FR2731780A1 - Systeme de refrigeration, installation frigorifique et procede de refrigeration - Google Patents
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Abstract
Système (1) de réfrigération pour une installation (2) frigorifique, comprenant un évaporateur (3); des canalisations (4) en boucle fermée permettant la circulation d'un fluide frigorigène; un compresseur (5); un condenseur (6); des moyens d'alimentation (7) par pompe (8) en fluide frigorigène sous-refroidi de l'évaporateur (3); un conduit de retour au compresseur (5) du fluide frigorigène en phase gaseuse; les moyens d'alimentation (7) comprennent: un échangeur (12) dont un circuit primaire et un circuit secondaire sont séparés; ainsi que des moyens de régulation de la pression du fluide en phase liquide en aval de la pompe (8); et des moyens d'ajustement (23) du débit massique du fluide en phase liquide sont agencés en entrée de l'évaporateur (3) et du circuit primaire de l'échangeur (12).
Description
SYSTEME DE REFRIGERATION, INSTALLATION FRIGORIFIQUE ET
PROCEDE DE REFRIGERATION
L'invention concerne un système de réfrigération, une installation frigorifique et un procédé de réfrigération.
PROCEDE DE REFRIGERATION
L'invention concerne un système de réfrigération, une installation frigorifique et un procédé de réfrigération.
On connait des systèmes de réfrigération pour une installation frigorifique industrielle, comprenant des canalisations en boucle fermée permettant une circulation de fluide frigorigène.
Un compresseur de mise en circulation du fuide frigorigène est relié à un condenseur de passage du fluide d'une phase gazeuse à une phase liquide.
Le fluide en phase liquide est conduit à une bouteille basse pression, par l'intermédiaire d'une vanne qui le maintient à un niveau constant.
La bouteille est reliée à un évaporateur où, par passage du fluide en phase gazeuse est obtenu un échange utile.
Un conduit renvoie au compresseur un mélange de fluide en phases gazeuse, par l'intermédiaire de la bouteille.
Dans la bouteille basse pression, une évaporation du fluide est obtenue sous l'effet de la charge thermique du fluide provenant du conduit de retour de l'évaporateur et de la pression maintenue par l'aspiration du compresseur.
Ces systèmes ont pour avantages d'être fiables et d'un fonctionnement économique en énergie.
Mais ils ont pour inconvénient de contenir, notamment dans la bouteille basse pression, des quantités considérables de fluide frigorigène, parfois de l'ordre de plusieurs tonnes.
Or ces fluides sont généralement coûteux, tandis que l'emploi de certains d'entre eux est limité par des réglements.
De plus, les systèmes à bouteille basse pression sont sujet à des phénomènes indésirables de cavitation.
Ce qui oblige à prévoire une hauteur importante de colonne de fluide en amont de la pompe, souvent de l'ordre de un a plusieurs mètres. Un tel agencement est contraignant.
L'invention vise à résoudre entre autres ces problèmes.
Un objet de l'invention est un système de réfrigération pour une installation frigorifique, comprenant:
- au moins un évaporateur destiné à faire partie de l'installation
- des canalisations en boucle fermée permettant la circulation d' un fluide frigorigène dans l'évaporateur
- un compresseur monté sur les canalisations et apte à engendrer un déplacement du fluide frigorigène en phase gazeuse suivant un sens de circulation choisi
- un condenseur monté sur les canalisations en aval du compresseur, et prévu pour provoquer le passage du fluide d'une phase gaseuse à une phase liquide
- des moyens d'alimentation par pompe en fluide en phase liquide sous-refroidi de l'évaporateur
- un conduit de retour au compresseur du fluide frigorigène en phase gaseuse
dans lequel les moyens d'alimentation comprennent::
- un échangeur dont un circuit primaire et un circuit secondaire sont séparés; le circuit secondaire étant raccordé en entrée au condenseur et en sortie à la pompe, qui est à hauteur manométrique totale variable; le circuit primaire étant raccordé en entrée à l'aval de la pompe et en sortie au compresseur
- ainsi que des moyens de régulation de la pression du fluide en phase liquide en aval de la pompe, permettant de rendre constante la pression d'alimentation en fluide de l'évaporateur
- et en ce que des moyens d'ajustement du débit massique du fluide en phase liquide sont agencés en entrée de l'évaporateur et du circuit primaire de l'évaporateur;
de façon qu'en sortie de l'évaporateur et du circuit primaire de l'échangeur, le fluide frigorigène est en phase vapeur surchauffée.
