FR2977657A1

FR2977657A1 - METHOD FOR BALANCING THE LUBRICANT LEVELS IN A MULTI-STAGE COMPRESSION UNIT OF A THERMAL EXCHANGE SYSTEM AND THERMAL EXCHANGE SYSTEM USING SUCH A METHOD

Info

Publication number: FR2977657A1
Application number: FR1156120A
Authority: FR
Inventors: Francois Courtot; Bernard Horber
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2013-01-11
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: EP2729744B1; WO2013004974A1; FR2977657B1; EP2729744A1

Abstract

Procédé d'équilibrage des niveaux de lubrifiant dans une unité de compression (20) multi-étagée d'un système d'échange thermique (1), ladite unité de compression comprenant un premier compresseur (23) et un deuxième compresseur (24) agencés en série, le premier compresseur (23) refoulant dans le deuxième compresseur (24), ledit procédé d'équilibrage prévoyant, au cours du dégivrage d'un échangeur de chaleur (5), de transférer un excédent de lubrifiant du premier compresseur (23) au deuxième compresseur (24) par une ligne d'équilibrage (50).A method of balancing lubricant levels in a multi-stage compression unit (20) of a heat exchange system (1), said compression unit comprising a first compressor (23) and a second compressor (24) arranged in series, the first compressor (23) discharging into the second compressor (24), said balancing method providing, during the defrosting of a heat exchanger (5), to transfer excess lubricant from the first compressor (23). ) to the second compressor (24) by a balancing line (50).

Description

2977657 Procédé d'équilibraqe des niveaux de lubrifiant dans une unité de compression multi-étaqée d'un système d'échanqe thermique et système d'échanqe thermique mettant en oeuvre un tel procédé L'invention se rapporte à un procédé d'équilibrage des niveaux de lubrifiant dans une unité de compression multi-étagée d'un système d'échange thermique et à un système d'échange thermique mettant en ceuvre un tel procédé. A method of balancing lubricant levels in a multi-stage compression unit of a heat exchange system and a heat exchange system employing such a method The invention relates to a process for balancing levels. lubricant in a multi-stage compression unit of a heat exchange system and a heat exchange system implementing such a method.

En particulier, l'invention s'applique à un système d'échange thermique adapté pour réaliser des échanges thermiques entre de l'air extérieur situé à l'extérieur d'un espace et un milieu intérieur circulant à l'intérieur de l'espace, ledit système d'échange thermique comprenant : - des premier et deuxième échangeurs de chaleur pour échanger de la chaleur respectivement avec l'air extérieur et le milieu intérieur, lesdits premier et deuxième échangeurs de chaleur présentant chacun une entrée et une sortie et formant l'un un évaporateur et l'autre un condenseur, - un circuit de fluide caloporteur adapté pour faire circuler un fluide caloporteur entre l'évaporateur et le condenseur, ledit circuit de fluide caloporteur comprenant une unité de compression multi-étagée placée entre la sortie de l'évaporateur et l'entrée du condenseur, et une unité de détente placée entre la sortie du condenseur et l'entrée de l'évaporateur, ladite unité de compression comprenant au moins un premier compresseur (basse pression) et au moins un deuxième compresseur (haute pression) agencés en série, le premier compresseur refoulant le fluide caloporteur dans le deuxième compresseur, les premier et deuxième compresseurs comportant chacun un carter recevant du lubrifiant, - une ligne d'équilibrage adaptée pour faire passer du lubrifiant entre les carters des premier et deuxième compresseurs, - une unité de commande connectée au circuit de fluide caloporteur et à la ligne d'équilibrage, ladite unité de commande étant adaptée pour déterminer s'il existe un besoin de chauffage du milieu intérieur et si le besoin de chauffage du milieu intérieur est important ou modéré et pour, lorsqu'il existe un besoin de chauffage du milieu intérieur important : commander un fonctionnement multi-étagé en connectant l'unité de compression entre la sortie du premier échangeur de chaleur et l'entrée du deuxième échangeur de chaleur, en connectant l'unité de détente entre la sortie du deuxième échangeur de chaleur et l'entrée du premier échangeur de chaleur, et en faisant fonctionner en série les premier et deuxième compresseurs, et 2 2977657 périodiquement, commander un dégivrage du premier échangeur de chaleur en connectant l'unité de compression entre la sortie du deuxième échangeur de chaleur et l'entrée du premier échangeur de chaleur, en connectant l'unité de détente entre la sortie du premier échangeur de chaleur et l'entrée du 5 deuxième échangeur de chaleur, en arrêtant le premier compresseur et en faisant fonctionner le deuxième compresseur. In particular, the invention applies to a heat exchange system adapted to perform heat exchange between outside air located outside a space and an inner medium flowing inside the space. said heat exchange system comprising: - first and second heat exchangers for exchanging heat with the outside air and the indoor medium respectively, said first and second heat exchangers each having an inlet and an outlet and forming an an evaporator and the other a condenser, a coolant circuit adapted to circulate a heat transfer fluid between the evaporator and the condenser, said coolant circuit comprising a multi-stage compression unit placed between the outlet of the evaporator and the condenser inlet, and an expansion unit placed between the condenser outlet and the inlet of the evaporator, said compression unit omprenant at least a first compressor (low pressure) and at least a second compressor (high pressure) arranged in series, the first compressor discharging the coolant in the second compressor, the first and second compressors each comprising a housing receiving lubricant, - a balancing line adapted to pass lubricant between the casings of the first and second compressors, - a control unit connected to the heat transfer fluid circuit and to the balancing line, said control unit being adapted to determine if there is a need for heating the indoor environment and if the need for indoor heating is high or moderate and for when there is a need for significant indoor heating: control multi-stage operation by connecting the compression unit between the outlet of the first heat exchanger and the inlet of the second heat exchanger, by connecting the expansion unit between the outlet of the second heat exchanger and the inlet of the first heat exchanger, and by operating in series the first and second compressors, and periodically, controlling a defrost of the first heat exchanger by connecting the compression unit between the outlet of the second heat exchanger and the inlet of the first heat exchanger, connecting the expansion unit between the outlet of the first heat exchanger and the inlet of the second heat exchanger, stopping the first compressor and running the second compressor.

Pour lubrifier les composants du circuit de fluide caloporteur, particulièrement les premier et deuxième compresseurs, le lubrifiant, généralement de l'huile minérale ou de 10 synthèse, est mélangé au fluide caloporteur. Le lubrifiant n'est généralement pas miscible dans le fluide caloporteur mais il peut être entrainé et transporté sous forme de gouttelettes par le fluide caloporteur. Le risque est alors d'accumuler le lubrifiant dans une partie du circuit jusqu'à ce que l'un et/ou l'autre des premier et deuxième compresseurs ne contienne plus suffisamment de lubrifiant et se détériore rapidement. Dans un circuit 15 comprenant plusieurs compresseurs, l'équilibrage du niveau de lubrifiant entre les compresseurs est une problématique importante. In order to lubricate the components of the heat transfer fluid circuit, particularly the first and second compressors, the lubricant, generally mineral or synthetic oil, is mixed with the coolant. The lubricant is generally not miscible in the heat transfer fluid but it can be driven and transported in the form of droplets by the heat transfer fluid. The risk is then to accumulate the lubricant in a part of the circuit until one and / or the other of the first and second compressors no longer contains enough lubricant and deteriorates rapidly. In a circuit 15 comprising several compressors, the balancing of the lubricant level between the compressors is an important problem.

Dans un circuit de fluide caloporteur mono-étagé comprenant plusieurs compresseurs en parallèle, un moyen connu de réaliser l'équilibrage de lubrifiant est 20 d'accumuler le lubrifiant dans la partie haute pression du circuit, généralement en installant un séparateur de lubrifiant couplé à un réservoir de lubrifiant sur une ligne de refoulement commune des compresseurs. Chaque compresseur est équipé d'un moyen de détection du niveau de lubrifiant et d'un moyen d'injection de lubrifiant connecté au réservoir de lubrifiant via une vanne pilotée. On peut ainsi réguler le niveau de lubrifiant 25 dans chaque compresseur. In a single-stage heat transfer fluid circuit comprising a plurality of compressors in parallel, a known way to achieve lubricant balancing is to accumulate the lubricant in the high pressure part of the circuit, usually by installing a lubricant separator coupled to a lubricant. lubricant reservoir on a common discharge line of the compressors. Each compressor is equipped with a lubricant level detection means and a lubricant injection means connected to the lubricant reservoir via a pilot valve. It is thus possible to regulate the level of lubricant in each compressor.

Dans un circuit multi-étagé comprenant plusieurs étages de compression en série, par exemple un étage de compression basse pression comprenant le ou les premiers compresseurs et un étage de compression haute pression comprenant le ou les 30 deuxièmes compresseurs, le risque est d'accumuler du lubrifiant dans les compresseurs de l'un des étages de compression au détriment des compresseurs des autres étages de compression. Alors qu'il est relativement aisé de transporter le lubrifiant de l'étage de compression haute pression vers l'étage de compression basse pression en se servant de la différence de pression, l'inverse pose plus de difficultés. 35 Le document EP 2 221 559 décrit un système d'échange thermique du type défini ci-dessus dans lequel l'équilibrage du compresseur basse pression vers le compresseur 3 2977657 haute pression s'effectue au démarrage du système d'échange thermique et l'équilibrage du compresseur haute pression vers le compresseur basse pression s'effectue au démarrage du système d'échange thermique. In a multi-stage circuit comprising several series of compression stages, for example a low pressure compression stage comprising the first compressor (s) and a high pressure compression stage comprising the second compressor (s), the risk is to accumulate lubricant in the compressors of one of the compression stages at the expense of the compressors of the other stages of compression. While it is relatively easy to transport the lubricant from the high pressure compression stage to the low pressure compression stage by using the pressure difference, the reverse poses more difficulties. EP 2 221 559 discloses a heat exchange system of the type defined above in which the balancing of the low pressure compressor to the high pressure compressor is carried out at the start of the heat exchange system and the balancing of the high pressure compressor to the low pressure compressor is performed at the start of the heat exchange system.

5 L'invention vient améliorer la situation. The invention improves the situation.

Elle propose notamment une meilleure gestion de l'équilibrage des niveaux de lubrifiant dans une unité de compression multi-étagée. In particular, it proposes better management of the balancing of the lubricant levels in a multi-stage compression unit.

10 L'invention propose en particulier un procédé d'équilibrage des niveaux de lubrifiant dans une unité de compression multi-étagée d'un système d'échange thermique du type précité prévoyant, au cours du dégivrage du premier échangeur de chaleur, de transférer un excédent de lubrifiant du carter du premier compresseur au carter du deuxième compresseur par la ligne d'équilibrage. 15 Ainsi, l'invention tire avantage du fait que lorsqu'il existe un besoin de chauffage important, déterminé par exemple directement ou indirectement à partir d'une température extérieure de l'air extérieur, d'un taux de compression de l'unité de compression ou d'une toute autre grandeur, le cas échéant par rapport à une valeur seuil, le système d'échange 20 thermique, agissant comme une pompe à chaleur pour prélever de la chaleur à l'air extérieur et la transférer au milieu intérieur, passe nécessairement par des cycles de dégivrage. Le procédé d'équilibrage offre ainsi une gestion des niveaux de lubrifiant qui est simple, sûre et relativement peu coûteuse. L'équilibrage est en outre réalisé de façon régulière au cours de l'utilisation du système d'échange thermique. 25 Dans un mode de réalisation, la ligne d'équilibrage peut comprendre des première et deuxième vannes agencées en parallèle, la première vanne présentant un sens passant depuis le carter du deuxième compresseur vers le carter du premier compresseur, la deuxième vanne présentant un sens passant depuis le carter du premier 30 compresseur vers le carter du deuxième compresseur, et un sens bloquant depuis le carter du deuxième compresseur vers le carter du premier compresseur. Le procédé d'équilibrage peut alors prévoir : - au cours du fonctionnement multi-étagé, de transférer l'excédent de lubrifiant du carter du deuxième compresseur au carter du premier compresseur par la première 35 vanne, 4 2977657 - au cours du dégivrage du premier échangeur de chaleur, de transférer l'excédent de lubrifiant du carter du premier compresseur au carter du deuxième compresseur par la deuxième vanne. The invention proposes in particular a method for balancing the lubricant levels in a multi-stage compression unit of a heat exchange system of the aforementioned type providing, during the defrosting of the first heat exchanger, to transfer a excess lubricant from the crankcase of the first compressor to the crankcase of the second compressor by the balancing line. Thus, the invention takes advantage of the fact that when there is a large heating requirement, determined for example directly or indirectly from an outside temperature of the outside air, a compression ratio of the unit of compression or any other size, if any with respect to a threshold value, the heat exchange system, acting as a heat pump to take heat from the outside air and transfer it to the internal environment , necessarily goes through defrost cycles. The balancing process thus provides lubricant level management that is simple, safe and relatively inexpensive. The balancing is furthermore carried out regularly during the use of the heat exchange system. In one embodiment, the balancing line may comprise first and second valves arranged in parallel, the first valve having a direction passing from the casing of the second compressor to the casing of the first compressor, the second valve having a passing direction. from the crankcase of the first compressor to the crankcase of the second compressor, and a blocking direction from the crankcase of the second compressor to the crankcase of the first compressor. The balancing method can then provide: during multi-stage operation, transferring the excess lubricant from the casing of the second compressor to the casing of the first compressor by the first valve, 2977657 - during the defrosting of the first heat exchanger, to transfer excess lubricant from the crankcase of the first compressor to the crankcase of the second compressor by the second valve.

