FR3001794B1 - Sous-refroidisseur actif pour systeme de climatisation - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un dispositif sous-refroidisseur pour un système d'échanges thermiques principal (11) ledit système comportant au moins un évaporateur (113), un compresseur (112), un condenseur (111) et un détendeur (114) reliés les uns aux autres, en circuit fermé, par un circuit (116, 117) de circulation d'un fluide caloporteur. Le dispositif comporte lui-même au moins un premier évaporateur (123), un compresseur (122), un condenseur (121) et un premier détendeur (124) reliés les uns aux autres, en circuit fermé, par un circuit (126, 127) de circulation d'un fluide caloporteur. Le circuit primaire de l'évaporateur (123) du dispositif sous-refroidisseur est relié à ce circuit de circulation (116, 117) au niveau du segment à haute pression (117), en amont du détendeur (114); tandis que son circuit secondaire est relié au circuit (126) de circulation de fluide caloporteur du dispositif sous-refroidisseur. Dans une variante de réalisation le dispositif comporte un second condenseur (42) et un second détendeur (43) qui lui permettent de fonctionner de manière autonome.

Description

Sous-refroidisseur actif pour système de climatisation

DDiiAIWB DB 1IWFÊWDOD L'invention se rapporte au domaine général des installations deconditionnement climatique, telles que des installations frigorifiques. Elletraite plus particulièrement du domaine des circuits de conditionnementpouvant équiper de telles installations.

CONTEXTE DE L'INVENTÎTIN......DBT ANTEINEUH

En ce qui concerne les installations de climatisation communémentutilisées, il est connu que la puissance frigorifique requise pour uneinstallation conditionne les caractéristiques du groupe de refroidissement quil'équipe et notamment le débit massique de fluide caloporteur traversantl'évaporateur. Ce débit massique requis conditionne, quant à lui, diversparamètres dimensionnants, tels que la section du tube d'aspiration ducompresseur, ou des compresseurs, équipant l'installation, et par voie deconséquence, les dimensions même de ces compresseurs.

Cette problématique est par ailleurs également présente dans le casd'installations réversibles, c'est-à-dire pouvant selon les cas produire du froidou bien de la chaleur. Les machines dites réversibles sont principalementutilisées pour le chauffage et la climatisation des bâtiments et sont connuessous le nom de climatiseurs réversibles ou pompes à chaleur réversibles.

Si l'on souhaite accroître la puissance d'une telle installation, on estgénéralement contraint d'apporter au groupe de refroidissement, ou plusgénéralement de climatisation, des modifications structurelles qui peuventêtre difficiles à appliquer. Ces modifications touchent généralement leséquipements constituant l'installation mais aussi, malheureusement, lescircuits et canalisations reliant les différents éléments entre eux et par suitele débit massique de fluide caloporteur.

ΡΗΕΕΕΝΤΆΤΙΟΝ DE L 'INVENTION

Un but de l’invention est de proposer une solution pour augmenter lapuissance d'un système de climatisation sans jouer sur le débit massique defluide caloporteur circulant dans l'installation, en particulier au niveau del'évaporateur équipant le système.

Un autre but de l'invention est de proposer une solution permettantd'accroitre la puissance d'un système de climatisation sans modifier demanière importante sa structure et en particulier les circuits de circulation desfluides. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif sous-refroidisseur pourun système d'échanges thermiques principal destiné à produire du froid et/oude la chaleur dans une installation, ce système principal comportant aumoins un évaporateur, un compresseur, un condenseur et un détendeurreliés les uns aux autres, en circuit fermé, par un circuit de circulation d'unfluide caloporteur. Selon l'invention ce dispositif sous-refroidisseur comportelui-même au moins un premier évaporateur, un compresseur, un condenseuret un premier détendeur, Ces éléments sont reliés les uns aux autres, encircuit fermé, par un circuit de circulation d'un fluide caloporteur, et sontdistincts des éléments constituant le système d'échanges thermiquesprincipal. Le circuit secondaire de l'évaporateur du dispositif sous-refroidisseur selon l'invention est relié au circuit de circulation de fluidecaloporteur du système d'échanges thermiques principal au niveau dusegment à haute pression de celui-ci, c'est-à-dire en amont du détendeur;tandis que le circuit secondaire de cet évaporateur est relié au circuit decirculation de fluide caloporteur du dispositif selon l'invention.