- au moins un évaporateur destiné à faire partie de l'installation
- des canalisations en boucle fermée permettant la circulation d' un fluide frigorigène dans l'évaporateur
- un compresseur monté sur les canalisations et apte à engendrer un déplacement du fluide frigorigène en phase gazeuse suivant un sens de circulation choisi
- un condenseur monté sur les canalisations en aval du compresseur, et prévu pour provoquer le passage du fluide d'une phase gaseuse à une phase liquide
- des moyens d'alimentation par pompe en fluide en phase liquide sous-refroidi de l'évaporateur
- un conduit de retour au compresseur du fluide frigorigène en phase gaseuse
dans lequel les moyens d'alimentation comprennent::
- un échangeur dont un circuit primaire et un circuit secondaire sont séparés; le circuit secondaire étant raccordé en entrée au condenseur et en sortie à la pompe, qui est à hauteur manométrique totale variable; le circuit primaire étant raccordé en entrée à l'aval de la pompe et en sortie au compresseur
- ainsi que des moyens de régulation de la pression du fluide en phase liquide en aval de la pompe, permettant de rendre constante la pression d'alimentation en fluide de l'évaporateur
- et en ce que des moyens d'ajustement du débit massique du fluide en phase liquide sont agencés en entrée de l'évaporateur et du circuit primaire de l'évaporateur;
de façon qu'en sortie de l'évaporateur et du circuit primaire de l'échangeur, le fluide frigorigène est en phase vapeur surchauffée.
Les moyens d'ajustement du débit massique peuvent comprendre un capteur de température et un organe de modification du débit massique de fluide, le capteur pilotant 1 'organe.
Le capteur peut alors être agencé en aval de l'évaporateur ou du circuit primaire de l'échangeur.
Les moyens d'ajustement du débit massique peuvent comprendre un détendeur
Les moyens de régulation de la pression à la pompe peuvent comporter un régulateur de vitesse de rotation de la pompe et/ou un régulateur à diaphragme et/ou un régulateur à aube de pré-rotation.
Les moyens de régulation de la pression à la pompe peuvent comporter un régulateur de vitesse de rotation de la pompe et/ou un régulateur à diaphragme et/ou un régulateur à aube de pré-rotation.
L'échangeur peut être un échangeur à plaques.
Le système peut comporter au moins deux évaporateurs montés en parallèle.
La boucle fermée peut comprendre une boucle secondaire sur laquelle sont montés en série le compresseur, le condenseur, le circuit secondaire de l'échangeur, la pompe, l'évaporateur et le conduit de retour au compresseur du fluide frigorigène en phase gazeuse.
La boucle fermée peut alors comprendre une boucle primaire confondue avec la boucle secondaire entre d'une part l'amont de l'échangeur et le compresseur, et d'autre part l'aval de l'échangeur et la pompe, sur laboucle primaire étant montés en série en aval de la pompe, le circuit primaire de l'échangeur, et un tronçon de canalisation raccordé au conduit de retour au compresseur du fluide en phase gazeuse.
Suivant un mode de réalisation, des moyens d'apport d'un flux externe de refroidissement, par exemple au moins un ventilateur, sont agencés à proximité et sont aptes à coopèrer avec le condenseur et/ou l'évaporateur.
Le fluide frigorigène peut être choisi parmi les amoniacs, les substances de transitions HCFC telles que
R22, les pentafluoroéthanes tels que le R125, les mélanges azéotropiques tels que R502, ou les chlorofuorocarbures CFC tels que R12.
R22, les pentafluoroéthanes tels que le R125, les mélanges azéotropiques tels que R502, ou les chlorofuorocarbures CFC tels que R12.
Les moyens d'alimentation comprennent un conduit de contournement, raccordé d'une part en amont et d'autre part en aval de la pompe, une vanne par exemple motorisée étant montée sur le conduit de contournement de sorte qu'en cas d'arret de la pompe, la circulation du fluide peut être dérivée par ce conduit.
Suivant un mode de réalisation, les moyens d'alimentation comprennent un conduit de limitation, raccordé d'une part en amont et d'autre part en aval de la pompe, un clapet de retour par exemple à ressort taré étant monté sur le conduit de limitation, de sorte qu'en cas de pression en aval de la pompe dépassant une valeur prédéterminée, une partie du fluide en aval de la pompe peut être renvoyée en amont par ce conduit.
Un réservoir à liquide peut être agencé sur la canalisation, directement en aval du condenseur, de manière à en recevoir le fluide refroidi par condensation.
Un autre objet de l'invention vise une installation frigorifique telle que chambre froide, chambre de réfrigération, vitrine réfrigérée, refroidisseur d'un médium et par exemple d'eau, ou analogues, cette installation comportant un système de réfrigeration tel qu'évoqué ci-dessus.
Le condenseur et la pompe peuvent être sensiblement agencés au même niveau l'une que l'autre.