5 Le système d'échange thermique peut comprendre en outre un unique séparateur de lubrifiant placé au refoulement du deuxième compresseur et une conduite de retour de lubrifiant entre le séparateur de lubrifiant et le carter du deuxième compresseur. Le procédé d'équilibrage peut alors prévoir de séparer le lubrifiant du fluide caloporteur, de collecter le lubrifiant dans le séparateur de lubrifiant et de retourner le lubrifiant collecté 10 vers le carter du deuxième compresseur. The heat exchange system may further comprise a single lubricant separator positioned at the discharge of the second compressor and a lubricant return line between the lubricant separator and the second compressor housing. The balancing method may then provide for separating the lubricant from the heat transfer fluid, collecting the lubricant in the lubricant separator and returning the collected lubricant to the crankcase of the second compressor.

L'unique séparateur de lubrifiant placé au refoulement du deuxième compresseur, haute pression, permet de ralentir l'accumulation de lubrifiant susceptible de se produire en fonctionnement multi-étagé dans le carter du premier compresseur, basse pression. Le 15 procédé d'équilibrage peut alors tirer partie des cycles de dégivrage, même espacés de plusieurs heures, pour ramener le lubrifiant du compresseur basse pression vers le compresseur haute pression. The single lubricant separator placed at the discharge of the second compressor, high pressure, slows the accumulation of lubricant that may occur in multi-stage operation in the casing of the first compressor, low pressure. The balancing process can then take advantage of the defrost cycles, even several hours apart, to return the lubricant from the low pressure compressor to the high pressure compressor.

L'unité de commande peut être adaptée pour, lorsqu'il existe un besoin de 20 chauffage du milieu intérieur modéré, commander un fonctionnement mono-étagé en connectant l'unité de compression entre la sortie du premier échangeur de chaleur et l'entrée du deuxième échangeur de chaleur, en connectant l'unité de détente entre la sortie du deuxième échangeur de chaleur et l'entrée du premier échangeur de chaleur, en arrêtant le premier compresseur et en faisant fonctionner le deuxième compresseur. Le 25 procédé d'équilibrage peut alors prévoir, au cours du fonctionnement mono-étagé, de transférer l'excédent de lubrifiant du carter du premier compresseur au carter du deuxième compresseur par la ligne d'équilibrage. The control unit may be adapted to, when there is a need for moderate indoor heating, to control single-stage operation by connecting the compression unit between the outlet of the first heat exchanger and the inlet of the second heat exchanger, connecting the expansion unit between the outlet of the second heat exchanger and the inlet of the first heat exchanger, stopping the first compressor and operating the second compressor. The balancing method may then provide, during the single-stage operation, to transfer excess lubricant from the casing of the first compressor to the casing of the second compressor through the balancing line.

La gestion de l'équilibrage de lubrifiant est encore améliorée en tirant avantage du 30 fait que, lorsqu'il existe un besoin de chauffage modéré, déterminé notamment de la même manière que le besoin de chauffage important, le système d'échange thermique agissant comme une pompe à chaleur fonctionne en mono-étagé. Cette méthode d'équilibrage d'huile est particulièrement adaptée à une pompe à chaleur pour le bâtiment, pouvant fonctionner alternativement en multi-étagé et mono-étagé selon la 35 température extérieure et les besoins de chauffage. 5 2977657 Par exemple, le système d'échange thermique peut comprendre au moins deux premiers compresseurs à capacité fixe connectés en parallèle, et un deuxième compresseur à capacité variable, les premiers compresseurs présentant des capacités différentes, la ligne d'équilibrage comprenant une conduite reliant les carters des premiers 5 compresseurs. Le procédé d'équilibrage peut alors prévoir de transférer l'excédent de lubrifiant du carter du premier compresseur de capacité inférieure vers le carter de l'autre premier compresseur. Lubricant balancing management is further improved by taking advantage of the fact that, when there is a need for moderate heating, determined in particular in the same way as the need for substantial heating, the heat exchange system acting as a heat pump operates in single-stage. This method of balancing oil is particularly suitable for a heat pump for the building, which can operate alternately multi-stage and single-stage depending on the outdoor temperature and heating needs. For example, the heat exchange system may comprise at least two first compressors with fixed capacity connected in parallel, and a second variable capacity compressor, the first compressors having different capacities, the balancing line comprising a connecting pipe. the casings of the first 5 compressors. The balancing method can then provide to transfer the excess lubricant from the casing of the first compressor of lower capacity to the casing of the other first compressor.

Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un système d'échange thermique 10 adapté pour réaliser des échanges thermiques entre de l'air extérieur situé à l'extérieur d'un espace et un milieu intérieur circulant à l'intérieur de l'espace, ledit système d'échange thermique comprenant : - des premier et deuxième échangeurs de chaleur pour échanger de la chaleur respectivement avec l'air extérieur et le milieu intérieur, lesdits premier et deuxième 15 échangeurs de chaleur présentant chacun une entrée et une sortie et formant l'un un évaporateur et l'autre un condenseur, - un circuit de fluide caloporteur adapté pour faire circuler un fluide caloporteur entre l'évaporateur et le condenseur, ledit circuit de fluide caloporteur comprenant une unité de compression multi-étagée placée entre la sortie de l'évaporateur et l'entrée du 20 condenseur, et une unité de détente placée entre la sortie du condenseur et l'entrée de l'évaporateur, ladite unité de compression comprenant au moins un premier compresseur et au moins un deuxième compresseur agencés en série, le premier compresseur refoulant le fluide caloporteur dans le deuxième compresseur, les premier et deuxième compresseurs comportant chacun un carter recevant du lubrifiant, 25 - une ligne d'équilibrage adaptée pour faire passer du lubrifiant entre les carters des premier et deuxième compresseurs, - une unité de commande connectée au circuit de fluide caloporteur et à la ligne d'équilibrage, ladite unité de commande étant adaptée pour déterminer s'il existe un besoin de chauffage du milieu intérieur et si le besoin de chauffage du milieu intérieur est 30 important ou modéré et pour, lorsqu'il existe un besoin de chauffage du milieu intérieur important : commander un fonctionnement multi-étagé en connectant l'unité de compression entre la sortie du premier échangeur de chaleur et l'entrée du deuxième échangeur de chaleur, en connectant l'unité de détente entre la sortie du 35 deuxième échangeur de chaleur et l'entrée du premier échangeur de chaleur, et en faisant fonctionner en série les premier et deuxième compresseurs, et 6 2977657 périodiquement, commander un dégivrage du premier échangeur de chaleur en connectant l'unité de compression entre la sortie du deuxième échangeur de chaleur et l'entrée du premier échangeur de chaleur, en connectant l'unité de détente entre la sortie du premier échangeur de chaleur et l'entrée du 5 deuxième échangeur de chaleur, en arrêtant le premier compresseur et en faisant fonctionner le deuxième compresseur, ladite unité de commande étant en outre adaptée pour mettre en ceuvre le procédé d'équilibrage tel que défini précédemment. According to a second aspect, the invention relates to a heat exchange system 10 adapted to perform heat exchanges between outside air located outside a space and an interior medium flowing inside the space. said heat exchange system comprising: - first and second heat exchangers for exchanging heat with the outside air and the indoor medium respectively, said first and second heat exchangers each having an inlet and an outlet and forming one an evaporator and the other a condenser, a heat transfer fluid circuit adapted to circulate a heat transfer fluid between the evaporator and the condenser, said heat transfer fluid circuit comprising a multi-stage compression unit placed between the outlet of the evaporator and the inlet of the condenser, and an expansion unit placed between the condenser outlet and the evaporator inlet, said condenser unit; compression comprising at least a first compressor and at least a second compressor arranged in series, the first compressor discharging the heat transfer fluid into the second compressor, the first and second compressors each comprising a housing receiving lubricant, a balancing line; adapted to pass lubricant between the casings of the first and second compressors, - a control unit connected to the coolant circuit and the balancing line, said control unit being adapted to determine if there is a need for heating of the indoor environment and whether the need for heating of the indoor medium is large or moderate and for, when there is a need for substantial indoor heating: controlling multi-stage operation by connecting the compression unit between the outlet of the first heat exchanger and the inlet of the second heat exchanger, connecting the unit of d between the output of the second heat exchanger and the inlet of the first heat exchanger, and by first and second compressors running in series, and periodically controlling a defrost of the first heat exchanger by connecting the unit. between the outlet of the second heat exchanger and the inlet of the first heat exchanger, by connecting the expansion unit between the outlet of the first heat exchanger and the inlet of the second heat exchanger, stopping the first heat exchanger. compressor and operating the second compressor, said control unit being further adapted to implement the balancing method as defined above.

10 Dans le mode de réalisation dans lequel la ligne d'équilibrage comprend des première et deuxième vannes agencées en parallèle, la première vanne peut être une vanne à flotteur et la deuxième vanne peut être un clapet. In the embodiment in which the balancing line comprises first and second valves arranged in parallel, the first valve may be a float valve and the second valve may be a valve.

D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 15 description qui suit d'un mode de réalisation particulier de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, la description étant faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un système d'échange thermique selon un mode de réalisation de l'invention, le système d'échange thermique 20 comprenant une unité de compression multi-étagée, le système d'échange thermique fonctionnant selon un mode climatiseur, - la figure 2 est une représentation schématique du système d'échange thermique de la figure 1 fonctionnant selon un mode pompe à chaleur, - la figure 3 est une représentation schématique de l'unité de compression mufti- 25 étagée du système d'échange thermique de la figure 1, illustrant une ligne d'équilibrage des niveaux de lubrifiant entre des premier et deuxième étages de compression de l'unité de compression, la ligne d'équilibrage comprenant deux vannes distinctes pour assurer les transferts d'excédant de lubrifiant entre les premier et deuxième étages de compression, 30 - La figure 3b est une variante de l'unité de compression multi-étagé de la figure 3 par les éléments constituant la ligne d'équilibrage. - la figure 4 est un diagramme illustrant des étapes du procédé d'équilibrage des niveaux de lubrifiant dans l'unité de compression multi-étagée du système d'échange thermique de la figure 2, 35 - la figure 5 est une représentation schématique d'une vanne de la ligne d'équilibrage d'une variante du système d'échange thermique de la figure 1, la vanne 7 2977657 assurant à elle seule les transferts d'excédant de lubrifiant entre des premier et deuxième étages de compression, - la figure 6 est un diagramme illustrant des étapes du procédé d'équilibrage des niveaux de lubrifiant dans l'unité de compression multi-étagée dans une autre variante du 5 système d'échange thermique de la figure 1, dans laquelle une seule électrovanne assure les transferts d'excédant d'huile entre des premier et deuxième étages de compression. Other objects and advantages of the invention will appear on reading the following description of a particular embodiment of the invention given by way of non-limiting example, the description being made with reference to the accompanying drawings in FIG. which: - Figure 1 is a schematic representation of a heat exchange system according to one embodiment of the invention, the heat exchange system 20 comprising a multi-stage compression unit, the heat exchange system 2 is a schematic representation of the heat exchange system of FIG. 1 operating in a heat pump mode; FIG. 3 is a diagrammatic representation of the muffled compressor unit; of the heat exchange system of FIG. 1, illustrating a line for balancing the lubricant levels between first and second compression stages of the compression unit one, the balancing line comprising two separate valves to ensure transfers of excess lubricant between the first and second compression stages, - Figure 3b is a variant of the multi-stage compression unit of Figure 3 by the elements constituting the balancing line. FIG. 4 is a diagram illustrating steps of the method of balancing the lubricant levels in the multi-stage compression unit of the heat exchange system of FIG. 2; FIG. 5 is a schematic representation of a valve of the equilibrium line of a variant of the heat exchange system of FIG. 1, the valve 2977657 alone ensuring the transfers of excess lubricant between first and second compression stages, FIG. 6 is a diagram illustrating steps of the method of balancing the lubricant levels in the multi-stage compression unit in another variation of the heat exchange system of FIG. 1, in which a single solenoid valve provides exceeding oil between first and second stages of compression.

Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues. 10 Les figures 1 et 2 représentent un système d'échange thermique 1 respectivement pour le refroidissement et le chauffage d'un milieu intérieur, par exemple de l'eau, circulant dans un espace 2, tel qu'une pièce d'une habitation, un local technique ou autre. En variante, le milieu intérieur pourrait être autre que de l'eau, et notamment de l'air. Le 15 système d'échange thermique 1 permet soit de chauffer l'eau en prélevant de la chaleur à de l'air extérieur situé à l'extérieur de l'espace 2 (source froide) et en transférant à l'eau (source chaude) la chaleur prélevée (figure 2), soit de refroidir l'eau en lui prélevant de la chaleur (source froide) et en transférant à l'air extérieur (source chaude) la chaleur prélevée (figure 1). 20 Le système d'échange thermique 1 comprend : - un premier échangeur de chaleur 5, formant sélectivement un évaporateur ou un condenseur, destiné à réaliser des échanges thermiques avec l'air extérieur, le premier échangeur de chaleur 5 présentant une première extrémité 6 et une deuxième extrémité 7 25 qui forment l'une une entrée E et l'autre une sortie S, - un deuxième échangeur de chaleur 15, formant sélectivement un évaporateur ou un condenseur, destiné à réaliser des échanges thermiques avec l'eau, le deuxième échangeur de chaleur 15 présentant une première extrémité 16 et une deuxième extrémité 17 qui forment l'une une entrée E et l'autre une sortie S, 30 - un circuit de fluide caloporteur connecté aux premier 5 et deuxième 15 échangeurs de chaleur et adapté pour faire circuler un fluide caloporteur, tel qu'un fluide frigorigène, entre le premier échangeur de chaleur 5 et le deuxième échangeur de chaleur 15. In the figures, the same references designate identical or similar elements. FIGS. 1 and 2 show a heat exchange system 1 respectively for cooling and heating an internal medium, for example water, flowing in a space 2, such as a part of a dwelling, a technical room or other. Alternatively, the internal environment could be other than water, including air. The heat exchange system 1 allows either to heat the water by drawing heat from outside air outside the space 2 (cold source) and transferring to the water (hot source ) the heat taken (Figure 2), either to cool the water by taking heat (cold source) and transferring to the outside air (hot source) heat taken (Figure 1). The heat exchange system 1 comprises: - a first heat exchanger 5, selectively forming an evaporator or a condenser, intended to perform heat exchanges with the outside air, the first heat exchanger 5 having a first end 6 and a second end 7 which form one an inlet E and the other an outlet S, - a second heat exchanger 15, selectively forming an evaporator or a condenser, intended to perform heat exchanges with the water, the second heat exchanger 15 having a first end 16 and a second end 17 which form one an inlet E and the other an outlet S, 30 - a heat transfer fluid circuit connected to the first 5 and second 15 heat exchangers and adapted for circulating a coolant, such as a refrigerant, between the first heat exchanger 5 and the second heat exchanger 15.

35 Le circuit de fluide caloporteur comprend une unité de compression multi-étagée 20 et une unité de détente 10. 8 2977657 Sur les figures 1, 2 et 3, l'unité de compression 20 est bi-étagée et comprend un premier étage de compression 21 et un deuxième étage de compression 22 agencés en série. En variante, l'unité de compression 20 pourrait comprendre plus de deux étages de compression agencés en série. 5 Le premier étage de compression ou étage de compression basse pression 21 comprend deux premiers compresseurs ou compresseurs basse pression 23a, 23b connectés en parallèle. Chacun des compresseurs basse pression 23a, 23b est, par exemple, à capacité fixe, et notamment à vitesse fixe. En outre, dans le mode de 10 réalisation représenté, les compresseurs basse pression 23a, 23b présentent respectivement des cylindrées différentes. En particulier, le compresseur basse pression 23b, identifié BP2 sur la figure 3, présente une capacité plus élevée que celle du compresseur basse pression 23a, identifié BPI sur la figure 3. En variante, l'étage de compression basse pression 21 pourrait comprendre un ou plus de deux compresseurs 15 basse pression 23 en parallèle. The heat transfer fluid circuit comprises a multi-stage compression unit 20 and an expansion unit 10. In FIGS. 1, 2 and 3, the compression unit 20 is two-stage and comprises a first stage of compression 21 and a second compression stage 22 arranged in series. Alternatively, the compression unit 20 could comprise more than two compression stages arranged in series. The first compression stage or low pressure compression stage 21 comprises two first compressors or low pressure compressors 23a, 23b connected in parallel. Each of the low-pressure compressors 23a, 23b is, for example, with a fixed capacity, and in particular at a fixed speed. In addition, in the embodiment shown, the low-pressure compressors 23a, 23b respectively have different displacements. In particular, the low-pressure compressor 23b, identified BP2 in FIG. 3, has a higher capacity than that of the low-pressure compressor 23a, identified BPI in FIG. 3. In a variant, the low-pressure compression stage 21 could comprise a or more than two low-pressure compressors 23 in parallel.

Le deuxième étage de compression ou étage de compression haute pression 22 comprend un deuxième compresseur ou compresseur haute pression 24, identifié HP sur la figure 3. Le compresseur haute pression 24 est, par exemple, à capacité variable, et 20 notamment à vitesse variable. En variante, l'étage de compression haute pression 22 pourrait comprendre plusieurs compresseurs haute pression 24 en parallèle. The second compression stage or high pressure compression stage 22 comprises a second compressor or high pressure compressor 24, identified as HP in FIG. 3. The high-pressure compressor 24 is, for example, of variable capacity, and in particular at variable speed. Alternatively, the high pressure compression stage 22 could comprise a plurality of high pressure compressors 24 in parallel.

Chacun des compresseurs basse pression 23a, 23b et haute pression 24 présente une entrée d'aspiration 25 et une sortie de refoulement 26. Dans le mode de réalisation 25 représenté, les entrées d'aspiration 25 des compresseurs basse pression 23a, 23b sont connectées à une même ligne d'aspiration 27 et les sorties de refoulement 26 des compresseurs basse pression 23a, 23b sont connectées à une même ligne de refoulement 28. Les compresseurs basse pression 23a, 23b et haute pression 24 sont agencés en série, c'est-à-dire que la ligne de refoulement 28 des compresseurs basse 30 pression 23a, 23b est connectée à l'entrée d'aspiration 25 du compresseur haute pression 24. Par ailleurs, comme il apparaîtra de la suite de la description, la ligne d'aspiration 27 des compresseurs basse pression 23a, 23b est connectée à la sortie S de celui des premier 5 et deuxième 15 échangeurs de chaleur qui forme l'évaporateur, et la sortie de refoulement 26 du compresseur haute pression 24 est connectée à l'entrée E de celui des 35 premier 5 et deuxième 15 échangeurs de chaleur qui forme le condenseur. 9 2977657 Les compresseurs basse pression 23a, 23b et haute pression 24 comportent chacun un carter 30 recevant du lubrifiant, et en particulier de l'huile minérale ou de synthèse, qui peut être entraînée par le fluide caloporteur pour lubrifier les compresseurs basse pression 23a, 23b et haute pression 24 et les autres composants du circuit de 5 fluide caloporteur. A cet égard, les compresseurs basse pression 23a, 23b et haute pression 24 peuvent être de type hermétique, dans lesquels l'huile est accumulée dans le carter 30 à la pression d'aspiration (typiquement compresseurs scroll ou piston). Les carters 30 sont pourvus de piquages 31 respectifs situés sur leurs niveaux d'huile nominaux. 10 Pour permettre un fonctionnement mono-étagé en plus d'un fonctionnement biétagé qui seront décrits plus loin, en fonction de conditions qui seront également décrites dans la suite de la description, l'unité de compression 20 comprend une conduite de dérivation 11 pourvue d'un clapet 12 connectée en parallèle de l'étage de compression 15 basse pression 21, avec une extrémité amont connectée en amont de la ligne d'aspiration 27 et une extrémité aval connectée en aval de la ligne de refoulement 28 des compresseurs basse pression 23a, 2311 La conduite de dérivation 11 permet de contourner l'étage de compression basse pression 21 pour n'utiliser que l'étage de compression haute pression 22 dans le fonctionnement mono-étagé. 20 Comme représenté, une conduite de dérivation 3 pourvue d'un clapet 4 peut également être prévue en parallèle de l'étage de compression haute pression 22, avec une extrémité amont connectée en amont de l'entrée d'aspiration 25 et une extrémité aval connectée en aval de la sortie de refoulement 26 du compresseur haute pression 24. 25 Cette conduite de dérivation 3 a un rôle de protection contre d'éventuelles hautes pressions en cas de panne du compresseur haute pression 24 alors que les compresseurs basse pression 23a, 23b sont en marche. Each of the low pressure compressors 23a, 23b and high pressure 24 has a suction inlet 25 and a discharge outlet 26. In the illustrated embodiment, the suction inlets 25 of the low pressure compressors 23a, 23b are connected to a same suction line 27 and the discharge outlets 26 of the low-pressure compressors 23a, 23b are connected to the same discharge line 28. The low-pressure compressors 23a, 23b and high-pressure 24 are arranged in series, that is, that is, the discharge line 28 of the low pressure compressors 23a, 23b is connected to the suction inlet 25 of the high pressure compressor 24. Furthermore, as will be apparent from the following description, the line of suction 27 of the low pressure compressors 23a, 23b is connected to the output S of that of the first 5 and second 15 heat exchangers which forms the evaporator, and the discharge outlet 26 of the high pressure compressor No. 24 is connected to the inlet E of the first and second heat exchangers which form the condenser. The low pressure compressors 23a, 23b and high pressure 24 each comprise a housing 30 receiving lubricant, and in particular mineral or synthetic oil, which can be driven by the heat transfer fluid to lubricate the low pressure compressors 23a, 23b and high pressure 24 and the other components of the coolant circuit. In this regard, the low pressure compressors 23a, 23b and high pressure 24 may be hermetic type, in which the oil is accumulated in the housing 30 at the suction pressure (typically scroll compressors or piston). The housings 30 are provided with respective taps 31 located on their nominal oil levels. To enable single-stage operation in addition to two-stage operation which will be described later, depending on conditions which will also be described in the following description, the compression unit 20 comprises a branch line 11 provided with a valve 12 connected in parallel with the low pressure compression stage 21, with an upstream end connected upstream of the suction line 27 and a downstream end connected downstream of the discharge line 28 of the low pressure compressors 23a , 2311 The bypass line 11 bypasses the low pressure compression stage 21 to use only the high pressure compression stage 22 in the single stage operation. As shown, a bypass line 3 provided with a valve 4 may also be provided in parallel with the high pressure compression stage 22, with an upstream end connected upstream of the suction inlet 25 and a downstream end. connected downstream of the discharge outlet 26 of the high-pressure compressor 24. 25 This bypass line 3 has a role of protection against possible high pressures in the event of failure of the high-pressure compressor 24 while the low-pressure compressors 23a, 23b are running.