Selon une forme de réalisation, le système d'échanges thermiquesprincipal étant un système réversible comportant des clapets anti-retour etune vanne d'inversion commandable, le circuit primaire de l'évaporateur dudispositif sous-refroidisseur selon l'invention est inséré dans le circuit decirculation de fluide du système principal de façon à être toujours placé dansla portion de circuit haute pression du circuit de circulation de fluide du système principal en amont du détendeur, quel que soit le mode defonctionnement du système d'échanges thermiques principal.

Selon une autre forme de réalisation, le dispositif selon l'inventioncomporte en outre un second évaporateur et un second détendeur agencésen série dans le circuit de circulation de fluide du dispositif, entre la sortie dupremier détendeur et l'entrée du condenseur, de telle façon que lorsque lesystème d'échanges thermiques principal est à l'arrêt, le dispositif selonl'invention fonctionne de manière autonome comme un système deproduction de chaleur.

Selon une variante de réalisation de la forme précédente, selonlaquelle le second évaporateur et l'échangeur évaporateur du systèmed'échanges thermique principal sont des échangeurs air-fluide, le secondévaporateur est positionné de manière adjacente à l'échangeur du systèmed'échanges thermique principal, de telle façon que des échanges de chaleurpar conduction puissent se produire entre ces deux éléments.

Selon une autre variante de réalisation le second évaporateur est enoutre positionné vis-à-vis de l'échangeur évaporateur du système d'échangesthermique principal de telle façon que ces deux éléments puissent êtretraversés par un même courant d'air produit par un moyen de ventilation.

DESCEEWOE DE5 EGl/DES

Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieuxappréciés grâce à la description qui suit, description qui s'appuie sur lesfigures annexées qui présentent: - la figurel, une illustration schématique d'une première forme deréalisation du dispositif sous-refroidisseur selon l'invention, le dispositif étantintégré à un système de production de chaleur; - les figures 2 et 3, des illustrations schématiques de la forme deréalisation précédente, le dispositif sous-refroidisseur étant intégré à systèmede climatisation réversible; - les figures 4 et 5, des illustrations schématiques d'une secondeforme de réalisation du dispositif sous-refroidisseur selon l'invention, ledispositif étant intégré à un système de climatisation réversible.

Dans sa configuration la plus simple, le dispositif 12 selon l'inventionse présente comme un groupe de refroidissement annexe qui comporte : - un ou plusieurs compresseurs frigorifiques; - un évaporateur/refroidisseur à échanges fluide-fluide; - un détendeur; - un condenseur.

La fonction de ce groupe de refroidissement annexe est d'abaisser latempérature du fluide caloporteur circulant dans le circuit de fluidecaloporteur d'une installation dite système d'échanges thermique principal.

Selon l'invention, ce dispositif sous-refroidisseur est monté sur lesystème d'échanges thermique par l'intermédiaire del'évaporateur/refroidisseur, dont le circuit primaire est placé dans le circuit decirculation du fluide caloporteur de ce système.

Préférentiellement, l'évaporateur/refroidisseur est placé dans lesegment à "haute pression" du circuit de circulation de fluide du systèmeprincipal, c'est-à-dire en aval du compresseur et juste avant le détendeur, defaçon à abaisser la température du fluide caloporteur circulant dans le circuitde circulation avant son entrée dans le détendeur.

