid.
  • the refrigerant circulating in the second thermodynamic circuit is ammonia, denoted NH3 in the remainder of the description, and intended to exchange thermal energy with the CO2 through different exchangers.
  • thermodynamic equipment refers to the different equipment through which the refrigerant fluids circulate in the first and second thermodynamic circuits. These include, for example, compressors, exchangers (such as liquefiers or evaporators), regulators, bottles, liquid separators, or any other type of equipment adapted to the operation of a defrosting system. for an NH3/CO2 cascade installation according to the invention.
  • the defrosting system 100 comprises a first thermodynamic circuit.
  • a volume of CO2 F1 circulates in the first thermodynamic circuit.
  • the volume of CO2 is for example in the form of a volume of a refrigerant fluid of type R-744.
  • the volume of CO2 F1 circulates in the first thermodynamic circuit in liquid or gaseous form, depending on the phase changes undergone by said volume of CO2 F1 as it travels through said first thermodynamic circuit, for example during its passage through various thermal equipment.
  • the temperature of the volume of CO2 F1 circulating in the first thermodynamic circuit is between -50°C and -5°C.
  • the first thermodynamic circuit comprises a first compressor Ci for compressing at least a portion of the volume of CO2.
  • the defrosting system 100 includes a first exchanger E1.
  • This is for example a multi-tubular exchanger or even a so-called “spray-chiller” exchanger in the Anglo-Saxon literature.
  • the first interchange Ei comprises a first circuit C1E1 which is part of the first thermodynamic circuit, and which is fluidly connected to an output of the first compressor Ci, that is to say to its outlet.
  • the portion of the volume of CO2 F1 compressed in the first compressor Ci circulates in the first circuit of the first exchanger C1E1.
  • This portion of the volume of CO2 F1 compressed in the first compressor Ci undergoes at least partially a phase change in the first circuit of the first exchanger C1E1, during which at least part of said portion of the volume of CO2 F1 is liquefied.
  • This liquefaction is enabled by a heat exchange with a second refrigerant which circulates in a second circuit of the first exchanger E1.
  • the first exchanger E1 comprises a second circuit C2E1 in which a volume of NH3 F2 circulates.
  • the second circuit of the first exchanger C2E1 is part of a second thermodynamic circuit of the defrosting system 100 in which a volume of NH3 F2 circulates.
  • the volume of NH3 F2 circulating in the second thermodynamic circuit is for example in the form of a refrigerant fluid of type R-717. At least a portion of the volume of NH3 F2 circulates in liquid form in the second circuit of the first exchanger C2E1, for example at a temperature higher than the temperature of the volume of CO2 F1.
  • the temperature of the volume of NH3 circulating in the second thermodynamic circuit is between -14°C and +35°C.
  • the defrosting system 100 includes a second exchanger E2.
  • This is for example a plate exchanger.
  • the second exchanger E 2 comprises a first circuit C1E2 forming part of the first thermodynamic circuit and a second circuit C2E2 forming part of the second thermodynamic circuit.
  • An input of the first circuit of the second exchanger C1E2 is fluidly connected to an output of the second circuit of the first exchanger C2E1.
  • At least a portion of the volume of NH3 F2 circulating in the second circuit of the first exchanger C2E1 is routed to the second circuit of the second exchanger C2E2.
  • This portion of the volume of NH3 F2 is routed to the second circuit of the second exchanger C2E2 in gaseous form due to the heat exchange in the first exchanger E1 leading to the evaporation of the volume of NH3 F2.
  • At least a portion of the volume of CO2 F1 circulating in the first circuit of the first exchanger C1E1 is routed to the first circuit of the second exchanger C1E1.
  • This portion of the volume of CO2 F1 is routed to the first circuit of the second exchanger C1E2 in liquid form due to the heat exchange in the first exchanger leading to the liquefaction of the volume of CO2 F1.
  • An output of the first circuit of the second exchanger C2E1 is fluidly connected to a second compressor C2.
  • the second compressor C2 belongs to the first thermodynamic circuit.
  • the portion of the volume of CO2 F1 is conveyed in gaseous form from an outlet of the first circuit of the second exchanger C1E2 to the second compressor C2 by the suction of said second compressor C2.
  • the second compressor C2 compresses the volume of CO2 F1.
  • the first thermodynamic circuit comprises an expansion member positioned between the outlet of the first circuit of the second exchanger C1E2 and the inlet of the second compressor C2.
  • This is for example a mechanical expansion valve of the external equalization type, or even an electronic expansion valve.
  • the output of the second compressor C2 is fluidly connected to a defrost circuit.
  • the volume of CO2 F1 which is in gaseous form and at high temperature is delivered by the second compressor C2 to the defrost circuit.
  • defrost circuit means a circuit comprising at least one piece of equipment defrost. These are, for example, evaporators in a freezing tunnel or a cold room.
  • the defrosting system 100 comprises a tank Bi.
  • Reservoir Bi belongs to the first thermodynamic circuit.
  • the Bi tank is, for example, equipped with a valve with a dip tube to ensure fluid supply even in the event of a low liquid level.
  • the Bi reservoir for example, comes in the form of a bottle. This is for example a horizontal bottle or a vertical bottle.
  • the tank Bi includes for example insulation of the body of said tank Bi.
  • the reservoir Bi comprises at least one inlet and at least one outlet, through which at least a portion of the volume of CO2 Fi circulates.
  • At least one inlet of tank B1 is for example connected to an output of the first circuit of the first exchanger C1E1.
  • At least one outlet of tank B1 is for example connected to an input of the first circuit of the second exchanger C1E2.
  • At least a portion of the volume of CO2 F1 included in the tank B1 is for example routed directly from said tank B1 to the first circuit of the second exchanger C1E2.
  • tank B1 is to compensate for volume variations in the volume of CO2 F1.
  • the storage capacity of the tank B1 is chosen so as to allow the entire volume of CO2 F1 circulating in the defrosting system 100 to be stored.
  • the tank B1 comprises for example a departure valve liquid.
  • An advantage is to be able to allow maintenance of the thermal equipment of the first thermodynamic circuit.
  • the defrosting system 100 comprises a third compressor C3.
  • the third C3 compressor belongs to the second thermodynamic circuit. It is therefore used to compress at least a portion of the volume of NH3 F2.