Dans le mode de réalisation représenté, le système d'échange thermique, utilisé 30 dans un mode pompe à chaleur décrit plus loin et selon le fonctionnement bi-étagé, fonctionne selon un cycle à injection avec un échangeur de sous-refroidissement 45 ou économiseur. In the embodiment shown, the heat exchange system, used in a heat pump mode described later and according to the two-stage operation, operates according to an injection cycle with a subcooling exchanger 45 or economizer.

Pour ce faire, l'échangeur de sous-refroidissement 45 est relié à la première 35 extrémité 6 du premier échangeur de chaleur 5 et à la deuxième extrémité 17 du deuxième échangeur de chaleur 15. Le système d'échange thermique 1 comprend outre une conduite d'injection 46 connectant la deuxième extrémité 17 du deuxième échangeur 10 2977657 de chaleur 15 à l'entrée d'aspiration 25 du compresseur haute pression 24 au travers de l'échangeur de sous-refroidissement 45. Un détendeur 47 est placé dans la conduite d'injection 46, entre le deuxième échangeur de chaleur 15 et l'échangeur de sous-refroidissement. Dans ce mode de réalisation, un réservoir de liquide 48 peut être prévu. 5 On peut ainsi réaliser un refroidissement du fluide caloporteur entre l'étage de compression basse pression 21 et l'étage de compression haute pression 22 pour limiter la température à la sortie de refoulement 26 de l'étage de compression haute pression 22 et ainsi atteindre une pression de condensation plus élevée. Le refroidissement est ici réalisé en prélevant du fluide caloporteur condensé, en sortie du condenseur, et en la 10 réinjectant entre la ligne de refoulement 28 de l'étage de compression basse pression 21 et l'entrée d'aspiration 25 de l'étage de compression haute pression 22. For this purpose, the subcooling exchanger 45 is connected to the first end 6 of the first heat exchanger 5 and to the second end 17 of the second heat exchanger 15. The heat exchange system 1 comprises in addition to a pipe injection valve 46 connecting the second end 17 of the second heat exchanger 10 2977657 15 to the suction inlet 25 of the high pressure compressor 24 through the subcooling exchanger 45. A regulator 47 is placed in the pipe injection 46, between the second heat exchanger 15 and the subcooling exchanger. In this embodiment, a liquid reservoir 48 may be provided. It is thus possible to cool the heat transfer fluid between the low pressure compression stage 21 and the high pressure compression stage 22 to limit the temperature at the discharge outlet 26 of the high pressure compression stage 22 and thereby achieve a higher condensation pressure. Cooling is carried out here by taking condensed heat transfer fluid at the outlet of the condenser and reinjecting it between the discharge line 28 of the low pressure compression stage 21 and the suction inlet 25 of the stage of compression. high pressure compression 22.

L'invention n'est toutefois pas limitée à un système d'échange thermique mettant en ceuvre un cycle à injection avec un échangeur de sous-refroidissement et s'applique à 15 un système d'échange thermique mettant en ceuvre par exemple un cycle à injection totale ou un cycle à injection partielle, le système d'échange thermique étant adapté en conséquence. The invention is however not limited to a heat exchange system implementing an injection cycle with a subcooling exchanger and applies to a heat exchange system implementing for example a cycle to total injection or a partial injection cycle, the heat exchange system being adapted accordingly.

Comme il apparaît sur les figures 1 et 2, le circuit de fluide caloporteur comprend 20 également un circuit de distribution 40 permettant de faire circuler le fluide caloporteur depuis l'unité de compression 20 vers le premier échangeur de chaleur 5 ou depuis l'unité de compression 20 vers le deuxième échangeur de chaleur 15 afin d'assurer la réversibilité, ou l'inversibilité, du système d'échange thermique 1. As can be seen in FIGS. 1 and 2, the heat transfer fluid circuit also comprises a distribution circuit 40 making it possible to circulate the heat transfer fluid from the compression unit 20 to the first heat exchanger 5 or from the heat transfer unit. compression 20 to the second heat exchanger 15 to ensure the reversibility, or invertibility, of the heat exchange system 1.

25 En particulier, le circuit de distribution 40 comporte une boucle de compression 41 dans laquelle les compresseurs basse pression 23a, 23b et haute pression 24 sont placés, et une vanne quatre voies 42 reliant la boucle de compression 41 aux premier 5 et deuxième 15 échangeurs de chaleur. La vanne quatre voies 42 est adaptée pour faire circuler le fluide caloporteur provenant de l'un des premier 5 et deuxième 15 échangeurs 30 de chaleur et entrant dans la boucle de compression 41 vers la ligne d'aspiration 27 des compresseurs basse pression 23a, 23b, et pour distribuer le fluide caloporteur provenant de la sortie de refoulement 26 du compresseur haute pression 24 vers l'autre échangeur de chaleur 5, 15. In particular, the distribution circuit 40 comprises a compression loop 41 in which the low pressure compressors 23a, 23b and high pressure 24 are placed, and a four-way valve 42 connecting the compression loop 41 to the first 5 and second 15 exchangers heat. The four-way valve 42 is adapted to circulate the heat transfer fluid from one of the first 5 and second 15 heat exchangers and entering the compression loop 41 to the suction line 27 of the low pressure compressors 23a, 23b , and for distributing the heat transfer fluid from the discharge outlet 26 of the high-pressure compressor 24 to the other heat exchanger 5, 15.

35 L'unité de détente 10 comprend un détendeur reliant, par l'intermédiaire d'une ou plusieurs conduites, la sortie S de celui des premier 5 et deuxième 15 échangeurs de 11 2977657 chaleur qui forme le condenseur et l'entrée E de celui des premier 5 et deuxième 15 échangeurs de chaleur qui forme l'évaporateur. The expansion unit 10 comprises an expansion valve connecting, via one or more pipes, the outlet S of that of the first 5 and second heat exchangers 29 which form the condenser and the inlet E of the first and second heat exchangers 15 which form the evaporator.

Le système d'échange thermique 1 comprend également un circuit d'air 35 5 associé au premier échangeur de chaleur 5 pour réaliser un échange thermique entre le fluide caloporteur et l'air extérieur, et un circuit d'eau 36 associé au deuxième échangeur de chaleur 15 pour réaliser un échange thermique entre le fluide caloporteur et l'eau circulant à l'intérieur de l'espace 2. En particulier, le circuit d'air 35 peut comprendre des conduites, non représentées, reliées à une entrée d'air et à une sortie d'air, et un 10 ventilateur 39 adapté pour faire circuler l'air entre l'entrée d'air et la sortie d'air au travers du premier échangeur de chaleur 5. Le circuit d'eau 36, par exemple d'une installation de chauffage sanitaire ou de plancher chauffant, peut comprendre des conduites reliées à un système de pompage assurant la circulation de l'eau dans les conduites. The heat exchange system 1 also comprises an air circuit 35 associated with the first heat exchanger 5 to perform a heat exchange between the coolant and the outside air, and a water circuit 36 associated with the second heat exchanger. heat 15 to achieve a heat exchange between the coolant and the water flowing inside the space 2. In particular, the air circuit 35 may comprise pipes, not shown, connected to an air inlet and an air outlet, and a fan 39 adapted to circulate air between the air inlet and the air outlet through the first heat exchanger 5. The water circuit 36, through example of a sanitary heating system or floor heating, may include pipes connected to a pumping system ensuring the flow of water in the pipes.

15 En fonction du sens de circulation du fluide caloporteur, le système d'échange thermique 1 peut fonctionner selon un mode climatiseur (figure 1) ou selon un mode pompe à chaleur (figure 2). Un pilotage du système d'échange thermique 1 entre les différents modes est assuré par une unité de commande connectée au circuit de fluide caloporteur. L'unité de commande comprend par exemple un microprocesseur 20 électronique auquel une sonde de température adaptée pour mesurer une température extérieure de l'air extérieur est connectée. D'autres capteurs ou instruments de mesure de l'unité de commande peuvent être connectés au microprocesseur électronique. L'unité de commande peut également comprendre une mémoire dans laquelle différentes données, et notamment une température seuil pour la température extérieure, sont 25 stockées. Depending on the direction of circulation of the coolant, the heat exchange system 1 can operate in an air conditioner mode (Figure 1) or in a heat pump mode (Figure 2). A control of the heat exchange system 1 between the different modes is provided by a control unit connected to the coolant circuit. The control unit includes, for example, an electronic microprocessor to which a temperature sensor adapted to measure an outside temperature of the outside air is connected. Other sensors or measuring instruments of the control unit can be connected to the electronic microprocessor. The control unit may also include a memory in which different data, and in particular a threshold temperature for the outside temperature, are stored.

Le pilotage du système d'échange thermique 1 selon le mode climatiseur, le mode pompe à chaleur et les différents fonctionnements décrits dans la suite de la description en relation avec le mode pompe à chaleur peut être réalisé en fonction du besoin de 30 refroidissement ou de chauffage du milieu intérieur. Le besoin de refroidissement ou de chauffage peut être déterminé de toute manière appropriée. Par exemple, un opérateur peut choisir le mode et le fonctionnement en agissant directement sur une interface d'entrée de l'unité de commande. En variante, l'unité de commande peut déterminer le mode et le fonctionnement du système d'échange thermique 1 directement ou 35 indirectement à partir d'une grandeur mesurée et d'une grandeur seuil correspondante déterminée. L'unité de commande peut par exemple comprendre un thermostat mesurant une température du milieu intérieur et déterminant le mode et le fonctionnement du 12 2977657 système d'échange thermique 1 à partir d'une température de consigne pour le milieu intérieur. L'unité de commande peut en outre déterminer le mode et le fonctionnement du système d'échange thermique 1 à partir de la température extérieure, notamment par l'intermédiaire d'une loi d'eau mémorisée dans la mémoire de l'unité de commande. On 5 peut encore prévoir que le mode et le fonctionnement du système d'échange thermique soit déterminé par un taux de compression obtenu en faisant un ratio entre une pression à l'aspiration de l'unité de compression 20 et une pression au refoulement de l'unité de compression 20. Le taux de compression est alors élevé lorsque la température extérieure est faible et, inversement, il est faible lorsque la température extérieure est 10 élevée. L'unité de commande peut également qualifier, voire quantifier, le besoin de refroidissement ou de chauffage, pour ainsi déterminer notamment si ce besoin est important ou modéré. The control of the heat exchange system 1 according to the air conditioner mode, the heat pump mode and the various operations described in the following description in connection with the heat pump mode can be carried out according to the need for cooling or cooling. heating the indoor environment. The need for cooling or heating can be determined in any suitable manner. For example, an operator can choose the mode and operation by acting directly on an input interface of the control unit. Alternatively, the control unit can determine the mode and operation of the heat exchange system 1 directly or indirectly from a measured quantity and a corresponding corresponding threshold quantity. The control unit may for example include a thermostat measuring a temperature of the indoor environment and determining the mode and operation of the heat exchange system 1 from a set temperature for the indoor environment. The control unit can further determine the mode and operation of the heat exchange system 1 from the outside temperature, in particular by means of a water law stored in the memory of the control unit. . It is also possible to provide that the mode and operation of the heat exchange system is determined by a compression ratio obtained by making a ratio between a suction pressure of the compression unit 20 and a pressure at the discharge of the compressor. 20. The compression ratio is then high when the outside temperature is low and, conversely, it is low when the outside temperature is high. The control unit can also qualify, or even quantify, the need for cooling or heating, to thus determine in particular if this need is important or moderate.

Ainsi, lorsqu'il existe un besoin en refroidissement du milieu intérieur, le système 15 d'échange thermique 1 est en mode climatiseur, représenté sur la figure 1. Le fluide caloporteur circule alors en boucle fermée : - depuis l'unité de compression 20 vers la deuxième extrémité 7, formant l'entrée E, du premier échangeur de chaleur 5, puis - depuis la première extrémité 6, formant la sortie S, du premier échangeur de 20 chaleur 5 vers la deuxième extrémité 17, formant l'entrée E, du deuxième échangeur de chaleur 15 au travers de l'unité de détente 10 et de l'échangeur de sous-refroidissement 45, puis - depuis la première extrémité 16, formant la sortie S, du deuxième échangeur de chaleur 15 vers l'unité de compression 20. 25 Le deuxième échangeur de chaleur 15 forme l'évaporateur prélevant de la chaleur au milieu intérieur et le premier échangeur de chaleur 5 forme le condenseur transférant la chaleur à l'air extérieur, de sorte à refroidir le milieu intérieur. Thus, when there is a need for cooling of the interior medium, the heat exchange system 1 is in air conditioner mode, shown in FIG. 1. The heat transfer fluid then circulates in a closed loop: from the compression unit towards the second end 7, forming the inlet E, of the first heat exchanger 5, then - since the first end 6, forming the outlet S, of the first heat exchanger 5 towards the second end 17, forming the inlet E , the second heat exchanger 15 through the expansion unit 10 and the subcooling exchanger 45, then - from the first end 16, forming the output S, the second heat exchanger 15 to the unit 20. The second heat exchanger 15 forms the evaporator collecting heat from the interior and the first heat exchanger 5 forms the condenser transferring the heat to the outside air, so as to cool the internal environment.