De la sorte, avantageusement, la température du fluide en amont dudétendeur étant plus faible, le ratio de liquide en aval du détendeur est plusimportant et le coefficient de transmission du fluide dans l’échangeur 113 setrouve augmenté, ceci pour un débit massique par ailleurs maintenuidentique. L'illustration de la figure 1 présente de façon schématique le dispositifsous-refroidisseur 12 selon l'invention dans une première forme deréalisation. Le dispositif est ici mis en oeuvre au sein d'un systèmed'échanges thermiques non réversible 11, destiné à récupérer de la chaleur dans le milieu extérieur et à transmettre cette énergie à une installationutilisatrice. Dans l'exemple illustré par la figure 1, le système deconditionnement principal 11 est utilisé pour assurer la production d'eauchaude par l'intermédiaire d'un condenseur 111.

Comme l'illustre la figure 1, le dispositif sous-refroidisseur selonl'invention 12 est couplé au circuit de circulation de fluide 116, 117 danslequel circule le fluide caloporteur du système principal 11, par l'intermédiairedu circuit primaire de l'évaporateur 123.

Le système principal 11, un système de production d'eau chaude dansl'exemple de la figure 1, comporte, de manière classique, un évaporateur113, un compresseur 112, un condenseur 111 et un détendeur 114, cesdifférents éléments étant montés en circuit fermé. Le sens de circulation dufluide caloporteur est figuré par les flèches qui bordent le circuit frigorifiqueprincipal 116, 117. Le circuit de circulation de fluide caloporteur principal 116,117, représenté en trait plein sur la figure, comporte de manière classiqueune portion 117 dite "à haute pression", représentée en trait épais, qui relie lecompresseur 112 à l'échangeur-condenseur 111 et au détendeur 114, ainsiqu'une portion 116 dite "à basse pression", représentée en trait fin, qui reliele détendeur 114 à l'échangeur-évaporateur 113 et au compresseur 112. Ledétendeur 114, est un détendeur électronique ou thermostatique comportantun capteur 115 placé dans le circuit de circulation du fluide juste en amont ducompresseur 112.

De manière connue, les changements d'états que subit le fluidecaloporteur au cours de sa circulation dans le circuit de circulation principal116, 117 et son passage au travers des différents éléments du système 11se traduisent par une dissipation d'énergie calorifique dans le milieu extérieurou une absorption d'énergie calorifique de ce milieu. Les fonctions desdifférents éléments constituant le système 11, bien connues de l'homme del'art ne sont pas détaillées ici.

Le dispositif 12 selon l'invention est configuré pour agir comme un"sous-refroidisseur" dont le rôle est d'abaisser la température du fluide caloporteur qui circule dans le circuit de circulation de fluide caloporteur 116,117 du système d'échanges thermiques principal 11. A ce titre il comporte un évaporateur 123 de type "fluide-fluide" dont lecircuit primaire, est monté dans la portion 117 du circuit de circulation defluide principal, entre le condenseur 111 et le détendeur 114, et dont le circuitsecondaire est raccordé au circuit 126, 127 de circulation de fluidecaloporteur du dispositif, ce second circuit étant indépendant du circuit 116,117 du système principal 11.

Il comporte également un compresseur 122, un condenseur 121 et undétendeur 124, ces différents éléments étant montés également en circuitfermé comme illustré par la figure 1. Le sens de circulation du fluide derefroidissement est figuré par les flèches qui bordent le circuit de circulationde fluide caloporteur 126, 127 du dispositif 12.

Le circuit de circulation de fluide caloporteur secondaire 126, 127,représenté en trait pointillé sur la figure, comporte de manière classique uneportion 127 dite "à haute pression", qui relie le compresseur 122 aucondenseur 121 et au détendeur 124, ainsi qu'une portion 126 dite "à bassepression", qui relie le détendeur 124 à l'évaporateur 123 et au compresseur122. La portion à haute pression 127 est représentée sur la figure par un traitpointillé épais tandis que la portion basse pression 126 est représentée parun trait pointillé fin.