  • An input of the third compressor C3 is for example fluidly connected to an output of the second circuit of the first exchanger C2E1.
  • the third compressor C3 sucks for example at least a portion of the volume of NH3 F2 delivered at the outlet of the second circuit of the first exchanger C2E1.
  • the third compressor C3 compresses at least a portion of the volume of NH3 F2 evaporated in the second circuit of the first exchanger C2E1.
  • An output of the third compressor C3 is for example fluidly connected to an output of the second thermodynamic circuit.
  • the defrosting system 100 includes a pressure control device.
  • the pressure control device is for example connected to the second compressor C2 and to the third compressor C3.
  • the defrosting system 100 comprises a first liquid separator L s i.
  • the first liquid separator L if forms part of the second thermodynamic circuit.
  • the first liquid separator L si comprises for example a first inlet fluidly connected to an output of the second circuit of the second exchanger C2E2. In this case, at least a portion of the volume of NH3 F2 circulating in the second circuit of the second exchanger C2E2 is routed to the first liquid separator L s i.
  • the first liquid separator L if comprises for example a second inlet fluidly connected to a source of ammonia SNH3.
  • the ammonia source comprises for example an output of a circuit of an ammonia condenser.
  • the ammonia condenser is for example part of the second thermodynamic circuit.
  • At least a portion of the volume of NH3 F2 is for example conveyed from the ammonia source SNHS to the first liquid separator L S 1, for example in gaseous form.
  • a first outlet of the first liquid separator L si is fluidly connected to the inlet of the third compressor C3.
  • the defrosting system 100 comprises a third exchanger E3.
  • the third exchanger E3 belongs to the second thermodynamic circuit.
  • a second output of the first liquid separator L if is for example fluidly connected to an input of a first circuit of the third exchanger C1E3. This allows the routing of at least one liquid portion of the volume of NH3 F2 from said first liquid separator Lsi to said first circuit of the third exchanger C1E3.
  • Another fluid circulates for example in a second circuit of said third exchanger C2E3.
  • This is for example a volume of glycol water.
  • a volume of glycol water is meant a volume of water to which a percentage of ethylene glycol or propylene glycol has been added, for example 20%.
  • An advantage of brine is that the percentage of glycol added helps lower the melting point of the water.
  • brine presents less risk of freezing, even when it is not moving.
  • the volume of the fluid circulating in the second circuit of the third exchanger C2E3 makes it possible, for example, to evaporate the liquid portion of the volume of NH3 circulating in the first circuit of the third exchanger C1E3.
  • This evaporation of the liquid portion of the volume of NH3 F2 is made possible by a heat exchange between said liquid portion and said fluid circulating in the second circuit of the third exchanger C2E3.
  • An output of the first circuit of the third exchanger C1E3 is for example fluidly connected to a third input of the first liquid separator L s i. This allows said evaporated portion of the volume of NH3 F2 to be conveyed to said first liquid separator L s i.
  • the defrosting system comprises a second liquid separator L S 2.
  • the first liquid separator L si comprises for example a first inlet connected to an outlet of the bottle Bi. This is for example an output different from the output fluidly connected to the first circuit of the second exchanger C1E2.
  • the defrosting system 100 comprises an injection valve positioned in the first thermodynamic circuit between an outlet of the bottle B1 and an inlet of the first liquid separator L s i.
  • the first liquid separator L if comprises a first outlet fluidly connected to an inlet of the second compressor C2.
  • An advantage is to allow the subcooling of a portion of the gaseous CO2 before its delivery to the second C2 compressor. This sub-cooling makes it possible in particular to improve the net cooling capacity of compressor C2, and therefore the overall coefficient of performance of the installation.
  • the defrosting system 100 comprises a third liquid separator L S 3.
  • the third liquid separator L S 3 comprises for example a first inlet fluidly connected to an outlet of the second liquid separator L S 2.
  • the defrost system 100 includes, for example, frequency variators to regulate the power of the compressors Ci, C2, C 3 .
  • the invention relates to a method of defrosting at least one piece of equipment to be defrosted.
  • the method is implemented by means of a defrosting system according to any one of the embodiments according to the first aspect of the invention.
  • the defrosting method according to the invention comprises the implementation of the following steps:
  • thermodynamic circuit The routing of fluids through the thermal equipment of the first thermodynamic circuit and the second thermodynamic circuit is enabled by the aspirations of the different compressors Ci, C2 and C3
  • Compressors Ci, C2 and Cs are for example piston compressors, scroll or spiro-orbital compressors, rotary compressors, screw compressors, turbochargers, or even a combination of these compressor technologies.
  • the defrost system 100 may include a number of compressors greater than three, for example six compressors. These are, for example, three CO2 compressors and three NH3 compressors as illustrated in Figure 2.

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Abstract

L'invention concerne un système de dégivrage (100) pour une installation en cascade NH3/CO2 comprenant: • un premier échangeur (E1); • un deuxième échangeur (E2); • un premier circuit thermodynamique dans lequel circule un volume de CO2 sous forme liquide ou gazeuse; • un deuxième circuit thermodynamique dans lequel circule un volume de NH3 sous forme liquide ou gazeuse.

Description

SYSTEME DE DEGIVRAGE POUR UNE INSTALLATION EN CASCADE NH3/CO2
Domaine de l’invention
Le domaine de l’invention se rapporte au domaine des systèmes de dégivrage.
En particulier, le domaine de l’invention se rapporte au domaine des systèmes de dégivrage pour des installations industrielles de production de froid.
Plus particulièrement, le domaine de l’invention se rapporte au domaine des systèmes de dégivrages pour une installation en cascade NH3/CO2.
État de la technique
On connaît dans l’art antérieur des circuits dits frigorifiques dans lesquels circule un fluide frigorigène, et qui assurent une « production de froid ». Plus précisément, on entend par « production de froid » le fait de capter de l’énergie dans un fluide pour abaisser son activité moléculaire et donc sa température.
On connaît dans l’art antérieur des systèmes dits à simple étage dans lesquels circule un fluide caloporteur, et qui comprennent généralement un système de compression, un système de condensation haute pression, un organe de détente et un système d’évaporation basse pression.