Encore un autre objet de l'invention vise un procédé de réfrigération d'un médium tel que par exemple de l'air ou de l'eau, comprenant les étapes suivant lesquelles:
- on véhicule suivant un sens de circulation prédéterminé par compression un fluide frigorigène en phase gazeuse;
- on refroidit par condensation le fluide en phase gazeuse jusqu'à obtention d'un fluide en phase liquide;
- on sous-refroidit par échange le fluide en phase liquide jusqu'à une température de consigne;
- on relève à température constante et par pOmpage, la pression du fluide sous-refroidi;
- on ajuste le débit massique du fluide à pression relevée;
- on provoque un échange utile qui permet la réfrigération du médium; et
- on renvoie le fluide en boucle fermée en vue du renouvellement du cycle,
ce procédé prévoyant en outre que:
- le sous-refroidissement par échange s'effectue à partir d'un fluide à pression et température variable, de manière que le fluide refroidi ait une température constante et une pression variable;
-le relèvement est ensuite effectué par variation de la hauteur manométrique totale de pompage, de façon à obtenir un fluide à une pression de consigne constante;
- une partie du fluide à pression et à température constantes étant prélevée pour permettre le sousrefroidissement;
- le fluide à pression et à température constantes a son débit massique ajusté en fonction de sa température après l'echange utile, afin de subir un changement complet d'état en phase gazeuse surchauffée.
- on véhicule suivant un sens de circulation prédéterminé par compression un fluide frigorigène en phase gazeuse;
- on refroidit par condensation le fluide en phase gazeuse jusqu'à obtention d'un fluide en phase liquide;
- on sous-refroidit par échange le fluide en phase liquide jusqu'à une température de consigne;
- on relève à température constante et par pOmpage, la pression du fluide sous-refroidi;
- on ajuste le débit massique du fluide à pression relevée;
- on provoque un échange utile qui permet la réfrigération du médium; et
- on renvoie le fluide en boucle fermée en vue du renouvellement du cycle,
ce procédé prévoyant en outre que:
- le sous-refroidissement par échange s'effectue à partir d'un fluide à pression et température variable, de manière que le fluide refroidi ait une température constante et une pression variable;
-le relèvement est ensuite effectué par variation de la hauteur manométrique totale de pompage, de façon à obtenir un fluide à une pression de consigne constante;
- une partie du fluide à pression et à température constantes étant prélevée pour permettre le sousrefroidissement;
- le fluide à pression et à température constantes a son débit massique ajusté en fonction de sa température après l'echange utile, afin de subir un changement complet d'état en phase gazeuse surchauffée.
Le changement complet est subi en fin d'échange utile, ainsi qu'à l'issue du sous-refroidissement pour la partie du fluide à pression et température constantes prélevée.
L'étape de relèvement de pression par pompage peut ne pas être effectuée lorsque la pression du fluide sousrefroidi est au moins égale à la valeur de la pression de consigne.
La pression du fluide sous-refroidi par échange et pouvant être relevée par pompage, est déterminée en fonction de paramètres tels que les conditions climatiques dans lesquelles le procèdé est mis en oeuvre.
L'invention est décrite de façon plus détaillée ciaprès, en se référant aux dessins annèxés.
La figure 1 est une vue schématique d'une installation frigorifique selon un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention.
La figure 2 est une vue à une échelle agrandie du détail désigné en II sur la figure 1.
La figure 3 est un schéma fonctionnel d'un système de réfrigération de l'art antérieur.
La figure 4 est un schéma fonctionnel d'un système de réfrigération selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 5 est un diagramme illustrant le fonctionnement en termes de pression et de temps, de la pompe du système de réfrigération de la figure 3.
La figure 6 est un diagramme illustrant un exemple de fonctionnement en termes de pression et de temps, d'une pompe au sein d'un système de réfrigération selon l'invention.
Certains termes ou expressions employés pour la description de l'invention sont expliqués ici.
Un système de réfrigération est un dispositif permettant d'effectuer un échange thermique utile.
Un échange utile est un transfert d'énergie entre un fluide frigorigène et un médium que l'on désire refroidir. C'est la fonction principale d'un système de réfrigération ou d'une installation frigorifique.
Une installation frigorifique est un agencement comportant un ou plusieurs systèmes frigorifiques.
Une telle installation peut par exemple comprendre au moins une chambre froide ou de réfrigération, vitrine réfrigérée, implantation de congélation ou analogues.
Un évaporateur est une structure à l'intérieur de laquelle un fluide frigorigène est mis en circulation et où est provoqué un passage d'une phase ou état liquide à une phase gazeuse.
Ce passage produit un abaissement de température qui est utilisé pour obtenir l'échange utile.
Par boucle fermée, on entend que les canalisations permettent une circulation cyclique ou recirculation du fluide frigorigène.
Cette circulation est effectuée suivant un sens prédéterminé. C'est en fonction de ce sens que les termes amont et aval sont définis.
Un compresseur est un dispositif permettant de faire circuler le fluide frigorigène en phase au moins partiellement gaseuse dans le système ou l'installation.
Par exemple, il peut s'agir d'un compresseur centrifuge, rotatif à vis ou à pistons.
Un condenseur est une structure permettant de provoquer le passage d'un fluide de sa phase gazeuse à sa phase liquide, par refroidissement.
I1 peut s'agir d'un condenseur à serpentin immergé, à ruissellement ou à air par exemple.