Selon l'invention l'évaporateur 123, à échanges "fluide-fluide", est parexemple un échangeur à plaques (ou équivalent), dont le circuit primaire estplacé en série sur le segment à "haute pression" 117 du circuit de circulationde fluide du système principal 11, entre le condenseur 111 et le détendeur114 et dont le circuit secondaire est placé en série dans le circuit decirculation de fluide 126, 127 du dispositif selon l'invention, entre ledétendeur 124 et le compresseur 122.

Ainsi, le fluide frigorigène liquéfié par le condenseur 111 du systèmeprincipal 11, qui entre dans l'évaporateur 123 à l'état de liquide sous hautepression avec une température élevée, proche de celle de condensation, estavantageusement refroidi lors de la traversée de ce dernier par le contactthermique avec le fluide réfrigérant circulant dans le circuit secondaire de ce même évaporateur 123. Il ressort de celui-ci dans l'état d'un liquide soushaute pression présentant une température avantageusement plus basse.

Du point de vue du fonctionnement, le sous-refroidisseur 12 selonl'invention fonctionne de manière classique.

Ainsi, lors de son passage dans l'évaporateur 123, le fluidecaloporteur du circuit de circulation 126, 127, initialement a l'état liquide,entre en ébullition et absorbe l'énergie calorifique du fluide caloporteur hautepression du circuit de circulation 116, 117 du système principal. L'évaporateur 123 est de préférence dimensionné de façon à ce quela vaporisation du fluide caloporteur qui circule dans le circuit 126, 127 soittotale à sa sortie. De la sorte on obtient un abaissement maximal de latempérature du fluide caloporteur du circuit de circulation du systèmeprincipal 11, après sa traversée de l'évaporateur 123.

Le fluide caloporteur qui circule alors à l'état gazeux dans le circuit126, 127 est quant à lui comprimé par le compresseur 122 puis transférésous forme gazeuse à haute pression vers le condenseur 121 où il estliquéfié.

Le fluide liquéfié à haute pression qui ressort du condenseur 121,traverse ensuite le détendeur 124 puis pénètre à nouveau dans l'évaporateur123 essentiellement sous la forme d'un liquide à plus basse pression et plusbasse température.

Comme dans le cas du fluide caloporteur du circuit principal 116, 117,la liquéfaction du fluide caloporteur qui circule dans le circuit 126,127, se faitpar une évacuation de son énergie thermique au profit d'un autre fluidecirculant dans le circuit secondaire de l'échangeur-condenseur 121, parexemple, de l'eau ou de l'air. Dans le cas de la figure 1 l'échangeur 121représenté est par exemple un échangeur refroidi par une boucle d'eau.L'eau de refroidissement ayant traversé le circuit secondaire de l'échangeur121 en ressort réchauffée.

Il est à noter qu'afin d'optimiser le rendement énergétique etd'optimiser l'efficacité de l'évaporateur 123, ce dernier est placé dans laportion à haute pression 117 du circuit de circulation du système principal 11, en amont du détendeur 114, dans le sens de circulation du fluide, depréférence entre le condenseur 111 et le détendeur 114.

Le positionnement de l'évaporateur 123 en aval du détendeur 114aurait en effet pour conséquence de diminuer fortement l'efficacité del'échange thermique entre le fluide du circuit de circulation de fluide 116, 117du système principal 11 et celui du circuit de circulation de fluide 126, 127dispositif selon l'invention, du fait d'un écart moyen logarithmique alors plusfaible entre la température du fluide dans les circuits primaire et secondairede l'évaporateur 123.

Cela aurait en outre pour effet de diminuer le rendement énergétiqueglobal du système du fait que la température du fluide en aval du détendeur114 est, par principe, plus faible qu'en amont.