On connaît également dans l’art antérieur des systèmes plus adaptés à l’activité industrielle, car ils permettent d’atteindre des températures très basses allant jusqu’à -53°C, par exemple pour des activités de surgélation ou de stockage négatif. Il s’agit généralement de systèmes dits « doubles étages », comprenant un étage dit haute pression et un étage dit basse pression.
Parmi ces systèmes, on connaît des systèmes en cascade, tels que notamment les systèmes en cascade ammoniac / dioxyde de carbone. Dans ces systèmes, c’est généralement le dioxyde de carbone qui circule dans l’étage basse pression et l’ammoniac qui circule dans l’étage haute pression.
La mise en œuvre de tels systèmes est particulièrement intéressante pour des températures basses, notamment inférieures à -33°C, qui correspond à la température d’ébullition de l’ammoniac à pression atmosphérique. Pour l’ammoniac, en deçà de cette température et à une pression inférieure à la pression atmosphérique, des conséquences négatives peuvent être engendrées sur l’installation, notamment une dégradation du coefficient de performance.
Les systèmes à basse température pour l’activité industrielle comprennent généralement des évaporateurs, qui sont par exemple positionnés dans des chambres froides ou dans des tunnels de surgélation. Ces évaporateurs piègent de l’humidité lors du fonctionnement du système et doivent donc être dégivrés à intervalles de temps réguliers.
Dans le cas d’un système double étage utilisant un même fluide sur les deux étages, le fluide à haute température de l’étage haute pression peut être utilisé pour dégivrer les évaporateurs qui se trouvent à l’étage basse pression.
Or, dans le cas d’un système double étage utilisant un fluide différent sur l’étage haute pression et l’étage basse pression, un problème se pose puisqu’il n’est possible d’utiliser que le fluide se trouvant sur le même étage que les évaporateurs, c’est-à-dire l’étage basse pression, pour dégivrer ces derniers. Il en résulte une perte d’efficacité dans le dégivrage et donc des performances dégradées et un risque de détérioration voire d’arrêt de fonctionnement du système en cas d’impossibilité de dégivrer efficacement les évaporateurs.
Dès lors, il existe un besoin d’améliorer les performances de dégivrage dans les systèmes à double étage, et plus particulièrement les cascades ammoniac/ dioxyde de carbone.
Un objectif de l’invention est de limiter au moins un des inconvénients précités.
Résumé de l’invention
Selon un premier aspect, l’invention concerne un système de dégivrage pour une installation en cascade NH3/CO2 comprenant :
• un premier échangeur ;
• un deuxième échangeur ;
• un premier circuit thermodynamique dans lequel circule un volume de CO2 sous forme liquide ou gazeuse comprenant : o un premier compresseur pour comprimer au moins une portion du volume de CO2 ; o un premier circuit du premier échangeur connecté fluidiquement à une sortie du premier compresseur, dans lequel la portion du volume de CO2 comprimée est liquéfiée par échange calorifique avec un volume de NH3 circulant sous forme liquide dans un deuxième circuit du premier échangeur ; o un premier circuit du deuxième échangeur, dans lequel au moins une portion du volume de CO2 liquide est évaporée par échange calorifique avec un volume de NH3 circulant sous forme gazeuse dans un deuxième circuit du deuxième échangeur connecté fluidiquement à une sortie du deuxième circuit du premier échangeur, o un deuxième compresseur connecté fluidiquement à une sortie du premier circuit du deuxième échangeur pour comprimer au moins une portion du volume de CO2 et délivrer ladite portion comprimée vers un circuit de dégivrage.
• un deuxième circuit thermodynamique dans lequel circule un volume de NH3 sous forme liquide ou gazeuse comprenant : o le deuxième circuit du premier échangeur, dans lequel au moins une portion du volume de NH3 est évaporée par échange calorifique avec la portion du volume de CO2 circulant sous forme gazeuse dans le premier circuit du premier échangeur, le deuxième circuit du premier échangeur étant connecté fluidiquement à une source depuis laquelle ladite portion du volume de NH3 est acheminée sous forme liquide détendu vers ledit deuxième circuit du premier échangeur, o le deuxième circuit du deuxième échangeur dans lequel le NH3 circulant sous forme gazeuse est liquéfié par échange calorifique avec le CO2 circulant sous forme liquide dans le premier circuit du deuxième échangeur.
Un avantage est d’améliorer les performances de dégivrage en récupérant des calories du NH3 circulant dans l’étage haute pression pour les transmettre au CO2 circulant dans l’étage basse pression. Un autre avantage est d’améliorer le coefficient de performance du système.
L’invention présente un intérêt particulier pour la mise en œuvre d’un dégivrage séquentiel sur des installations industrielles de froid négatif nécessitant un fonctionnement permanent avec une disponibilité de gaz chaud à tout moment.
Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage comprend un troisième compresseur dont une entrée est connectée fluidiquement à la sortie du deuxième circuit du premier échangeur, et comprimant au moins une portion du volume de NH3 évaporé dans ledit deuxième circuit du premier échangeur.
Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage comprend un premier séparateur de liquide dont :
• une première entrée est connectée fluidiquement à une sortie du deuxième circuit du deuxième échangeur et,
• une deuxième entrée est connectée fluidiquement à une source d’ammoniac depuis laquelle une portion du volume de NH3 est acheminée sous forme liquide et,
• une première sortie est connectée fluidiquement à l’entrée du troisième compresseur.
Un avantage est de pouvoir stocker l’ammoniac liquéfié sortant du deuxième échangeur et de le rendre disponible par exemple pour une production de glycol froid.
Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage comprend un troisième échangeur, et :
• une deuxième sortie du premier séparateur de liquide est connectée fluidiquement à une entrée d’un premier circuit du troisième échangeur, pour permettre l’acheminement d’une portion liquide du volume de NH3 depuis ledit premier séparateur de liquide vers ledit premier circuit du troisième échangeur pour évaporer ladite portion liquide par échange calorifique avec un volume d’eau glycolée circulant dans un deuxième circuit dudit troisième échangeur et,
• une sortie du premier circuit du troisième échangeur est connectée fluidiquement à une troisième entrée du premier séparateur de liquide, pour permettre l’acheminement de la portion du volume de NH3 évaporé dans ledit premier circuit du troisième échangeur vers ledit premier séparateur de liquide.
Un avantage est de permettre la réutilisation de l’ammoniac liquide stocké dans le premier séparateur de liquide et de le réintroduire sous forme gazeuse.
Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage comprend un réservoir dont :
• une première entrée est connectée fluidiquement à une sortie du premier circuit du premier échangeur pour permettre l’acheminement de la portion du volume de CO2 liquéfiée vers le réservoir et,
• une première sortie est connectée fluidiquement à une entrée du premier circuit du deuxième échangeur pour permettre l’acheminement d'au moins une portion liquide du volume de CO2 présent dans le réservoir vers ledit premier circuit du deuxième échangeur.
Selon un mode de réalisation, une deuxième entrée du réservoir est connectée fluidiquement à une sortie du circuit de dégivrage pour permettre l’acheminement d’une portion du volume de CO2 vers ledit réservoir et une deuxième sortie du réservoir est connectée fluidiquement à l’entrée du premier circuit du premier échangeur pour permettre l’acheminement d’une portion gazeuse du volume de CO2 présent dans le réservoir vers le premier circuit du premier échangeur.
Un avantage est de permettre une égalisation de pression.
Un avantage est de permettre la récupération du CO2 en sortie du circuit de dégivrage.
Un autre avantage est de permettre la réintroduction d’une portion gazeuse du CO2 en entrée du premier circuit du premier échangeur.
Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage comprend un deuxième séparateur de liquide dont :
• une entrée est connectée fluidiquement à une troisième sortie du réservoir pour permettre l’acheminement d’au moins une portion liquide du volume de CO2 du réservoir vers le deuxième séparateur de liquide ;
• une première sortie est connectée fluidiquement à l’entrée du deuxième compresseur pour permettre l’acheminement d’une portion gazeuse du volume de CO2 du deuxième séparateur de liquide vers le deuxième compresseur.
Un avantage est de permettre le sous-refroidissement du CO2 gazeux en amont de son aspiration par le deuxième compresseur.
Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage comprend un troisième séparateur de liquide dont :
• une première entrée est connectée fluidiquement à une deuxième sortie du deuxième séparateur de liquide, pour permettre l’acheminement d’une portion liquide du volume de CO2 du deuxième séparateur de liquide vers le troisième séparateur de liquide ;
• une première sortie est connectée fluidiquement au premier compresseur, pour permettre l’acheminement d’une portion gazeuse du volume de CO2 du troisième séparateur de liquide vers le premier compresseur.
Selon un mode de réalisation, la source depuis laquelle la portion du volume de NH3 est acheminée sous forme liquide vers le deuxième circuit du premier échangeur est une sortie d’un circuit d’un liquéfacteur ammoniac.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé de dégivrage d’au moins un équipement à dégivrer au moyen d’un système de dégivrage selon le premier aspect de l’invention comprenant :
• Acheminement d’au moins une portion d’un volume de CO2 de la sortie d’un premier compresseur vers une entrée d’un premier circuit d’un premier échangeur ;
• Acheminement d’au moins une portion d’un volume de NH3 d’une source vers une entrée d’un deuxième circuit du premier échangeur ;
• Acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 d’une sortie du premier circuit du premier échangeur vers un réservoir ; • Acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 du réservoir vers un premier circuit d’un deuxième échangeur ;
• Acheminement d’au moins une portion du volume de NH3 d’une sortie du deuxième circuit du premier échangeur vers une entrée d’un premier circuit du deuxième échangeur ;
• Acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 d’une sortie du premier circuit du deuxième échangeur vers une entrée d’un deuxième compresseur ;
• Acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 d’une sortie du deuxième compresseur vers un circuit de dégivrage comprenant l’équipement à dégivrer, pour dégivrer ledit équipement à dégivrer ;
• Acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 d’une sortie du circuit de dégivrage vers le réservoir.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées qui illustrent :
Fig.1 : Un système de dégivrage selon un mode de réalisation de l’invention comprenant un premier circuit thermodynamique dans lequel circule un volume de CO2 destiné à circuler dans un circuit de dégivrage, et comprenant un deuxième circuit thermodynamique dans lequel circule un volume de NH3 destiné à échanger de l’énergie thermique avec ledit volume de CO2 au travers d’échangeurs.
Fig.2 : Un système de dégivrage selon un mode de réalisation de l’invention dans lequel le premier circuit thermodynamique comprend une pluralité de compresseurs CO2 et dans lequel le deuxième circuit thermodynamique comprend une pluralité de compresseurs NH3.
Description de l’invention
Selon un premier aspect, en référence à la figure 1 , l'invention concerne un système de dégivrage 100 pour une installation en cascade NH3/ CO2.
Dans la présente description : • on appelle « installation frigorifique » une installation comprenant un circuit frigorifique, ou circuit de réfrigération, dans lequel circule un fluide frigorigène au travers de divers équipements thermiques.
• on appelle « installation en cascade » une installation composée de deux circuits de réfrigération indépendants : un circuit haute pression et un circuit basse pression. Un fluide frigorigène différent circule sous forme liquide ou gazeuse dans chacun des deux circuits et au travers de canaux reliant fluidiquement plusieurs équipements thermiques entre eux.
• Dans le cadre de l’invention, on fait référence à une installation en cascade NH3/CO2. Deux circuits de réfrigération indépendants de l’installation en cascade NH3/CO2 sont dénommés « premier circuit thermodynamique » et deuxième circuit thermodynamique ». Le fluide frigorigène circulant dans le premier circuit thermodynamique est du dioxyde de carbone, noté CO2 dans la suite de la description, et destiné à être utilisé comme fluide de dégivrage. Le fluide frigorigène circulant dans le deuxième circuit thermodynamique est de l’ammoniac, noté NH3 dans la suite de la description, et destiné à échanger de l’énergie thermique avec le CO2 au travers de différents échangeurs.
• on appelle « équipements thermiques » les différents équipements au travers desquels circulent les fluides frigorigènes dans les premiers et deuxièmes circuits thermodynamiques. Il s’agit par exemple de compresseurs, d’échangeurs (tel que des liquéfacteurs ou des évaporateurs), de détendeurs, de bouteilles, de séparateurs de liquides, ou encore tout autre type d’équipement adapté au fonctionnement d’un système de dégivrage pour une installation en cascade NH3/CO2 selon l’invention.