Le débit massique d'un fluide est la quantité en unité de masse par unité de temps, de fluide véhiculé à travers une section donnée.
Une température ou une pression de consigne est une valeur choisie de température ou pression qui doit être sensiblement maintenue pour un état ou une étape donnée.
Le sous-refroidissement consiste à faire subir un refroidissement à un fluide frigorigène déjà en phase liquide, jusqu'à ce qu'il atteigne une température de consigne.
Les termes primaire et secondaires se rapportent à deux parties d'un dispositif permettant d'effectuer un échange thermique.
Le secondaire est la partie dans laquelle circule le fluide dont on souhaite changer la température. Le primaire est la partie où circule le fluide d'apport énergétique.
On désigne par échangeur un dispositif d'échange thermique dans lequel le circuit primaire et le circuit secondaire sont séparés.
Sur les figures, un système de réfrigération est désigné en 1.
La référence numérique 2 désigne une installation frigorifique dont au moins un système 1 à laquelle il est déstiné, fait partie.
Le sens de circulation du fluide dans le système 1 et l'installation 2 est représenté sur les figures par des flèches S sur les canalisations 4.
La nature du fluide frigorigène est déterminée en fonction du type et de la destination du système 1 de ou de l'installation 2.
I1 peut être choisi parmi les amoniacs, les substances de transitions HCFC telles que R22 ou les pentafluoroéthanes tels que le R125.
Lorsque les règlements en vigeur l'autorisent, le fluide frigorigène peut être un mélange azéotropique tel que R502, ou un chlorofuorocarbures CFC tel que R12.
Les canalisations 4 relient en boucle fermée les divers constituant du système 1 et de l'installation 2.
Le système 1 comprend au moins un évaporateur 3, destiné à faire partie de l'installation 2.
Sur la figure 1, le système 1 comporte plusieurs évaporateurs 3. Ces évaporateurs, qui peuvent être au nombre de deux, trois ou plus, sont ici montés en parallèle.
Mais un système 1 peut comporter un seul évaporateur 3.
Sur la boucle, un compresseur 5 est disposé en aval de l'évaporateur 3.
Un condenseur 6 est monté sur les canalisations 4 en aval du compresseur 5.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, un réservoir à liquide 16 est agencé sur la canalisation 4, directement en aval du condenseur 6, de manière à en recevoir le fluide refroidi par condensation.
Des moyens d'alimentation 7 en fluide frigorigène de l'évaporateur 3 sont prévus en aval du condenseur 6. Les moyens d'alimentation 7 comprennent au moins une pompe 8.
Sur la figure 3 qui représente un agencement de l'art antérieur, les moyens d'alimentation 7 comprennent une bouteille basse pression 9.
La pompe 8 est disposée en aval de la bouteille 9.
Et l'évaporateur 3 est monté en aval de la pompe 8.
le fluide est renvoyé jusqu'à la bouteille 9 par un conduit 11 raccordé à une sortie de l'évaporateur 3.
Le conduit 11 permet au mélange de fluide en phase liquide et en phase gazeuse provenant de l'évaporateur 3 d'être recyclé.
Un conduit 10 de retour au compresseur 5 du fluide frigorigène en phase gaseuse fait partie des canalisations 4.
Le conduit 10 visible sur la figure 3 relie une sortie de la bouteille 9 à une entrée unique de fluide en phase gazeuse dans le compresseur 5.
Le système de réfrigération à bouteille basse pression 9 forme une boucle unique.
Tandis que les canalisations des systèmes 1 des figures 1 et 4, comprennent une boucle secondaire et une boucle primaire.
Et les moyens d'alimentation 7 comprennent un échangeur 12.
En comparaison avec le système de la figure 3, l'échangeur 12 est disposé en aval du condenseur 6 et en amont de la pompe 8, et donc en lieu et place de la bouteille 9.
L'échangeur 12 peut être de divers types. Et par exemple de type à plaques.
Sur la boucle primaire des figures 1 et 4, sont montés en série et en aval les uns des autres le compresseur 5 , le condenseur 6, un circuit secondaire 13 de l'échangeur 12, la pompe 8, l'évaporateur 3 et le conduit de retour 10 au compresseur 5 du fluide frigorigène en phase gazeuse.
Ici, le conduit 10 relie directement la sortie de l'évaporateur 3 et une entrée du compresseur 5.
La boucle fermée du système 2 des figures 1 et 4 comprend également une boucle primaire confondue avec la boucle secondaire entre d'une part le compresseur 5 et l'amont de l'échangeur 12, et d'autre part l'aval de l'échangeur 12 et la pompe 8.
Sur cette boucle primaire, sont montés en serie et en aval les uns des autres à partir de la pompe 8, le circuit primaire 14 de l'échangeur 12 , et un tronçon de canalisation 15 de retour au compresseur 5 du fluide en phase gazeuse.
Le tronçon 15 peut soit comme sur la figure 1 être raccordé au conduit 10.