Les figures 2 et 3 illustrent quant à elles un exemple de mise enoeuvre de ce dispositif selon l'invention, dans la forme de réalisation de lafigure 1, au sein d'un système réversible. A la différence d'un système d'échanges thermiques non réversible, telque le système 11 de la figure 1, le système réversible 21 comporte, outreles éléments déjà présents sur le système de production de chaleur 11 de lafigure 1, quatre clapets anti-retour, 22 à 25, ainsi qu'une vanne d'inversion decycle 26. Ces éléments sont agencés de façon à permettre la circulation dufluide caloporteur dans le circuit de circulation 216, 217 indifféremment dansun sens de circulation ou dans le sens inverse.

Le système 21 comporte également un premier échangeur 213,réversible, c'est-à-dire capable de fonctionner soit en mode condenseur pourévacuer l'énergie calorifique, soit en mode évaporateur pour capturerl'énergie calorifique, ainsi qu'un second échangeur 211 également réversible.

De par la présence des clapets anti-retour 22 à 25 et de la vanned'inversion 26, le système décrit ici peut avantageusement fonctionner dedeux façons distinctes, selon la position de la vanne 26.

Ainsi, dans une première configuration, illustrée par la figure 2, lesystème 21 a pour fonction de produire de la chaleur au niveau del'échangeur 211, c'est à dire au niveau de l'installation sur laquelle il est monté. A cet effet la vanne d'inversion de cycle 26 est actionnée de tellesorte que le sens de circulation du fluide dans le circuit de circulation dufluide caloporteur 216, 217 soit le même que celui de la figure 1. L'énergie calorifique apportée à l'installation est produite parabsorption d'énergie calorifique dans le milieu extérieur par l'échangeur 213fonctionnant en évaporateur, puis dissipation de cette énergie dansl'installation par l'intermédiaire de l'échangeur 211 fonctionnant alors encondenseur, comme dans le cas de la figure 1.

Dans ce premier cas de fonctionnement, du fait de la présence desclapets anti retour et de la position de la vanne 26 et du jeu des pressionsimposées par le compresseur 112 dans cette configuration, le fluidecaloporteur circule dans le circuit de circulation du système principal 21comme indiqué par les flèches; le jeu des pressions empêchant la circulationdu fluide caloporteur en sens direct à travers les clapets 24 et 25.

Comme dans le cas de la figure 1, grâce à l'action des clapets anti-retour 22 et 24, la portion "haute pression" 217 du circuit de circulation dusystème principal est constituée par la portion qui relie la sortie ducompresseur 112 au détendeur 114 en passant par l'échangeur 211 etl'évaporateur 123, portion représentée en trait continu épais sur la figure.

La portion "basse pression" 216 du circuit de circulation du systèmeprincipal est constituée par la portion qui relie la sortie du détendeur 114 àl'entrée du compresseur 112 en passant par l'échangeur 213, portionreprésentée en trait continu fin sur la figure.

Par suite, l'échangeur évaporateur 123 du dispositif sous-refroidisseur12 selon l'invention se trouve avantageusement placé dans le segment à"haute pression" 217 entre l'échangeur 211 et le détendeur 114, le fluidecaloporteur circulant alors par le clapet 22.

De la sorte le dispositif sous-refroidisseur 12 se trouve placé dans uneposition où il présente une efficacité maximale.

Inversement, dans une seconde configuration, illustrée par la figure 3,le système a pour fonction de réaliser un emport de calories au niveau del'installation sur laquelle il est monté. A cet effet la vanne d'inversion de cycle 26 est actionnée de telle sorteque le sens de circulation du fluide dans le circuit de circulation de fluide 216,217 du système d'échanges thermiques principal 21 soit, compte tenu de laprésence des clapets, inverse de celui de la figure 1, comme illustré par lesflèches. L'emport de calories est réalisé par l'échangeur 211 placé au niveaude l'installation et fonctionnant en évaporateur, cette énergie calorifique étanttransmise au milieu extérieur par l'intermédiaire de l'échangeur 213fonctionnant alors en condenseur.

Grâce à l'action des clapets anti-retour 23 et 24, la portion "hautepression" 217 du circuit de circulation du système principal est constituée parla portion qui relie la sortie du compresseur 112 au détendeur 114 enpassant par l'échangeur 213 et l'évaporateur 123.