• on fait référence à des « entrées » et des « sorties » des différents équipements thermiques pour indiquer un sens de circulation des fluides au travers de ces équipements. Par exemple, on désigne une « entrée » d’un compresseur pour faire référence au point d’entrée d’un fluide dans ce compresseur et une « sortie » du même compresseur pour faire référence à son point de refoulement. En d’autres termes, les fluides circulent au travers des différents équipements thermiques de leur(s) « entrée(s) » vers leur(s) « sortie(s) ». En fonction des équipements thermiques, la quantité de fluide pourra varier entre un point d’entrée et un point de sortie. C’est pourquoi, dans la présente description, on fera référence à « au moins une portion d'un volume » d’un fluide donné pour désigner un volume d’un fluide en sortie d’un équipement thermique donné.
Un mode de réalisation préféré d’un système de dégivrage 100 pour une installation en cascade NH3/CO2 selon l’invention est à présent décrit, en référence à la figure 1 .
PREMIER CIRCUIT THERMODYNAMIQUE : COMPRESSEUR CO2 ET PREMIER CIRCUIT DU PREMIER ECHANGEUR NH3/CO2
Le système de dégivrage 100 comprend un premier circuit thermodynamique. Un volume de CO2 F1 circule dans le premier circuit thermodynamique. Le volume de CO2 se présente par exemple sous la forme d’un volume d’un fluide frigorigène de type R-744. Le volume de CO2 F1 circule dans le premier circuit thermodynamique sous forme liquide ou gazeuse, en fonction des changements de phase subis par ledit volume de CO2 F1 au fur et à mesure de son parcours dans ledit premier circuit thermodynamique, par exemple lors de son passage au travers de divers équipements thermiques.
Avantageusement, la température du volume de CO2 F1 circulant dans le premier circuit thermodynamique est comprise entre -50°C et -5°C.
Le premier circuit thermodynamique comprend un premier compresseur Ci pour comprimer au moins une portion du volume de CO2.
Le système de dégivrage 100 comprend un premier échangeur E1. Il s’agit par exemple d’un échangeur multitubulaire ou encore d’un échangeur dit « spray-chiller » dans la littérature anglo-saxonne. Le premier échangeur Ei comprend un premier circuit C1E1 qui fait partie du premier circuit thermodynamique, et qui est connecté fluidiquement à une sortie du premier compresseur Ci, c’est-à-dire à son refoulement.
Par conséquent, la portion du volume de CO2 F1 comprimée dans le premier compresseur Ci circule dans le premier circuit du premier échangeur C1E1. Cette portion du volume de CO2 F1 comprimée dans le premier compresseur Ci subit au moins partiellement un changement de phase dans le premier circuit du premier échangeur C1E1, au cours duquel au moins une partie de ladite portion du volume de CO2 F1 est liquéfiée.
Cette liquéfaction est permise par un échange calorifique avec un deuxième fluide frigorigène qui circule dans un deuxième circuit du premier échangeur E1.
DEUXIEME CIRCUIT THERMODYNAMIQUE : DEUXIEME CIRCUIT DU PREMIER ECHANGEUR NH3/CO2
Le premier échangeur E1 comprend un deuxième circuit C2E1 dans lequel circule un volume de NH3 F2. Le deuxième circuit du premier échangeur C2E1 fait partie d’un deuxième circuit thermodynamique du système de dégivrage 100 dans lequel circule un volume de NH3 F2. Le volume de NH3 F2 circulant dans le deuxième circuit thermodynamique se présente par exemple sous la forme d’un fluide frigorigène de type R-717. Au moins une portion du volume de NH3 F2 circule sous forme liquide dans le deuxième circuit du premier échangeur C2E1, par exemple à une température supérieure à la température du volume de CO2 F1.
Avantageusement, la température du volume de NH3 circulant dans le deuxième circuit thermodynamique est comprise entre -14°C et +35°C.
DEUXIEME ECHANGEUR NH3/ CO2 : LIQUEFACTEUR NH3
Le système de dégivrage 100 comprend un deuxième échangeur E2. Il s’agit par exemple d’un échangeur à plaques. Le deuxième échangeur E2 comprend un premier circuit C1E2 faisant partie du premier circuit thermodynamique et un deuxième circuit C2E2 faisant partie du deuxième circuit thermodynamique. Une entrée du premier circuit du deuxième échangeur C1E2 est connectée fluidiquement à une sortie du deuxième circuit du premier échangeur C2E1.
Au moins une portion du volume de NH3 F2 circulant dans le deuxième circuit du premier échangeur C2E1 est acheminée vers le deuxième circuit du deuxième échangeur C2E2. Cette portion du volume de NH3 F2 est acheminée vers le deuxième circuit du deuxième échangeur C2E2 sous forme gazeuse en raison de l’échange calorifique dans le premier échangeur E1 entraînant l’évaporation du volume de NH3 F2.
Au moins une portion du volume de CO2 F1 circulant dans le premier circuit du premier échangeur C1E1 est acheminée vers le premier circuit du deuxième échangeur C1E1. Cette portion du volume de CO2 F1 est acheminée vers le premier circuit du deuxième échangeur C1E2 sous forme liquide en raison de l’échange calorifique dans le premier échangeur entraînant la liquéfaction du volume de CO2 F1.
Une sortie du premier circuit du deuxième échangeur C2E1 est connectée fluidiquement à un deuxième compresseur C2. Le deuxième compresseur C2 appartient au premier circuit thermodynamique. La portion du volume de CO2 F1 est acheminée sous forme gazeuse d’une sortie du premier circuit du deuxième échangeur C1E2 vers le deuxième compresseur C2 par l’aspiration dudit deuxième compresseur C2. Le deuxième compresseur C2 comprime le volume de CO2 F1.
Selon un mode de réalisation, le premier circuit thermodynamique comprend un organe de détente positionné entre la sortie du premier circuit du deuxième échangeur C1E2 et l’entrée du deuxième compresseur C2. Il s’agit par exemple d’un détendeur mécanique de type à égalisation externe, ou encore d’un détendeur électronique.
PREMIER CIRCUIT THERMODYNAMIQUE : CIRCUIT DE DEGIVRAGE
La sortie du deuxième compresseur C2, c’est-à-dire son refoulement, est connectée fluidiquement à un circuit de dégivrage. Le volume de CO2 F1 qui se trouve sous forme gazeuse et à haute température est refoulé par le deuxième compresseur C2 vers le circuit de dégivrage. On entend par « circuit de dégivrage » un circuit comprenant au moins un équipement à dégivrer. Il s’agit par exemple d’évaporateurs d’un tunnel de surgélation ou d’une chambre froide.