Soit comme sur la figure 4, être raccordé directement à une entrée du compresseur 5, le conduit 10 étant lui-même relié en parallèle à une autre entrée du compresseur 5.
Sur la figure 1, le système 1 comporte des moyens 17 d'apport d'un flux externe de refroidissement.
Ces moyens 17 sont agencés à proximité du condenseur 6 et de évaporateur 3, de sorte que le flux de refroidissement qu'ils produisent circule sur ces condenseur et évaporateur.
Par exemple les moyens 17 comprennent au moins un ventilateur.
Selon les installations 2, des moyens d'apport 17 peuvent être prévus ou non, pour chaque évaporateur 3 ou condenseur 6.
Outre que le circuit secondaire 13 est raccordé en entrée au condenseur 6 et en sortie à la pompe 8, une autre particularité des systèmes des figures 1, 2 et 4 est que la pompe 8 est à hauteur manométrique totale variable.
Et que des moyens 18 de régulation de la pression du fluide en phase liquide en aval de la pompe 8, sont prévus ( figure 2 ) pour permettre de rendre constante la pression d'alimentation en fluide de l'évaporateur 3.
Les moyens de régulation 18 de la pression à la pompe 8 peuvent comporter un régulateur de vitesse de rotation de la pompe et/ou un régulateur à diaphragme et/ou un régulateur à aube de pré-rotation.
La pompe 8 n'a plus comme vocation simplement de vaincre les pertes de charges à l'évaporateur 3, comme c'est le cas dans le système à bouteille basse pression.
Mais de compenser un éventuel manque de pression issu de la condensation.
Une pression d'alimentation suffisante peut ainsi être maintenue, en aval de la pompe 8 et en amont de l'évaporateur 3.
En se reportant aux figures 5 et 6, le fonctionnement des pompes 8 des systèmes 1 des figures 3 et 4 respectivement, est comparé.
Sur la figure 5, la presion (a)-(b) en amont de la pompe est constante. Cette constance est le résultat de la régulation de la pression dans la bouteille 9.
L'élévation de pression (b)-(c) est l'augmentation de hauteur de manométrique fixe appliquée au fluide par la pompe 8 en sortie de la bouteille 9.
La valeur constante ainsi obtenue est maintenue en (c)-(d) et donc pour l'alimentation des évaporateurs.
La hauteur manométrique fixe de cette pompe est égale à l'écart de valeur entre les pressions (c)-(d) et (b)-(e).
Sur la figure 6, la pression (f)-(g) en amont de la pompe 8 - ici disposée en aval de l'échangeur 12 - est variable.
Cette variation est fonction des conditions ellesmêmes variables de passage en phase liquide dans le condenseur 6.
Les paramètres desquelles dépendent les conditions de condensation sont divers, selon le type de l'installation 2.
Par exemple, il peut s'agir des conditions climatiques telles que pression athmosphérique, hygrométrie ou température à l'extérieur de l'installation.
Ou du débit et de la température d'un flux externe tel qu'une circulation d'eau.
A un instant (tl), la hauteur manométrique fournie par la pompe et déterminée par les moyens 18 de régulation correspond au secteur (g)-(h).
Cette hauteur est suffisante pour que la pression (h) en aval de la pompe 8 soit égale, sans être supérieure, à une pression de consigne (h)-(i).
La pression de consigne (h)-(i) a une valeur constante et est la pression d'alimentation de l'évaporateur 3.
A un instant (t2), la pression de condensation (1) est inférieure à la pression (g) en amont de la pompe 8 à l'instant (tl).
La hauteur manométrique (l)-(m) fournie par la pompe 8 est supérieure à celle qui est fournie à l'instant (tel)
Les moyens de régulation 18 sont donc prévus pour que la pression en aval de la pompe soit maintenue égale à la pression de consigne (h)-(i), quelle que soit la pression en amont.
Les moyens de régulation 18 sont donc prévus pour que la pression en aval de la pompe soit maintenue égale à la pression de consigne (h)-(i), quelle que soit la pression en amont.
Dans le cas où les conditions de condensation dépendent des conditions climatiques, une fonction de la pompe peut consister à compenser un éventuel manque de pression dû à ce que, par exemple en hivers, la température est basse.
A un instant (t3), la pression de condensation est telle que la pression (k) en aval de la pompe 8 est égale à la pression de consigne (h)-(i).
Alors, le relèvement de pression par pompage n'est pas effectué puisque la pression du fluide sous-refroidi (k) est au moins égale à la valeur de la pression de consigne (h)-(i).
Dans l'exemple de la figure 6, la pompe 8 est mise à l'arret à l'instant (t3).
Notamment dans ce cas, un contournement ou "bypass" de la pompe 8 peut être prévu.
Sur la figure 2, les moyens d'alimentation 7 comprennent à cet effet un conduit de contournement 19, raccordé d'une part en amont et d'autre part en aval de la pompe 8.