30 Lorsqu'il existe un besoin de chauffage du milieu intérieur, le système d'échange thermique 1 est en mode pompe à chaleur, représenté sur la figure 2. Le fluide caloporteur circule alors en boucle fermée : - depuis l'unité de compression 20 vers la première extrémité 16, formant l'entrée E, du deuxième échangeur de chaleur 15, puis 35 - depuis la deuxième extrémité 17, formant la sortie S, du deuxième échangeur de chaleur 15 vers la première extrémité 6, formant l'entrée E, du premier échangeur de 13 2977657 chaleur 5 au travers de l'unité de détente 10 et de l'échangeur de sous-refroidissement 45, puis - depuis la deuxième extrémité 7, formant la sortie S, du premier échangeur de chaleur 5 vers l'unité de compression 20. Le premier échangeur de chaleur 5 forme l'évaporateur prélevant de la chaleur à l'air extérieur et le deuxième échangeur de chaleur 15 forme le condenseur transférant la chaleur milieu intérieur, de sorte à chauffer le milieu intérieur. When there is a need for heating of the interior medium, the heat exchange system 1 is in heat pump mode, shown in FIG. 2. The heat transfer fluid then flows in a closed loop: from the compression unit towards the first end 16, forming the inlet E, of the second heat exchanger 15, then 35 - from the second end 17, forming the outlet S, of the second heat exchanger 15 towards the first end 6, forming the inlet E , the first heat exchanger 5 through the expansion unit 10 and the subcooling exchanger 45, then - from the second end 7, forming the outlet S, the first heat exchanger 5 to the The first heat exchanger 5 forms the evaporator which draws heat from the outside air and the second heat exchanger 15 forms the condenser transferring the heat inside the medium, so as to heat the heat. had inside.

10 A titre d'exemple, l'unité de commande détermine l'existence d'un besoin de chauffage à partir de la température extérieure et d'une température seuil. By way of example, the control unit determines the existence of a heating requirement from the outside temperature and a threshold temperature.

En particulier, lorsque la température extérieure est supérieure à la température seuil, par exemple comprise entre 2°C et 8°C, le besoin en chauffage est modéré et le 15 taux de compression est compatible avec un fonctionnement mono-étagé. L'unité de commande commande alors la mise en marche du compresseur haute pression 24 et l'arrêt des compresseurs basse pression 23a, 23b qui sont contournés par l'intermédiaire de la conduite 11, une ouverture du clapet 12 étant commandée par l'unité de commande. In particular, when the outside temperature is above the threshold temperature, for example between 2 ° C and 8 ° C, the heating requirement is moderate and the compression ratio is compatible with single-stage operation. The control unit then commands the start of the high-pressure compressor 24 and the stopping of the low-pressure compressors 23a, 23b which are bypassed via the pipe 11, an opening of the valve 12 being controlled by the unit control.

20 Lorsque la température extérieure est inférieure à la température seuil, le besoin en chauffage est important et le taux de compression requis nécessite un fonctionnement multi-étagé, et en particulier dans le mode de réalisation représenté un fonctionnement biétagé. L'unité de commande commande alors la mise en marche des compresseurs basse pression 23a, 23b en série avec le compresseur haute pression 24. 25 Dans le fonctionnement bi-étagé, pour améliorer le rendement et la capacité de la pompe à chaleur, l'unité de commande agit sur le circuit de fluide caloporteur pour qu'une première partie du fluide caloporteur circule depuis la deuxième extrémité 17 (sortie) du deuxième échangeur de chaleur 15 (condenseur) vers l'entrée d'aspiration 25 du 30 compresseur haute pression 24 par la conduite d'injection 46, et une deuxième partie du fluide caloporteur depuis la deuxième extrémité 17 (sortie) du deuxième échangeur de chaleur 15 (condenseur) vers la première extrémité 6 (entrée) du premier échangeur de chaleur 5 (évaporateur). When the outside temperature is below the threshold temperature, the heating requirement is large and the required compression ratio requires multi-stage operation, and particularly in the embodiment shown a two-stage operation. The control unit then controls the start-up of the low-pressure compressors 23a, 23b in series with the high-pressure compressor 24. In the two-stage operation, to improve the efficiency and the capacity of the heat pump, the control unit acts on the heat transfer fluid circuit so that a first portion of the heat transfer fluid flows from the second end 17 (outlet) of the second heat exchanger 15 (condenser) to the suction inlet 25 of the high pressure compressor 24 through the injection line 46, and a second portion of the heat transfer fluid from the second end 17 (outlet) of the second heat exchanger 15 (condenser) to the first end 6 (inlet) of the first heat exchanger 5 (evaporator) .

35 Au cours de ce fonctionnement, compte tenu de la température extérieure, du givre se forme sur le premier échangeur de chaleur 5 agissant comme évaporateur. L'unité de commande commande alors, périodiquement, un dégivrage du premier 5 14 2977657 échangeur de chaleur 5. Pour ce faire la vanne quatre voies 42 est commandée pour inverser le cycle et connecter l'unité de compression 20 entre la sortie S, formée par la première extrémité 16 du deuxième échangeur de chaleur 15 et l'entrée E formée par la deuxième extrémité 7 du premier échangeur de chaleur 7, et en connectant l'unité de 5 détente 10 entre la sortie S formée par la première extrémité 6 du premier échangeur de chaleur 5 et l'entrée E formée par la deuxième extrémité 17 du deuxième échangeur de chaleur 15. L'unité de commande commande l'arrêt des compresseurs basse pression 23a, 23b et la mise en marche du compresseur haute pression 24. During this operation, taking into account the outside temperature, frost forms on the first heat exchanger 5 acting as an evaporator. The control unit then periodically controls a defrosting of the first heat exchanger 5. To do this the four-way valve 42 is controlled to reverse the cycle and connect the compression unit 20 between the output S, formed by the first end 16 of the second heat exchanger 15 and the inlet E formed by the second end 7 of the first heat exchanger 7, and by connecting the expansion unit 10 between the outlet S formed by the first end 6 of the first heat exchanger 5 and the inlet E formed by the second end 17 of the second heat exchanger 15. The control unit controls the shutdown of the low-pressure compressors 23a, 23b and the start-up of the high-pressure compressor 24.

10 Pour assurer l'équilibrage des niveaux d'huile dans les carters 30 des compresseurs basse pression 23a, 23b et haute pression 24, le système d'échange thermique 1 comprend également une ligne d'équilibrage d'huile 50 qui relie les carters 30 des compresseurs basse pression 23a, 23b et haute pression 24 en les connectant au niveau de leurs piquages 31 sur leurs niveaux d'huile nominaux respectifs. La ligne 15 d'équilibrage 50 est commandée par l'unité de commande pour permettre la mise en ceuvre d'un procédé d'équilibrage décrit ci-après en relation avec la figure 4. In order to balance the oil levels in the crankcases 30 of the low pressure compressors 23a, 23b and high pressure 24, the heat exchange system 1 also comprises an oil balancing line 50 which connects the crankcases 30. low pressure compressors 23a, 23b and high pressure 24 by connecting them at their connections 31 on their respective nominal oil levels. The balancing line 50 is controlled by the control unit to enable the implementation of a balancing method described hereinafter with reference to FIG. 4.

Dans le mode de réalisation représenté, la ligne d'équilibrage 50 comprend : - des première 51 et deuxième 52 vannes agencées en parallèle entre le 20 compresseur haute pression 24 et le compresseur basse pression BPI 23a de plus faible capacité pour réguler le transfert d'huile d'un étage de compression vers l'autre, et - une conduite 53 reliant les carters 30 des compresseurs basse pression 23a, 23b entre leurs piquages 31 à leur niveau d'huile nominaux respectifs. In the embodiment shown, the balancing line 50 comprises: first 51 and second 52 valves arranged in parallel between the high-pressure compressor 24 and the low-pressure compressor BPI 23a of smaller capacity to regulate the transfer of oil from one compression stage to the other, and - a pipe 53 connecting the housings 30 of the low pressure compressors 23a, 23b between their connections 31 at their respective nominal oil level.

25 La première vanne 51 permet de transférer l'huile en cours de fonctionnement biétagé du carter 30 du compresseur haute pression 24 vers le carter 30 du compresseur basse pression BPI 23a de plus faible capacité. La première vanne 51 présente alors un sens passant depuis le carter 30 du compresseur haute pression 24 vers le carter 30 du compresseur basse pression BPI 23a. La première vanne 51 est préférentiellement une 30 vanne de type à flotteur qui maintient le niveau d'huile nominal dans le carter 30 du compresseur haute pression 24 et transfère l'excédent d'huile au compresseur basse pression BPI 23a grâce à la différence de pression entre les carters 30. The first valve 51 makes it possible to transfer the oil during two-stage operation of the casing 30 of the high-pressure compressor 24 to the casing 30 of the low-pressure compressor BPI 23a of smaller capacity. The first valve 51 then has a direction passing from the housing 30 of the high pressure compressor 24 to the casing 30 of the low pressure compressor BPI 23a. The first valve 51 is preferably a float type valve which maintains the nominal oil level in the housing 30 of the high pressure compressor 24 and transfers the excess oil to the low pressure compressor BPI 23a due to the pressure difference. between the housings 30.

La deuxième vanne 52 permet de transférer l'huile du carter 30 du compresseur 35 basse pression BPI 23a de plus faible capacité vers le carter 30 du compresseur haute pression 24 lorsque seul le compresseur haute pression 24 est en marche (en fonctionnement bi-étagé cette deuxième vanne reste fermée). La deuxième vanne 52 15 2977657 présente alors un sens passant depuis le carter 30 du compresseur basse pression BPI 23a vers le carter 30 du compresseur haute pression 24, et un sens bloquant depuis le carter 30 du compresseur haute pression 24 vers le carter 30 du compresseur basse pression BPI 23a. La deuxième vanne 52 est préférentiellement une vanne de type 5 clapet, autorisant le passage de l'huile uniquement dans le sens du carter 30 du compresseur basse pression BPI 23a vers le carter du compresseur haute pression 24. En effet, lorsque seul le compresseur haute pression 24 est en fonctionnement, la perte de charge créée sur la ligne d'aspiration fait que le carter 30 du compresseur haute pression 24 est à une pression légèrement inférieure à celle du carter 30 du compresseur 10 basse pression BPI 23a. The second valve 52 makes it possible to transfer the oil from the casing 30 of the low-pressure compressor BPI 23a of lower capacity to the casing 30 of the high-pressure compressor 24 when only the high-pressure compressor 24 is running (in two-stage operation this second valve remains closed). The second valve 52 2977657 then has a direction passing from the casing 30 of the LPI low pressure compressor 23a to the casing 30 of the high pressure compressor 24, and a blocking direction from the casing 30 of the high pressure compressor 24 to the compressor casing 30. low pressure BPI 23a. The second valve 52 is preferably a valve type 5 valve, allowing the passage of oil only in the direction of the housing 30 of the low pressure compressor BPI 23a to the housing of the high pressure compressor 24. In fact, when only the compressor high pressure 24 is in operation, the pressure drop created on the suction line causes the casing 30 of the high-pressure compressor 24 to be at a pressure slightly lower than that of the casing 30 of the low-pressure compressor BPI 23a.