PREMIER CIRCUIT THERMODYNAMIQUE : BOUTEILLE CO2
Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage 100 comprend un réservoir Bi. Le réservoir Bi appartient au premier circuit thermodynamique. Le réservoir Bi est par exemple muni d’une vanne avec un tube plongeur pour assurer l’alimentation en fluide même en cas de niveau bas de liquide. Le réservoir Bi se présente par exemple sous la forme d’une bouteille. Il s’agit par exemple d’une bouteille horizontale ou d’une bouteille verticale. Le réservoir Bi comprend par exemple une isolation du corps dudit réservoir Bi.
Le réservoir Bi comprend au moins une entrée et au moins une sortie, au travers desquelles circule au moins une portion du volume de CO2 Fi.
Au moins une entrée du réservoir B1 est par exemple connectée à une sortie du premier circuit du premier échangeur C1E1.
Au moins une sortie du réservoir B1 est par exemple connectée à une entrée du premier circuit du deuxième échangeur C1E2.
Dans ce cas, au moins une portion du volume de CO2 F1 compris dans le réservoir B1 est par exemple acheminée directement depuis ledit réservoir B1 vers le premier circuit du deuxième échangeur C1E2.
Un avantage du réservoir B1 est de compenser les variations de volume du volume de CO2 F1.
Selon un mode de réalisation, la capacité de stockage du réservoir B1 est choisie de sorte à permettre de stocker la totalité du volume de CO2 F1 circulant dans le système de dégivrage 100. Dans ce cas, le réservoir B1 comprend par exemple une vanne de départ liquide.
Un avantage est de pouvoir permettre une maintenance des équipements thermiques du premier circuit thermodynamique.
DEUXIEME CIRCUIT THERMODYNAMIQUE : COMPRESSEUR NH3
Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage 100 comprend un troisième compresseur C3. Le troisième compresseur C3 appartient au deuxième circuit thermodynamique. Il sert donc à comprimer au moins une portion du volume de NH3 F2.
Une entrée du troisième compresseur C3 est par exemple connectée fluidiquement à une sortie du deuxième circuit du premier échangeur C2E1. Le troisième compresseur C3 aspire par exemple au moins une portion du volume de NH3 F2 délivré en sortie du deuxième circuit du premier échangeur C2E1. Dans ce cas, le troisième compresseur C3 comprime au moins une portion du volume de NH3 F2 évaporé dans le deuxième circuit du premier échangeur C2E1.
Une sortie du troisième compresseur C3 est par exemple connectée fluidiquement à une sortie du deuxième circuit thermodynamique.
Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage 100 comprend un dispositif de contrôle de pression.
Le dispositif de contrôle de pression est par exemple connecté au deuxième compresseur C2 et au troisième compresseur C3.
DEUXIEME CIRCUIT THERMODYNAMIQUE : PREMIER SEPARATEUR DE LIQUIDE
Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage 100 comprend un premier séparateur de liquide Lsi. Le premier séparateur de liquide Lsi fait partie du deuxième circuit thermodynamique.
Le premier séparateur de liquide Lsi comprend par exemple une première entrée connectée fluidiquement à une sortie du deuxième circuit du deuxième échangeur C2E2. Dans ce cas, au moins une portion du volume de NH3 F2 circulant dans le deuxième circuit du deuxième échangeur C2E2 est acheminée vers le premier séparateur de liquide Lsi.
Le premier séparateur de liquide Lsi comprend par exemple une deuxième entrée connectée fluidiquement à une source d’ammoniac SNH3. La source d’ammoniac comprend par exemple une sortie d’un circuit d’un condenseur ammoniac. Le condenseur ammoniac fait par exemple partie du deuxième circuit thermodynamique.
Au moins une portion du volume de NH3 F2 est par exemple acheminée depuis la source d’ammoniac SNHS vers le premier séparateur de liquide LS1 , par exemple sous forme gazeuse. Selon un mode de réalisation, une première sortie du premier séparateur de liquide Lsi est connectée fluidiquement à l’entrée du troisième compresseur C3.
DEUXIEME CIRCUIT THERMODYNAMIQUE : TROISIEME ECHANGEUR
Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage 100 comprend un troisième échangeur E3. Le troisième échangeur E3 appartient au deuxième circuit thermodynamique.
Une deuxième sortie du premier séparateur de liquide Lsi est par exemple connectée fluidiquement à une entrée d’un premier circuit du troisième échangeur C1E3. Cela permet l’acheminement d’au moins une portion liquide du volume de NH3 F2 depuis ledit premier séparateur de liquide Lsi vers ledit premier circuit du troisième échangeur C1E3. Un autre fluide circule par exemple dans un deuxième circuit dudit troisième échangeur C2E3. Il s’agit par exemple d’un volume d’eau glycolée. On entend par « un volume d’eau glycolée » un volume d’eau auquel un pourcentage d’éthylène glycol ou de propylène glycol a été ajouté, par exemple 20%.
Un avantage de l’eau glycolée est que le pourcentage de glycol ajouté permet d’abaisser le point de fusion de l’eau.
Un autre avantage de l’eau glycolée est que cette dernière présente moins de risque de geler, même lorsque celle-ci n’est pas en mouvement.
Le volume du fluide circulant dans le deuxième circuit du troisième échangeur C2E3 permet par exemple d’évaporer la portion liquide du volume de NH3 circulant dans le premier circuit du troisième échangeur C1E3. Cette évaporation de la portion liquide du volume de NH3 F2 est rendue possible par un échange calorifique entre ladite portion liquide et ledit fluide circulant dans le deuxième circuit du troisième échangeur C2E3.
Une sortie du premier circuit du troisième échangeur C1E3 est par exemple connectée fluidiquement à une troisième entrée du premier séparateur de liquide Lsi. Cela permet l’acheminement de ladite portion évaporée du volume de NH3 F2 vers ledit premier séparateur de liquide Lsi.
PREMIER CIRCUIT THERMODYNAMIQUE : DEUXIEME SEPARATEUR DE LIQUIDE Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage comprend un deuxième séparateur de liquide LS2.