Une vanne 20, par exemple motorisée est montée sur le conduit de contournement 19 de sorte qu'en cas d'arret de la pompe 8, la circulation S du fluide est dérivée par ce conduit.
Suivant le mode de réalisation des figure 1 et 2, les moyens d'alimentation 7 comprennent de plus un conduit de limitation 21 ( en trait discontinu sur la figure 2).
Le conduit 21 est raccordé d'une part en amont et d'autre part en aval de la pompe 8.
Un clapet 22 de retour, par exemple à ressort taré, est monté sur le conduit de limitation 21.
Lorsque la pression en aval de la pompe 8 dépasse une valeur prédéterminée d'ouverture du clapet 22 - ici la pression de consigne (h)-(i) -, une partie du fluide en aval de la pompe 8 peut être renvoyée en amont.
La valeur d'ouverture correspond au tarage du ressort dans le cas d'un clapet de limitation 22 à ressort.
On peut alors obtenir une circulation de fluide dite "en canard", et garantir le maintien de la pression constante de consigne en aval de la pompe 8.
Suivant le mode de réalisation de la figure 1, des moyens 23 d'ajustement du débit massique du fluide en phase liquide sont agencés en entrée (amont) de l'évaporateur 3.
Ainsi qu'en entrée du circuit primaire 14 de l'échangeur 12.
Grâce à la régulation de pression à une valeur de consigne et à ces moyens 23, on obtient un fluide frigorigène en phase vapeur surchauffée en sortie de l'évaporateur 3, et dans le conduit de retour au compresseur.
Puisque sur les figures 1 et 4, le circuit primaire 14 est raccordé en entrée à l'aval de la pompe 8 par une canalisation 24, on obtient également en aval du circuit primaire 14 de l'échangeur 12 une phase gazeuse surchauffée.
Dans l'exemple illustré, les moyens d'ajustement 23 comprennent des détendeurs.
Ces détendeurs font office d'organe de modification du débit massique du fluide.
Eventuellement, une sonde 26 de contrôle de la température est montée en aval de la sortie du circuit secondaire 13 de l'évaporateur 12
Une telle sonde 26 peut participer au contrôle du passage complet du fluide de sa phase liquide à sa phase gazeuse, dans le circuit prilaire 14.
Une telle sonde 26 peut participer au contrôle du passage complet du fluide de sa phase liquide à sa phase gazeuse, dans le circuit prilaire 14.
Les moyens d'ajustement 23 du débit massique peuvent comprendre un ou plusieurs capteurs 25 de température.
Ici, chaque organe de modification du débit massique de fluide est piloté par un capteur 25.
Les capteurs 25 sont agencés en aval de l'évaporateur 3 pour les détendeurs placés en entrée de l'évaporateur.
Et en sortie du circuit primaire 14, pour le détendeur placé en entrée de l'échangeur 12.
Les moyens 23 d'ajustement du débit massique sont alors dits à détendeur thermostatique.
Dans une installation 2 de ce type, le condenseur 6 et la pompe 8 peuvent être sensiblement agencés au même niveau l'une que l'autre, sans risque de cavitation du fluide, comme dans les installations de l'art antérieur.
Un exemple de mise en oeuvre du procédé de réfrigération de l'invention, est maintenant décrit.
Cette description est faite en se reportant aux système 1 et installation 2 des figures 1 et 4.
Afin d'obtenir la réfrigération d'un médium tel que par exemple de l'air ou de l'eau, on procède succéssivement aux étapes suivantes.
- On véhicule par compression un fluide frigorigène en phase gazeuse, suivant un sens S de circulation prédéterminé.
- On refroidit par condensation le fluide en phase gazeuse jusqu'à obtention d'un fluide en phase liquide.
- On sous-refroidit le fluide en phase liquide du circuit secondaire 13, jusqu'à une température de consigne.
Ici, le sous-refroidissement s'effectue à partir d'un fluide à pression et température variable, et de manière que le fluide refroidi ait une température constante et une pression variable.
- On relève à température constante et dans la pompe 8 la pression du fluide sous-refroidi qui y circule suivant le sens de circulation S
Le relèvement est effectué par variation de la hauteur manométrique totale de la pompe 8 en fonction des moyens de régulation 18, de façon à obtenir un fluide à une pression de consigne constante, comme expliqué précédemment.
Le relèvement est effectué par variation de la hauteur manométrique totale de la pompe 8 en fonction des moyens de régulation 18, de façon à obtenir un fluide à une pression de consigne constante, comme expliqué précédemment.
En aval de la pompe 8, une partie du fluide à pression et à température constantes est prélevée pour permettre le sous-refroidissement.
Cette partie du fluide est dirigée suivant S vers une entrée du circuit primaire 14 de l'échangeur 12.
L'étape de relèvement de pression par pompage peut ne pas être effectuée lorsque la pression du fluide sousrefroidi est au moins égale à la valeur de la pression de consigne.
Par exemple comme à l'instant (t3) sur la figure 6, lorsque les conditions de condensation sont telles que la pression de fluide en amont de la pompe 8 est suffisante.