Un séparateur d'huile 54, unique, pourvu par exemple d'une vanne à flotteur, est connecté à la sortie de refoulement 26 du compresseur haute pression 24. Une conduite de retour d'huile 55 s'étend entre la vanne à flotteur du séparateur d'huile 54 et un 15 piquage sur le carter 30 du compresseur haute pression 24 situé au dessus du niveau d'huile nominal, pour pouvoir renvoyer l'huile collectée dans le séparateur d'huile 54 dans le carter 30 du compresseur haute pression 24. A single oil separator 54, provided for example with a float valve, is connected to the discharge outlet 26 of the high pressure compressor 24. An oil return line 55 extends between the float valve of the oil separator 54 and a stitching on the housing 30 of the high pressure compressor 24 located above the nominal oil level, to be able to return the collected oil in the oil separator 54 in the housing 30 of the high pressure compressor 24.

La figure 4 représente les principales étapes du procédé d'équilibrage des niveaux 20 d'huile dans l'unité de compression 20. Le procédé d'équilibrage décrit en relation avec l'unité de compression bi-étagée du système d'échange thermique 1 décrit ci-dessus s'applique à toute pompe à chaleur inversible dans laquelle le circuit de fluide caloporteur comporte au moins deux compresseurs distincts en série qui peuvent fonctionner alternativement en multi-étagé, et notamment bi-étagé, et en mono-étagé, et dans 25 laquelle le dégivrage de l'évaporateur se fait par inversion de cycle. FIG. 4 shows the main steps of the process of balancing the oil levels in the compression unit 20. The balancing method described in connection with the two-stage compression unit of the heat exchange system 1 described above applies to any invertible heat pump in which the coolant circuit comprises at least two separate compressors in series which can operate alternately multi-stage, and in particular two-stage, and single-stage, and in which the defrosting of the evaporator is by cycle inversion.

Pour assurer le bon fonctionnement du système d'échange thermique 1, une période maximale T1 de fonctionnement bi-étagé avant de réaliser un dégivrage pour les besoins de l'équilibrage d'huile est mémorisée dans la mémoire de l'unité de commande. 30 L'unité de commande comprend alors un compteur Cl qui incrémente le temps lors du fonctionnement bi-étagé. En outre, une durée minimale T2 de dégivrage ou de fonctionnement mono-étagé pour les besoins de l'équilibrage d'huile est également mémorisée dans la mémoire de l'unité de commande. L'unité de commande comprend alors un compteur C2 qui incrémente le temps lors du dégivrage ou du fonctionnement 35 mono-étagé. Par exemple, la période maximale T1 de fonctionnement bi-étagé est comprise entre trois heures et 10 heures et la durée minimale T2 de dégivrage ou de fonctionnement mono-étagé est comprise entre une minute et 20 minutes. 16 2977657 Lorsqu'il existe un besoin de chauffage (S1) détecté par l'unité de commande, le système d'échange thermique 1 est en mode pompe à chaleur. L'unité de commande détermine alors si le besoin de chauffage est important ou modéré (S2), par exemple à 5 partir de la température extérieure. Pour ce faire, l'unité de commande compare la température extérieure à la température seuil. To ensure the proper functioning of the heat exchange system 1, a maximum period T1 of two-stage operation before performing a defrost for the purposes of the oil balance is stored in the memory of the control unit. The control unit then comprises a counter C1 which increments the time during two-stage operation. In addition, a minimum defrost duration T2 or single-stage operation for the purposes of the oil balance is also stored in the memory of the control unit. The control unit then comprises a counter C2 which increments the time during defrost or single-stage operation. For example, the maximum period T1 of two-stage operation is between three hours and 10 hours and the minimum duration T2 defrosting or single-stage operation is between one minute and 20 minutes. 16 2977657 When there is a heating requirement (S1) detected by the control unit, the heat exchange system 1 is in heat pump mode. The control unit then determines whether the heating requirement is large or moderate (S2), for example from the outside temperature. To do this, the control unit compares the outside temperature with the threshold temperature.

Si la température extérieure est supérieure à la température seuil, il existe un besoin de chauffage modéré et la pompe à chaleur est en fonctionnement mono-étagé 10 (S3). Au cours de ce fonctionnement, il n'y a pas de risque d'accumulation d'huile dans l'un des carters 30. Tout l'excédent d'huile des carters 30 des compresseurs basse pression 23a, 23b peut être ramené au carter 30 du compresseur haute pression 24 par la ligne d'égalisation 50 au travers de la deuxième vanne 52 (clapet). Les compresseurs basse pression 23a, 23b étant à l'arrêt, il n'y a pas de risque que leurs niveaux d'huile 15 passent sous leurs niveaux nominaux. Toute l'huile collectée au niveau du séparateur d'huile 54 peut également être renvoyée au carter 30 du compresseur haute pression 24. Au passage en fonctionnement mono-étagé, le compteur C2 est démarré pour compter le temps de fonctionnement mono-étagé alors que le compteur Cl est remis à zéro (RAZ). On peut prévoir que, lorsque le compteur C2 dépasse la durée minimale T2 de 20 fonctionnement mono-étagé, l'unité de commande vérifie s'il existe un besoin de chauffage et si le besoin est important ou modéré. If the outside temperature is above the threshold temperature, there is a need for moderate heating and the heat pump is in single-stage operation (S3). During this operation, there is no risk of accumulation of oil in one of the housings 30. All the excess oil of the housings 30 of the low-pressure compressors 23a, 23b can be brought back to the crankcase 30 of the high pressure compressor 24 by the equalization line 50 through the second valve 52 (valve). Since the low pressure compressors 23a, 23b are stationary, there is no risk that their oil levels will fall below their nominal levels. All the oil collected at the oil separator 54 can also be returned to the casing 30 of the high-pressure compressor 24. At the passage in single-stage operation, the counter C2 is started to count the one-stage operating time whereas the counter C1 is reset (reset). It can be expected that when the counter C2 exceeds the minimum duration T2 of single-stage operation, the control unit checks whether there is a need for heating and whether the need is large or moderate.

Si, toutefois, la température extérieure est inférieure à la température seuil, il existe un besoin de chauffage important et la pompe à chaleur est en fonctionnement bi- 25 étagé (S4). Au cours de ce fonctionnement, l'excédent d'huile du carter 30 du compresseur haute pression 24 peut être transféré aux carters 30 des compresseurs basse pression 23a, 23b par la première vanne 51 (à flotteur). Au passage en fonctionnement bi-étagé, le compteur Cl est démarré pour compter le temps de fonctionnement bi-étagé alors que le compteur C2 est remis à zéro (RAZ). 30 Il existe, toutefois, dans ce fonctionnement bi-étagé, un risque d'accumuler l'huile transportée dans le reste du circuit de fluide caloporteur dans les carters 30 des compresseurs basse pression 23a, 23b. If, however, the outside temperature is below the threshold temperature, there is a large heating requirement and the heat pump is in dual stage operation (S4). During this operation, the excess oil of the casing 30 of the high-pressure compressor 24 can be transferred to the casings 30 of the low-pressure compressors 23a, 23b by the first valve 51 (float). When switching to two-stage operation, the counter C1 is started to count the two-stage operation time while the counter C2 is reset (reset). There is, however, in this two-stage operation, a risk of accumulating the oil transported in the rest of the coolant circuit in the housings 30 of the low-pressure compressors 23a, 23b.

35 Le séparateur d'huile 54 limite la quantité d'huile transportée par le fluide caloporteur. L'accumulation d'huile susceptible de se produire dans les carters 30 des 17 2977657 compresseurs basse pression 23a, 23b est donc très ralentie par la présence du séparateur d'huile 54. The oil separator 54 limits the amount of oil carried by the coolant. The accumulation of oil likely to occur in the casings 30 of the low-pressure compressors 23a, 23b is therefore very slowed down by the presence of the oil separator 54.

De plus, comme expliqué précédemment, pour pallier le phénomène de givrage de 5 l'évaporateur, la pompe à chaleur réalise régulièrement le dégivrage (S5), en particulier lorsque le compteur Cl dépasse la période maximale T1. Si nécessaire, pour limiter l'accumulation de givre sur l'évaporateur, il est possible de dégivrer avec une période plus courte. Une condition de dégivrage pour cause d'accumulation de givre, basée sur une détection du givrage excessif de l'évaporateur, peut être différente de la condition de 10 dégivrage pour cause de besoin d'équilibrage d'huile. En particulier, un besoin de dégivrage pour cause d'accumulation de givre peut être détecté à partir de la différence entre la température extérieure et la température d'évaporation ou grâce à des capteurs de perte de charge sur l'air traversant l'évaporateur. In addition, as explained above, to overcome the phenomenon of icing of the evaporator, the heat pump regularly performs the defrost (S5), particularly when the counter Cl exceeds the maximum period T1. If necessary, to limit ice accumulation on the evaporator, it is possible to defrost with a shorter period. A defrosting condition due to frost build-up, based on an excessive icing detection of the evaporator, may be different from the defrost condition due to the need for oil balance. In particular, a defrosting requirement due to ice accumulation can be detected from the difference between the outdoor temperature and the evaporation temperature or through pressure drop sensors on the air passing through the evaporator.

15 Durant le dégivrage, le retour d'huile est similaire au retour d'huile en fonctionnement mono-étagé. A chaque dégivrage, l'excédent dans les carters 30 des compresseurs basse pression 23a, 23b est donc ramené au carter 30 du compresseur haute pression 24 par la deuxième vanne 52 (clapet). Lors du passage au dégivrage, le compteur C2 est à nouveau démarré pour compter le temps de fonctionnement en 20 dégivrage et le compteur Cl est remis à zéro. Une condition de fin de dégivrage pour cause d'évaporateur dégivré, basée sur une détection du dégivrage de l'évaporateur, peut être différente de la condition de fin de dégivrage pour cause de fin d'équilibrage d'huile. En particulier, la fin du dégivrage pour cause d'évaporateur dégivré peut être détectée à partir d'une mesure de la pression de condensation. 25 Lorsque le compteur C2 dépasse la durée minimale T2 de dégivrage et que l'évaporateur est dégivré, la pompe à chaleur peut repasser en fonctionnement bi-étagé, en vérifiant en continu ou de façon périodique si le besoin de chauffage existe toujours. During defrost, oil return is similar to oil return in single-stage operation. At each defrost, the excess in the casings 30 of the low-pressure compressors 23a, 23b is thus brought back to the casing 30 of the high-pressure compressor 24 by the second valve 52 (valve). When switching to defrosting, the counter C2 is again started to count the operating time in defrost and the counter C1 is reset. A defrost termination condition due to defrosted evaporator, based on defrost detection of the evaporator, may be different from the defrost end condition due to the end of oil balance. In particular, the end of defrosting due to defrosted evaporator can be detected from a measurement of the condensation pressure. When the counter C2 exceeds the minimum defrosting time T2 and the evaporator is defrosted, the heat pump can return to two-stage operation, checking continuously or periodically whether the heating requirement still exists.

30 Pour l'équilibrage d'huile entre les carters 30 des compresseurs basse pression 23a, 23b, le compresseur basse pression BP2 23b de capacité plus élevée ayant un débit massique d'aspiration supérieur au compresseur basse pression BPI 23a de capacité plus faible, sa pression de carter 30 aura tendance à être inférieure. L'excédent d'huile du carter 30 du compresseur basse pression BPI 23a pourra donc être transporté vers le 35 carter 30 du compresseur basse pression BP2 23b par différence de pression. 18 2977657 Par ailleurs, au niveau du séparateur d'huile 54, l'huile est séparée du fluide caloporteur et collectée. Toute l'huile collectée est ensuite renvoyée vers le carter 30 du compresseur haute pression 24 qui constitue le réservoir d'huile du circuit de fluide caloporteur. 5 La description a été faite avec un système d'échange thermique 1 dans lequel la ligne d'équilibrage 50 comprend une vanne à flotteur 51 et une vanne à clapet 52 agencées entre les carters 30 du compresseur basse pression BPI 23a et du compresseur haute pression 24. L'invention n'est toutefois pas limitée à ce type de vanne 10 ni à cet agencement. For the oil balancing between the low-pressure compressor housings 23a, 23b, the higher-capacity LP2 23b low-pressure compressor having a higher suction mass flow rate than the lower-pressure compressor BPI 23a of lower capacity, its crankcase pressure 30 will tend to be lower. The excess oil from the casing 30 of the low pressure compressor BPI 23a can therefore be transported to the casing 30 of the low pressure compressor BP2 23b by pressure difference. In addition, at the oil separator 54, the oil is separated from the coolant and collected. All collected oil is then returned to the housing 30 of the high pressure compressor 24 which is the oil reservoir of the coolant circuit. The description was made with a heat exchange system 1 in which the balancing line 50 comprises a float valve 51 and a flapper valve 52 arranged between the housings 30 of the LPI low pressure compressor 23a and the high pressure compressor. 24. The invention is however not limited to this type of valve 10 or this arrangement.