Le premier séparateur de liquide Lsi comprend par exemple une première entrée connectée à une sortie de la bouteille Bi. Il s’agit par exemple d’une sortie différente de la sortie connectée fluidiquement au premier circuit du deuxième échangeur C1E2.
Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage 100 comprend une vanne d’injection positionnée dans le premier circuit thermodynamique entre une sortie de la bouteille B1 et une entrée du premier séparateur de liquide Lsi.
Selon un mode de réalisation, le premier séparateur de liquide Lsi comprend une première sortie connectée fluidiquement à une entrée du deuxième compresseur C2.
Un avantage est de permettre le sous-refroidissement d’une portion du CO2 gazeux avant son acheminement vers le deuxième compresseur C2. Ce sous-refroidissement permet notamment d’améliorer la puissance frigorifique nette du compresseur C2, et donc le coefficient de performance global de l’installation.
PREMIER CIRCUIT THERMODYNAMIQUE : TROISIEME SEPARATEUR DE LIQUIDE
Selon un mode de réalisation, le système de dégivrage 100 comprend un troisième séparateur de liquide LS3. Le troisième séparateur de liquide LS3 comprend par exemple une première entrée connectée fluidiquement à une sortie du deuxième séparateur de liquide LS2.
Le système de dégivrage 100 comprend par exemple des variateurs de fréquence pour réguler la puissance des compresseurs Ci , C2, C3.
PROCEDE DE DEGIVRAGE MIS EN ŒUVRE PAR LE SYSTEME
Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé de dégivrage d’au moins un équipement à dégivrer. Le procédé est mis en œuvre au moyen d’un système de dégivrage selon l’un quelconque des modes de réalisations selon le premier aspect de l’invention. Le procédé de dégivrage selon l’invention comprend la mise en œuvre des étapes suivantes :
• L’acheminement d’au moins une portion d’un volume de CO2 F1 de la sortie du premier compresseur Ci vers une entrée du premier circuit du premier échangeur C1E1.
• L’acheminement d’au moins une portion d’un volume de NH3 F2 d’une source d’ammoniac SNHS, par exemple une sortie d’un compresseur ammoniac, vers une entrée du deuxième circuit du premier échangeur C2E1.
• L’acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 F1 d’une sortie du premier circuit du premier échangeur C1E1 vers le réservoir Bi.
• L’acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 F1 du réservoir B1 vers le deuxième circuit du deuxième échangeur C1E2.
• L’acheminement d’au moins une portion du volume de NH3 F2 d’une sortie du deuxième circuit du premier échangeur C2E1 vers une entrée du premier circuit du deuxième échangeur C1E2.
• L’acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 F1 d’une sortie du premier circuit du deuxième échangeur C1E2 vers une entrée du deuxième compresseur C2.
• L’acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 F1 d’une sortie du deuxième compresseur C2 vers un circuit de dégivrage 10 comprenant au moins un équipement à dégivrer.
• L’acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 F1 d’une sortie du circuit de dégivrage 10 vers le réservoir B1.
Les acheminements des fluides au travers des équipements thermiques du premier circuit thermodynamique et du deuxième circuit thermodynamique sont permis par les aspirations des différents compresseurs Ci , C2 et C3
Les compresseurs Ci, C2 et Cssont par exemple des compresseurs à piston, des compresseurs « scrolls » ou spiro-orbitaux, des compresseurs rotatifs, des compresseurs à vis, des turbocompresseurs, ou encore une combinaison de ces technologies de compresseurs. Le système de dégivrage 100 peut comprendre un nombre de compresseurs supérieur à trois, par exemple six compresseurs. Il s’agit par exemple de trois compresseurs CO2 et de trois compresseurs NH3 comme illustré en figure 2.

Claims

REVENDICATIONS Un système de dégivrage (100) pour une installation en cascade NH3/CO2 comprenant :
■ un premier échangeur (E1) ;
■ un deuxième échangeur (E2) ;
■ un premier circuit thermodynamique dans lequel circule un volume de CO2 (F1) sous forme liquide ou gazeuse comprenant : o un premier compresseur (Ci) pour comprimer au moins une portion du volume de CO2 (F1) ; o un premier circuit du premier échangeur (C1E1) connecté fluidiquement à une sortie du premier compresseur (Ci), dans lequel la portion du volume de CO2 (F1) comprimée est liquéfiée par échange calorifique avec un volume de NH3 (F2) circulant sous forme liquide dans un deuxième circuit du premier échangeur (C2E1) ; o un premier circuit du deuxième échangeur (C1E2), dans lequel au moins une portion du volume de CO2 (F1) liquéfié est évaporée par échange calorifique avec un volume de NH3 (F2) circulant sous forme gazeuse dans un deuxième circuit du deuxième échangeur (C2E2) connecté fluidiquement à une sortie du deuxième circuit du premier échangeur (C2E1), o un deuxième compresseur (C2) connecté fluidiquement à une sortie du premier circuit du deuxième échangeur (C1E2) pour comprimer au moins une portion du volume de CO2 (F1) et délivrer ladite portion comprimée vers un circuit de dégivrage (10).