C'est-à-dire égale à la pression de consigne.
En cas de dépassement de la pression de consigne en sortie de la pompe 8, le clapet de limitation 22 est ouvert de façon à maintenir la pression de consigne en aval de la pompe 8.
- On ajuste ensuite le débit massique du fluide à pression relevée.
Tant en amont du circuit primaire 14 que de l'évaporateur 3, le débit massique du fluide à pression et à température constantes est ajusté par les moyens 23, en fonction de la température du fluide mesurée par les capteurs 25.
- On provoque alors un échange utile de réfrigération du médium.
A l'issue de cet échange utile, la totalité du fluide provenant de l'évaporateur 3 a subi un changement d'état en phase gazeuse surchauffée.
Un changement complet est également obtenu en aval du circuit primaire 14 à l'issue du sous-refroidissement pour la partie du fluide à pression et température constantes prélevée en aval de la pompe 8.
- Et on peut procèder au retour du fluide en boucle fermée en vue du renouvellement du cycle.
La pression du fluide sous-refroidi par échange et pouvant être relevée par pompage, est déterminée en fonction de paramètres qui font varier l'état du fluide en sortie du condenseur 6.
Dans l'exemple présent, ces paramètres sont les conditions climatiques dans lesquelles le procèdé est mis en oeuvre.
Mais il est aussi possible de prendre en considération d'autres paramètres tels que les changements d'un flux externe par exemple une rivière. Ou encore le coût de l'énergie d'alimentation qui peut varier le long de la journée ou de l'année.
Les spécifications et valeurs à atteindre notamment pour l'échange utile produit par le ou les évaporateurs permet de déterminer les caractéristiques de structure et fonctionnelles des constituants du système et de l'installation de l'invention.
Il en va de même pour les valeurs de consigne.
L'invention permet donc d'obtenir une réfrigération économique.
Comme avec les systèmes à bouteille basse pression, où la consommation d'energie nécessaire à la compression du fluide est limitée grâce au fait que le volume important de fluide dans la bouteille, ainsi que le maintien du niveau de fluide en phase liquide, permet de laisser descendre la température de condensation.
Le remplacement dans l'invention de la bouteille basse pression par un échangeur permet de la même manière de garantir un bon rendement de la réfrigération, sans retour dans les moyens d'alimentation de fluide réchauffé dans l'évaporateur.
L'invention permet de d'obtenir ces résultats avec une structure simple et par conséquent de fonctionnement fiable.
De plus, en régulant la pression en aval de la pompe, tandis qu'on laisse la pression fluctuer en amont d'après les variations de condensation, il est possible de limiter la quantité de fluide dans les moyens d'alimentation.
Par exemple de plusieurs tonnes à quelques centaines de litres.
L'obtension d'un fluide en phase complètement gazeuse en sortie de l'évaporateur et du circuit primaire de l'échangeur participe également à la limitation de la quantité de fluide nécéssaire.
L'invention et ses avantages ne sont pas limités aux exemples décrits et illustrés.
Claims (19)
1. Système (1) de réfrigération pour une installation frigorifique (2) industrielle, comprenant:
- au moins un évaporateur (3) destiné à faire partie de l'installation (2)
- des canalisations (4) en boucle fermée permettant la circulation d' un fluide frigorigène dans le système
- un compresseur (5) apte à engendrer un déplacement du fluide en phase gazeuse suivant un sens (S) de circulation choisi
- un condenseur (6) monté en aval du compresseur (5) et prévu pour provoquer le passage du fluide frigorigène d'une phase gaseuse à une phase liquide
- des moyens d'alimentation (7) par pompe (8) de l'évaporateur (3) en fluide en phase liquide sous-refroidi;;
- un conduit de retour (10) au compresseur (5) du fluide frigorigène en phase gaseuse
caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (7) comprennent
- un échangeur (12) dont un circuit primaire (14) et un circuit secondaire (13) sont séparés ; le circuit secondaire (13) étant raccordé en entrée au condenseur (6) et en sortie à la pompe (8), qui est à hauteur manométrique totale variable ;; le circuit primaire (14) étant raccordé en entrée à l'aval de la pompe (8) et en sortie au compresseur (5)
- ainsi que des moyens (18) de régulation de la pression du fluide en phase liquide en aval de la pompe (8), permettant de rendre constante la pression d'alimentation en fluide de l'évaporateur (3)
- et en ce que des moyens (23) d'ajustement du débit massique du fluide en phase liquide sont agencés en entrée de l'évaporateur (3) et du circuit primaire (14) de l'échangeur (12)
- de façon qu'en sortie de l'évaporateur (3) et du circuit primaire (14) de l'échangeur (12), est obtenu un fluide en phase vapeur surchauffée.
2- Système (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (23) d'ajustement du débit massique comprennent un capteur (25) de température et un organe de modification du débit massique du fluide piloté par le capteur (25).