On prévoit notamment l'utilisation d'une ou plusieurs électrovannes. In particular, the use of one or more solenoid valves is provided.

En particulier, sur la figure 3b la vanne à flotteur 51 est remplacée par une 15 électrovanne 511. Un organe de réduction de débit 512, préférentiellement de type tube capillaire, est éventuellement placé en série avec l'électrovanne 511. Le procédé d'équilibrage des niveaux d'huile dans cette variante est analogue à celui décrit précédemment en relation avec la figure 4, avec pour particularité le contrôle de l'électrovanne 511 : lorsque le système d'échange thermique fonctionne en mode bi-étage 20 (S4), l'électrovanne 511 est ouverte durant quelque secondes ou fractions de secondes à intervalle de temps déterminé. Lorsque le système d'échange thermique fonctionne en mode dégivrage (S5) ou en mode mono-étagé (S3), l'électrovanne 511 est préférentiellement ouverte. En variante, lorsque le système d'échange thermique fonctionne en mode bi-étage, l'électrovanne pourrait être commandée par un détecteur de 25 niveau d'huile dans le carter 30 du compresseur haute pression 24. In particular, in FIG. 3b the float valve 51 is replaced by a solenoid valve 511. A flow reduction device 512, preferably of the capillary tube type, is optionally placed in series with the solenoid valve 511. The balancing process oil levels in this variant is similar to that described above in relation to FIG. 4, with the particularity of the control of solenoid valve 511: when the heat exchange system operates in two-stage mode (S4), the solenoid valve 511 is open for a few seconds or fractions of seconds at a determined time interval. When the heat exchange system operates in defrost mode (S5) or single-stage mode (S3), the solenoid valve 511 is preferably open. Alternatively, when the heat exchange system operates in two-stage mode, the solenoid valve could be controlled by an oil level sensor in the housing 30 of the high pressure compressor 24.

En variante, les deux vannes 51, 52 pourraient être remplacées par une unique électrovanne. La figure 6 illustre le procédé d'équilibrage des niveaux d'huile dans une telle variante. Le procédé d'équilibrage est analogue à celui décrit précédemment en 30 relation avec la figure 4 et ne sera pas repris en détail. Sur la figure 6, les étapes S1', S2', S3', S4' et S5' correspondent respectivement aux étapes S1, S2, S3, S4 et S5 de la figure 4 et l'on se réfèrera à la description qui a été faite de ces étapes pour plus de détail. Dans le cas d'une électrovanne unique, en fonctionnement bi-étagé (S4'), l'électrovanne est ouverte pendant un temps T3, généralement de quelque secondes, par exemple entre 35 une demie seconde et trois secondes, à intervalle de temps T4 déterminé, par exemple entre dix minutes et deux heures. En fonctionnement mono-étagé (S3'), l'électrovanne reste toujours ouverte. 19 2977657 Dans une autre variante, la figure 5 illustre une vanne unique 56 combinant les fonctions de la vanne à flotteur et du clapet décrites précédemment. En particulier, dans un même boîtier 57, un élément d'obturation 58, par exemple sous la forme d'une bille 5 déplaçable par rapport à un siège 59 formé à une extrémité d'une conduite reliant la vanne 56 au carter 30 du compresseur basse pression 23a, est relié à un flotteur 60. L'ensemble ainsi formé par la bille 58 et le flotteur 60 est guidé en translation par rapport au boîtier 57. Un excédant d'huile dans le carter 30 du compresseur haute pression 24 ouvre le clapet par l'intermédiaire du flotteur 60 et un excédant d'huile dans le carter 30 10 du compresseur basse pression 23a ouvre le clapet en agissant directement sur la bille 58 lorsque la différence de pression le permet. Alternatively, the two valves 51, 52 could be replaced by a single solenoid valve. Figure 6 illustrates the method of balancing oil levels in such a variation. The balancing method is similar to that described previously with respect to FIG. 4 and will not be repeated in detail. In FIG. 6, the steps S1 ', S2', S3 ', S4' and S5 'respectively correspond to the steps S1, S2, S3, S4 and S5 of FIG. 4 and reference will be made to the description which has been made these steps for more detail. In the case of a single solenoid valve, in two-stage operation (S4 '), the solenoid valve is open for a time T3, generally of a few seconds, for example between a half second and three seconds, at time interval T4 determined, for example between ten minutes and two hours. In single-stage operation (S3 '), the solenoid valve is always open. In another variant, FIG. 5 illustrates a single valve 56 combining the functions of the float valve and the valve described above. In particular, in the same housing 57, a closure member 58, for example in the form of a ball 5 movable relative to a seat 59 formed at one end of a pipe connecting the valve 56 to the housing 30 of the compressor low pressure 23a, is connected to a float 60. The assembly thus formed by the ball 58 and the float 60 is guided in translation relative to the housing 57. An excess of oil in the housing 30 of the high pressure compressor 24 opens the valve via the float 60 and an excess of oil in the housing 30 10 of the low pressure compressor 23a opens the valve by acting directly on the ball 58 when the pressure difference allows it.

Par ailleurs, la ou les vannes décrites ci-dessus pourraient être placée à l'intérieur du carter 30 du compresseur haute pression 24. 15 20 Moreover, the valve or valves described above could be placed inside the housing 30 of the high-pressure compressor 24. 15

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé d'équilibrage des niveaux de lubrifiant dans une unité de compression (20) multi-étagée d'un système d'échange thermique (1) adapté pour réaliser des échanges thermiques entre de l'air extérieur situé à l'extérieur d'un espace (2) et un milieu intérieur circulant à l'intérieur de l'espace (2), ledit système d'échange thermique (1) comprenant : - des premier (5) et deuxième (15) échangeurs de chaleur pour échanger de la chaleur respectivement avec l'air extérieur et le milieu intérieur, lesdits premier (5) et deuxième (15) échangeurs de chaleur présentant chacun une entrée (E) et une sortie (S) et formant l'un un évaporateur et l'autre un condenseur, - un circuit de fluide caloporteur adapté pour faire circuler un fluide caloporteur entre l'évaporateur et le condenseur, ledit circuit de fluide caloporteur comprenant l'unité de compression (20) multi-étagée placée entre la sortie (S) de l'évaporateur et l'entrée (E) du condenseur, et une unité de détente (10) placée entre la sortie (S) du condenseur et l'entrée (E) de l'évaporateur, ladite unité de compression (20) comprenant au moins un premier compresseur (23) et au moins un deuxième compresseur (24) agencés en série, le premier compresseur (23) refoulant le fluide caloporteur dans le deuxième compresseur (24), les premier (23) et deuxième (24) compresseurs comportant chacun un carter (30) recevant du lubrifiant, - une ligne d'équilibrage (50) adaptée pour faire passer du lubrifiant entre les carters (30) des premier (23) et deuxième (24) compresseurs, - une unité de commande connectée au circuit de fluide caloporteur et à la ligne d'équilibrage (50), ladite unité de commande étant adaptée pour déterminer s'il existe un besoin de chauffage du milieu intérieur et si le besoin de chauffage du milieu intérieur est important ou modéré et pour, lorsqu'il existe un besoin de chauffage du milieu intérieur important : commander un fonctionnement multi-étagé en connectant l'unité de compression (20) entre la sortie (7, S) du premier échangeur de chaleur (5) et l'entrée (16, E) du deuxième échangeur de chaleur (15), en connectant l'unité de détente (10) entre la sortie (17, S) du deuxième échangeur de chaleur (15) et l'entrée (6, E) du premier échangeur de chaleur (5), et en faisant fonctionner en série les premier (23) et deuxième (24) compresseurs, et périodiquement, commander un dégivrage du premier échangeur de chaleur (5) en connectant l'unité de compression (20) entre la sortie (16, S) du deuxième échangeur de chaleur (15) et l'entrée (7, E) du premier échangeur de chaleur (5), en connectant l'unité de détente (10) entre la sortie (6, S) du premier 21 2977657 échangeur de chaleur (5) et l'entrée (17, E) du deuxième échangeur de chaleur (15), en arrêtant le premier compresseur (23) et en faisant fonctionner le deuxième compresseur (24), ledit procédé d'équilibrage étant caractérisé en ce qu'il prévoit, au cours du 5 dégivrage du premier échangeur de chaleur (5), de transférer un excédent de lubrifiant du carter (30) du premier compresseur (23) au carter (30) du deuxième compresseur (24) par la ligne d'équilibrage (50). REVENDICATIONS1. A method of balancing lubricant levels in a multi-stage compression unit (20) of a heat exchange system (1) adapted to effect heat exchange between outside air outside a space (2) and an internal medium flowing inside the space (2), said heat exchange system (1) comprising: - first (5) and second (15) heat exchangers for exchanging heat heat respectively with the outside air and the inner medium, said first (5) and second (15) heat exchangers each having an inlet (E) and an outlet (S) and forming one an evaporator and the other an condenser, - a coolant circuit adapted to circulate a coolant between the evaporator and the condenser, said coolant circuit comprising the compression unit (20) multi-stage placed between the outlet (S) of the evaporator and the inlet (E) of the condenser, and a unit e of expansion (10) placed between the outlet (S) of the condenser and the inlet (E) of the evaporator, said compression unit (20) comprising at least a first compressor (23) and at least a second compressor ( 24) arranged in series, the first compressor (23) discharging the coolant into the second compressor (24), the first (23) and second (24) compressors each having a housing (30) receiving lubricant, - a line of balancing device (50) adapted to pass lubricant between the housings (30) of the first (23) and second (24) compressors, - a control unit connected to the heat transfer fluid circuit and to the balancing line (50) , said control unit being adapted to determine whether there is a need for heating of the indoor environment and whether the need for heating of the indoor environment is large or moderate and for, when there is a need for substantial indoor heating: multi-function step by connecting the compression unit (20) between the outlet (7, S) of the first heat exchanger (5) and the inlet (16, E) of the second heat exchanger (15), by connecting the unit for relaxing (10) between the outlet (17, S) of the second heat exchanger (15) and the inlet (6, E) of the first heat exchanger (5), and making the first heat exchanger (23) and second (24) compressors, and periodically controlling a defrost of the first heat exchanger (5) by connecting the compression unit (20) between the outlet (16, S) of the second heat exchanger (15) and the inlet (7, E) of the first heat exchanger (5), by connecting the expansion unit (10) between the outlet (6, S) of the first heat exchanger (5) and the inlet (17, E) of the second heat exchanger (15), stopping the first compressor (23) and operating the second compressor (24), said balancing method being characterized in that provides, during the defrosting of the first heat exchanger (5), transferring excess lubricant from the casing (30) of the first compressor (23) to the casing (30) of the second compressor (24) through the balancing line (50).