■ un deuxième circuit thermodynamique dans lequel circule un volume de NH3 (F2) sous forme liquide ou gazeuse comprenant : o ie deuxième circuit du premier échangeur (C2E1), dans lequel au moins une portion du volume de NH3 (F2) est évaporée par échange calorifique avec la portion du volume de CO2 (F1) circulant sous forme gazeuse dans le premier circuit du premier échangeur (C1E1), le deuxième circuit du premier échangeur (C2E1) étant connecté fluidiquement à une source (SNHS) depuis laquelle ladite portion du volume de NH3 (F2) est acheminée sous forme liquide détendu vers ledit deuxième circuit du premier échangeur (C2E1) o le deuxième circuit du deuxième échangeur (C2E2) dans lequel le NH3 (F2) circulant sous forme gazeuse est liquéfié par échange calorifique avec le CO2 (F1) circulant sous forme liquide dans le premier circuit du deuxième échangeur (C1E2). Système de dégivrage (100) selon la revendication 1 , comprenant un troisième compresseur (C3) dont une entrée est connectée fluidiquement à la sortie du deuxième circuit du premier échangeur (C2E1), et comprimant au moins une portion du volume de NH3 (F2) évaporé dans ledit deuxième circuit du premier échangeur (C2E1). Système de dégivrage (100) selon la revendication 2, comprenant un premier séparateur de liquide (Lsi) dont :
■ une première entrée est connectée fluidiquement à une sortie du deuxième circuit du deuxième échangeur (C2E2) et,
■ une deuxième entrée est connectée fluidiquement à une source d’ammoniac (SNHS) depuis laquelle une portion du volume de NH3 (F2) est acheminée sous forme liquide et,
■ une première sortie est connectée fluidiquement à l’entrée du troisième compresseur (C3). Système de dégivrage (100) selon la revendication 3, comprenant un troisième échangeur (E3), et dans lequel :
■ une deuxième sortie du premier séparateur de liquide (Lsi) est connectée fluidiquement à une entrée d’un premier circuit du troisième échangeur (C1E3), pour permettre l’acheminement d’une portion liquide du volume de NH3 (F2) depuis ledit premier séparateur de liquide (Lsi) vers ledit premier circuit du troisième échangeur (C1E3) pour évaporer ladite portion liquide par échange calorifique avec un volume d’eau glycolée circulant dans un deuxième circuit dudit troisième échangeur (C2E3) et,
■ une sortie du premier circuit du troisième échangeur (C1E3) est connectée fluidiquement à une troisième entrée du premier séparateur de liquide (Lsi ), pour permettre l’acheminement de la portion du volume de NH3 évaporé dans ledit premier circuit du troisième échangeur (C1E3) vers ledit premier séparateur de liquide (Lsi).
5. Système de dégivrage (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un réservoir (B1) dont :
■ une première entrée est connectée fluidiquement à une sortie du premier circuit du premier échangeur (C1E1) pour permettre l’acheminement de la portion du volume de CO2 (F1) liquéfiée vers le réservoir (B1) et,
■ une première sortie est connectée fluidiquement à une entrée du premier circuit du deuxième échangeur (C1E2) pour permettre l’acheminement d’au moins une portion liquide du volume de CO2 présent dans le réservoir (B1) vers ledit premier circuit du deuxième échangeur (C1E2).
6. Système de dégivrage (100) selon la revendication 5, dans lequel :
■ une deuxième entrée du réservoir (B1) est connectée fluidiquement à une sortie du circuit de dégivrage (10) pour permettre l’acheminement d’une portion du volume de CO2 (F1) vers ledit réservoir (B1), et
■ une deuxième sortie du réservoir (B1) est connectée fluidiquement à l’entrée du premier circuit du premier échangeur (C1E1) pour permettre l’acheminement d’une portion gazeuse du volume de CO2 (F1) présent dans le réservoir (B1) vers le premier circuit du premier échangeur (C1E1).
7. Système de dégivrage (100) selon l’une quelconque des revendications
5 à 6, comprenant un deuxième séparateur de liquide (LS2) dont : ■ une entrée est connectée fluidiquement à une troisième sortie du réservoir (Bi) pour permettre l’acheminement d’au moins une portion liquide du volume de CO2 (F1) du réservoir (B1) vers le deuxième séparateur de liquide (LS2) ;
■ une première sortie est connectée fluidiquement à l’entrée du deuxième compresseur (C2) pour permettre l’acheminement d’une portion gazeuse du volume de CO2 (F1) du deuxième séparateur de liquide (LS2) vers le deuxième compresseur (C2).
8. Système de dégivrage (100) selon la revendication 7, comprenant un troisième séparateur de liquide (Lss) dont :
■ une première entrée est connectée fluidiquement à une deuxième sortie du deuxième séparateur de liquide (LS2), pour permettre l’acheminement d’une portion liquide du volume de CO2 (F1) du deuxième séparateur de liquide (LS2) vers le troisième séparateur de liquide (Lss) ;
■ une première sortie est connectée fluidiquement au premier compresseur (Ci), pour permettre l’acheminement d’une portion gazeuse du volume de CO2 (F1) du troisième séparateur de liquide (Lss) vers le premier compresseur (Ci).
9. Système de dégivrage (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source (SNHS) depuis laquelle la portion du volume de NH3 (F2) est acheminée sous forme liquide vers le deuxième circuit du premier échangeur (C2E1) est une sortie d’un circuit d’un liquéfacteur ammoniac.
10. Procédé de dégivrage d’au moins un équipement à dégivrer au moyen d’un système de dégivrage selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 comprenant :
■ Acheminement d’au moins une portion d’un volume de CO2 (F1) de la sortie d’un premier compresseur (Ci) vers une entrée d’un premier circuit d’un premier échangeur (C1E1) ; ■ Acheminement d’au moins une portion d’un volume de NH3 (F2) d’une source (SNHS) vers une entrée d’un deuxième circuit du premier échangeur (C2E1) ;
■ Acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 (F1) d’une sortie du premier circuit du premier échangeur (C1E1) vers un réservoir (B1) ;
■ Acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 (F1) du réservoir (B1) vers un premier circuit d’un deuxième échangeur (C1E2) ;
■ Acheminement d’au moins une portion du volume de NH3 (F2) d’une sortie du deuxième circuit du premier échangeur (C2E1) vers une entrée d’un premier circuit du deuxième échangeur (C1E2) ;
■ Acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 (F1) d’une sortie du premier circuit du deuxième échangeur (C1E2) vers une entrée d’un deuxième compresseur (C2) ;
■ Acheminement d’au moins une portion du volume de CO2 (F1) d’une sortie du deuxième compresseur (C2) vers un circuit de dégivrage (10) comprenant l'équipement à dégivrer, pour dégivrer ledit équipement à dégivrer ;
■ Acheminement d’au moins une portion du volume de CÛ2 (FI) d’une sortie du circuit de dégivrage (10) vers le réservoir (B1).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140208785A1 (en) * 2013-01-25 2014-07-31 Emerson Climate Technologies Retail Solutions, Inc . System and method for control of a transcritical refrigeration system
CN107677003A (zh) * 2017-11-08 2018-02-09 福建雪人股份有限公司 一种复叠、载冷双模制冷系统
CN111928512A (zh) * 2020-09-10 2020-11-13 四方科技集团股份有限公司 一种冷热联用多级压缩循环系统及控制方法

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