3- Système (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un capteur (25) est agencé en aval de l'évaporateur (3) et un autre est agencé en aval du circuit primaire (14) de l'échangeur (12).
4- Système (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens (23) d'ajustement du débit massique comprennent un détendeur.
5- Système (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens (18) de régulation de la pression à la pompe (8) comportent un régulateur de vitesse de rotation de la pompe ou un régulateur à diaphragme ou un régulateur à aube de pré-rotation.
6- Système (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'échangeur (12) est un échangeur (12) à plaques.
7- Système (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux évaporateurs (3) montés en parallèle.
8- Système (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la boucle fermée comprend une boucle secondaire sur laquelle sont montés en série le compresseur (5), le condenseur (6), le circuit secondaire (13) de l'échangeur (12), la pompe (8), l'évaporateur (3) et le conduit de retour au compresseur (5) du fluide frigorigène en phase gazeuse.
9- Système (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la boucle fermée comprend une boucle primaire confondue avec la boucle secondaire entre d'une part le compresseur (5) et l'amont de l'échangeur (12) , et d'autre part entre l'aval de l'échangeur (12) et la pompe (8), sur la boucle primaire étant montés en série en aval de la pompe (8), le circuit primaire de l'échangeur (12), et un conduit (15) des canalisations (4) de retour au compresseur (5) du fluide en phase gazeuse.
10- Système (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que des moyens (17) d'apport d'un flux externe de refroidissement par exemple au moins un ventilateur, sont agencés à proximité et sont aptes à coopèrer avec le condenseur (6) et/ou l'évaporateur (3).
11- Système (1) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le fluide frigorigène est choisi parmi les amoniacs, les substances de transitions HCFC telles que R22, les pentafluoroéthanes tels que le R125, les mélanges azéotropiques tels que R502, ou les chlorofuorocarbures CFC tels que R12.
12- Système (1) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (7) comprennent un conduit (19) de contournement, raccordé d'une part en amont et d'autre part en aval de la pompe (8), une vanne (20) par exemple motorisée étant montée sur le conduit (19) de contournement de sorte qu'en cas d'arret de la pompe (8), la circulation du fluide est dérivée par ce conduit(l9).
13- système (1) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (7) comprennent un conduit (21) de limitation, raccordé d'une part en amont et d'autre part en aval de la pompe (8), un clapet (22) de retour par exemple à ressort taré étant monté sur le conduit de limitation (21), de sorte qu'en cas de pression en aval de la pompe (8) dépassant une valeur prédéterminée, une partie du fluide en aval de la pompe (8) peut être renvoyée en amont par ce conduit (21).
14- Système (1) selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'un réservoir à liquide (16) est agencé sur les canalisations (4), directement en aval du condenseur (6), de manière à en recevoir le fluide refroidi par condensation.
15- Installation (2) frigorifique, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un système (1) de réfrigeration selon l'une des revendications 1 à 14.
16- Installation (2) selon la revendication 15, caractérisée en ce que le condenseur (6) et la pompe (8) sont sensiblement agencés au même niveau l'un que l'autre.
- le fluide à pression et à température constantes a son débit massique ajusté en fonction de sa température après l'rechange utile, afin qu'il subisse un changement complet d'état en phase gazeuse surchauffée, en fin d'échange utile ainsi qu'à l'issue du sous-refroidissement pour la partie du fluide à pression et température constantes prélevée.
- une partie du fluide à pression et à température constantes étant prélevée pour permettre le sousrefroidissement; ;
-le relèvement est ensuite effectué par variation de la hauteur manométrique totale de pompage, de façon à obtenir un fluide à une pression de consigne constante;
- le sous-refroidissement par échange s'effectue à partir d'un fluide à pression et température variable, de manière que le fluide refroidi ait une température constante et une pression variable;
caractérisé en ce qu'en outre:
on renvoie le fluide en boucle fermée en vue du renouvellement du cycle;
- on provoque un échange utile qui permet la réfrigération du médium; et
- on ajuste le débit massique du fluide à pression relevée;
- on relève à température constante et par pompage, la pression du fluide sous-refroidi;
- on sous-refroidit par échange le fluide en phase liquide jusqu'à une température de consigne;
- on refroidit par condensation le fluide en phase gazeuse jusqu'à obtention d'un fluide en phase liquide;
- on véhicule suivant un sens (S) prédéterminé et par compression, un fluide frigorigène en phase gazeuse;
17-Procédé de réfrigération d'un médium tel que par exemple de l'air ou de l'eau, comprenant les étapes suivant lesquelles:
18- Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'étape de relèvement de pression par pompage n'est pas effectuée lorsque la pression du fluide sousrefroidi est au moins égale à la valeur de la pression de consigne.
19- Procédé selon la revendications 17 ou 18, caractérisé en ce que la pression du fluide sous-refroidi par échange et dont la pression peut être relevée par pompage , est déterminée en fonction de paramètres tels que conditions climatiques.
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