2. Procédé d'équilibrage selon la revendication 1, dans lequel la ligne d'équilibrage 10 (50) du système d'échange thermique (1) comprend des première (51) et deuxième (52) vannes agencées en parallèle, la première vanne (51) présentant un sens passant depuis le carter (30) du deuxième compresseur (24) vers le carter (30) du premier compresseur (23), la deuxième vanne (52) présentant un sens passant depuis le carter (30) du premier compresseur (23) vers le carter (30) du deuxième compresseur (24), et un sens bloquant 15 depuis le carter (30) du deuxième compresseur (24) vers le carter (30) du premier compresseur (23), le procédé d'équilibrage prévoyant : - au cours du fonctionnement multi-étagé, de transférer l'excédent de lubrifiant du carter (30) du deuxième compresseur (24) au carter (30) du premier compresseur (23) par 20 la première vanne (51), - au cours du dégivrage du premier échangeur de chaleur (5), de transférer l'excédent de lubrifiant du carter (30) du premier compresseur (23) au carter (30) du deuxième compresseur (24) par la deuxième vanne (52). 25 2. Balancing method according to claim 1, wherein the balancing line (50) of the heat exchange system (1) comprises first (51) and second (52) valves arranged in parallel, the first valve (51) having a direction passing from the housing (30) of the second compressor (24) to the housing (30) of the first compressor (23), the second valve (52) having a direction passing from the housing (30) of the first compressor (23) to the housing (30) of the second compressor (24), and a blocking direction 15 from the housing (30) of the second compressor (24) to the housing (30) of the first compressor (23), the process of balancing providing: - during multi-stage operation, transferring the excess lubricant from the crankcase (30) of the second compressor (24) to the crankcase (30) of the first compressor (23) through the first valve (51) - during defrosting of the first heat exchanger (5), transfer the excess lubricant from the cart and (30) from the first compressor (23) to the housing (30) of the second compressor (24) through the second valve (52). 25

3. Procédé d'équilibrage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le système d'échange thermique comprend en outre un unique séparateur de lubrifiant (54) placé au refoulement du deuxième compresseur (24) et une conduite de retour de lubrifiant (55) entre le séparateur de lubrifiant (54) et le carter (30) du deuxième compresseur (24), le procédé d'équilibrage prévoyant de séparer le lubrifiant du fluide caloporteur, de 30 collecter le lubrifiant dans le séparateur de lubrifiant (54) et de retourner le lubrifiant collecté vers le carter (30) du deuxième compresseur (24). The balancing method of claim 1 or 2, wherein the heat exchange system further comprises a single lubricant separator (54) positioned at the outlet of the second compressor (24) and a lubricant return line (55). ) between the lubricant separator (54) and the housing (30) of the second compressor (24), the balancing method providing for separating the lubricant from the coolant, collecting the lubricant in the lubricant separator (54) and returning the collected lubricant to the housing (30) of the second compressor (24).

4. Procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'unité de commande est adaptée pour, lorsqu'il existe un besoin de chauffage du 35 milieu intérieur modéré, commander un fonctionnement mono-étagé en connectant l'unité de compression (20) entre la sortie (7, S) du premier échangeur de chaleur (5) et l'entrée (16, E) du deuxième échangeur de chaleur (15), en connectant l'unité de détente (10) 22 2977657 entre la sortie (17, S) du deuxième échangeur de chaleur (15) et l'entrée (6, E) du premier échangeur de chaleur (5), en arrêtant le premier compresseur (23) et en faisant fonctionner le deuxième compresseur (24), le procédé d'équilibrage prévoyant, au cours du fonctionnement mono-étagé, de 5 transférer l'excédent de lubrifiant du carter (30) du premier compresseur (23) au carter (30) du deuxième compresseur (24) par la ligne d'équilibrage (50). 4. A balancing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the control unit is adapted for, when there is a need for heating the moderate indoor medium, to control a single-stage operation by connecting the compression unit (20) between the outlet (7, S) of the first heat exchanger (5) and the inlet (16, E) of the second heat exchanger (15), by connecting the expansion unit ( 10) 22 2977657 between the outlet (17, S) of the second heat exchanger (15) and the inlet (6, E) of the first heat exchanger (5), stopping the first compressor (23) and making it work the second compressor (24), the balancing method providing, during the single-stage operation, transferring the excess lubricant from the casing (30) of the first compressor (23) to the casing (30) of the second compressor ( 24) by the balancing line (50).

5. Procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le système d'échange thermique (1) comprend au moins deux premiers 10 compresseurs (23a, 23b) à capacité fixe connectés en parallèle, et un deuxième compresseur (24) à capacité variable, les premiers compresseurs (23a, 23b) présentant des capacités différentes, la ligne d'équilibrage (50) comprenant une conduite (53) reliant les carters (30) des premiers compresseurs (23a, 23b), le procédé d'équilibrage prévoyant de transférer l'excédent de lubrifiant du carter 15 (30) du premier compresseur (23b) de capacité inférieure vers le carter (30) de l'autre premier compresseur (23a). 5. Balancing method according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat exchange system (1) comprises at least two first 10 compressors (23a, 23b) with fixed capacity connected in parallel, and a second compressor (24) with variable capacity, the first compressors (23a, 23b) having different capacities, the balancing line (50) comprising a pipe (53) connecting the housings (30) of the first compressors (23a, 23b), the balancing method providing for transferring excess lubricant from the casing (30) of the first lower capacity compressor (23b) to the casing (30) of the other first compressor (23a).

6. Système d'échange thermique (1) adapté pour réaliser des échanges thermiques entre de l'air extérieur situé à l'extérieur d'un espace (2) et un milieu intérieur 20 circulant à l'intérieur de l'espace (2), ledit système d'échange thermique (1) comprenant : - des premier (5) et deuxième (15) échangeurs de chaleur pour échanger de la chaleur respectivement avec l'air extérieur et le milieu intérieur, lesdits premier (5) et deuxième (15) échangeurs de chaleur présentant chacun une entrée (E) et une sortie (S) et formant l'un un évaporateur et l'autre un condenseur, 25 - un circuit de fluide caloporteur adapté pour faire circuler un fluide caloporteur entre l'évaporateur et le condenseur, ledit circuit de fluide caloporteur comprenant une unité de compression (20) multi-étagée placée entre la sortie (S) de l'évaporateur et l'entrée (E) du condenseur, et une unité de détente (10) placée entre la sortie (S) du condenseur et l'entrée (E) de l'évaporateur, ladite unité de compression comprenant au 30 moins un premier compresseur (23) et au moins un deuxième compresseur (24) agencés en série, le premier compresseur (23) refoulant le fluide caloporteur dans le deuxième compresseur (24), les premier (23) et deuxième (24) compresseurs comportant chacun un carter (30) recevant du lubrifiant, - une ligne d'équilibrage (50) adaptée pour faire passer du lubrifiant entre les 35 carters (50) des premier (23) et deuxième (24) compresseurs, - une unité de commande connectée au circuit de fluide caloporteur et à la ligne d'équilibrage (50), ladite unité de commande étant adaptée pour déterminer s'il existe un 23 2977657 besoin de chauffage du milieu intérieur et si le besoin de chauffage du milieu intérieur est important ou modéré et pour, lorsqu'il existe un besoin de chauffage du milieu intérieur important : commander un fonctionnement multi-étagé en connectant l'unité de 5 compression (20) entre la sortie (7, S) du premier échangeur de chaleur (5) et l'entrée (16, E) du deuxième échangeur de chaleur (15), en connectant l'unité de détente (10) entre la sortie (17, S) du deuxième échangeur de chaleur (15) et l'entrée (6, E) du premier échangeur de chaleur (5), et en faisant fonctionner en série les premier (23) et deuxième (24) compresseurs, et 10 périodiquement, commander un dégivrage du premier échangeur de chaleur (5) en connectant l'unité de compression (20) entre la sortie (16, S) du deuxième échangeur de chaleur (15) et l'entrée (7, E) du premier échangeur de chaleur (5), en connectant l'unité de détente (10) entre la sortie (6, S) du premier échangeur de chaleur (5) et l'entrée (17, E) du deuxième échangeur de chaleur 15 (15), en arrêtant le premier compresseur (23) et en faisant fonctionner le deuxième compresseur (24), ladite unité de commande étant en outre adaptée pour mettre en ceuvre le procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 20 6. Heat exchange system (1) adapted to perform heat exchange between outside air located outside a space (2) and an inner medium 20 flowing inside the space (2). ), said heat exchange system (1) comprising: - first (5) and second (15) heat exchangers for exchanging heat respectively with the outside air and the interior medium, said first (5) and second (15) heat exchangers each having an inlet (E) and an outlet (S) and forming one an evaporator and the other a condenser, 25 - a coolant circuit adapted to circulate a heat transfer fluid between the evaporator and condenser, said coolant circuit comprising a multi-stage compression unit (20) placed between the evaporator outlet (S) and the condenser inlet (E), and an expansion unit (10) placed between the outlet (S) of the condenser and the inlet (E) of the evaporator said compression unit comprising at least a first compressor (23) and at least a second compressor (24) arranged in series, the first compressor (23) discharging the coolant into the second compressor (24), the first (23) ) and second (24) compressors each having a housing (30) receiving lubricant, - a balancing line (50) adapted to pass lubricant between the housings (50) of the first (23) and second (24) compressors; a control unit connected to the heat transfer fluid circuit and to the balancing line (50), said control unit being adapted to determine whether there is a need for heating of the indoor environment and whether the need for The heating of the indoor environment is important or moderate and, when there is a need for substantial indoor heating: control multi-stage operation by connecting the compression unit (20) between the outlet (7, S) of the Premi heat exchanger (5) and the inlet (16, E) of the second heat exchanger (15), by connecting the expansion unit (10) between the outlet (17, S) of the second heat exchanger (15). ) and the inlet (6, E) of the first heat exchanger (5), and by operating in series the first (23) and second (24) compressors, and periodically controlling defrosting of the first heat exchanger ( 5) by connecting the compression unit (20) between the outlet (16, S) of the second heat exchanger (15) and the inlet (7, E) of the first heat exchanger (5), by connecting the expansion unit (10) between the outlet (6, S) of the first heat exchanger (5) and the inlet (17, E) of the second heat exchanger (15), stopping the first compressor (23) and by operating the second compressor (24), said control unit being further adapted to implement the balancing method according to any one of claims 1 to 5. 20

7. Système d'échange thermique (1) selon la revendication 6, dans lequel la ligne d'équilibrage (50) comprend des première (51) et deuxième (52) vannes agencées en parallèle, la première vanne (51) présentant un sens passant depuis le carter (30) du deuxième compresseur (24) vers le carter (30) du premier compresseur (23), la deuxième vanne (52) présentant un sens passant depuis le carter (30) du premier compresseur (23) 25 vers le carter (30) du deuxième compresseur (24), et un sens bloquant depuis le carter (30) du deuxième compresseur (24) vers le carter (30) du premier compresseur (23). The heat exchange system (1) according to claim 6, wherein the balancing line (50) comprises first (51) and second (52) valves arranged in parallel, the first valve (51) having a sense passing from the housing (30) of the second compressor (24) to the housing (30) of the first compressor (23), the second valve (52) having a direction passing from the housing (30) of the first compressor (23) to the housing (30) of the second compressor (24), and a blocking direction from the housing (30) of the second compressor (24) to the housing (30) of the first compressor (23).

8. Système d'échange thermique (1) selon la revendication 7, dans lequel la première vanne (51) est une vanne à flotteur et la deuxième vanne (52) est un clapet. 8. heat exchange system (1) according to claim 7, wherein the first valve (51) is a float valve and the second valve (52) is a valve.

9. Système d'échange thermique (1) selon la revendication 7, dans lequel la première vanne (51) est une électrovanne et la deuxième vanne (52) est un clapet. 9. heat exchange system (1) according to claim 7, wherein the first valve (51) is a solenoid valve and the second valve (52) is a valve.

10. Système d'échange thermique (1) selon la revendication précédente, dans 35 lequel l'électrovanne, est montée en série avec un organe de réduction de débit de type tube capillaire. 30 24 2977657 10. Heat exchange system (1) according to the preceding claim, wherein the solenoid valve is connected in series with a capillary tube-type flow restricting device. 30 24 2977657

11. Système d'échange thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, comprenant en outre un unique séparateur de lubrifiant (54) placé au refoulement du deuxième compresseur (24) et une conduite de retour de lubrifiant (55) entre le séparateur de lubrifiant (54) et le carter (30) du deuxième compresseur (24). 5 The heat exchange system (1) according to any one of claims 6 to 10, further comprising a single lubricant separator (54) positioned at the outlet of the second compressor (24) and a lubricant return line (55). ) between the lubricant separator (54) and the housing (30) of the second compressor (24). 5

12. Système d'échange thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, comprenant au moins deux premiers compresseurs (23a, 23b) à capacité fixe connectés en parallèle, et un deuxième compresseur (24) à capacité variable, les premiers compresseurs (23a, 23b) présentant des capacités différentes, la ligne 10 d'équilibrage (50) comprenant une conduite (53) reliant les carters (30) des premiers compresseurs (23a, 23b). 12. heat exchange system (1) according to any one of claims 6 to 11, comprising at least two first compressors (23a, 23b) with fixed capacity connected in parallel, and a second compressor (24) with variable capacity, the first compressors (23a, 23b) having different capacities, the balancing line (50) comprising a line (53) connecting the housings (30) of the first compressors (23a, 23b).