La portion "basse pression" 216 de ce même circuit de circulation estcelle qui relie la sortie du détendeur 114 à l'entrée du compresseur 112 enpassant par l'échangeur 211.

Par suite, comme précédemment, l'évaporateur 123 du dispositif 12selon l'invention reste, dans ce second cas de fonctionnement,avantageusement placé dans le segment à haute pression 217 du circuit decirculation de fluide du système principal 21, entre l'échangeur 213 et ledétendeur 114, le fluide à haute pression circulant alors par le clapet 24. Dela sorte le dispositif selon l'invention se trouve encore placé dans uneposition où il présente une efficacité maximale.

Il est à noter, par ailleurs, que, quel que soit le mode defonctionnement du système principal 21, le sous-refroidisseur actif 12 selonl'invention produit de l'énergie calorifique en sortie du condenseur 121 de,cette énergie a pour origine l'énergie calorifique récupérée par l'évaporateur123 et l'énergie transférée par le compresseur 122. Ainsi, quel que soit lemode de fonctionnement (production de chaleur ou de froid) du systèmed'échanges thermiques principal 21, le dispositif sous-refroidisseur 12 selonl'invention fonctionne toujours comme un dispositif producteur de chaleur.

Par suite, en ce qui concerne le fonctionnement du système principal21 en mode "refroidisseur" (figure 3), l'énergie calorifique, captée par ledispositif 12 selon l'invention et évacuée au niveau de l'échangeur 121, peut par exemple être dissipée simplement par échange thermique avec le milieuextérieur. L’abaissement de la température du liquide sur le circuit 217 enaval de l’échangeur 123 et en amont du détendeur 114 a pour conséquenced’augmenter la puissance frigorifique disponible sur l’échangeur 211 ainsique son coefficient moyen de transmission sans pour autant augmenter ledébit massique du circuit 21.En revanche, en ce qui concerne lefonctionnement du système principal 21 en mode "pompe à chaleur" (figure2), la chaleur produite par le dispositif selon l'invention peutavantageusement être utilisée, le dispositif 12 constituant alors un étage depuissance supplémentaire capable de fournir de la chaleur à l'installation,chaleur véhiculée par la circulation d'eau qui passe par le circuit secondairedu condenseur 121. Cet apport d'énergie supplémentaire à l'installation estavantageusement réalisé sans augmentation du débit massique de fluide surle circuit de circulation de fluide 216, 217 du système principal 21.

Ainsi qu'il ressort de la description précédente l'invention permetd'augmenter la puissance frigorifique ou calorifique d'un système d'échangesthermiques classique, sans pour autant avoir à augmenter le débit massiquede fluide caloporteur traversant l'évaporateur de ce système ou à modifier lesdimensions et caractéristiques des éléments de ce système. La fonction dudispositif selon l'invention étant de capter avec une efficacité optimalel'énergie calorifique contenue par le fluide circulant dans le circuit decirculation de fluide du système principal 21 de façon à augmenter lerendement global du système.

Ce système permet aussi d'augmenter le rendement énergétique del'évaporateur 213 du système principal 21 en améliorant son coefficientmoyen de transmission par une quantité supérieure de réfrigérant à l'étatliquide dans celui-ci.

Pour les systèmes fonctionnant en «pompe à chaleur» (figure 2),l'invention permet d'augmenter la puissance calorifique disponible sansdégrader le rendement du système principal, ce dernier peut même setrouver augmenté si la température d'évaporation du sous-refroidisseur actifest supérieure à la température d'évaporation du système frigorifiquestandard.

En ce qui concerne les systèmes mixtes, un positionnement judicieuxde l'échangeur 123 du dispositif selon l'invention vis-à-vis des clapets anti-retour qui définissent le sens de circulation du fluide caloporteur dans lecircuit de circulation 216, 217 du système principal 21 permet avantageusement de maintenir une efficacité optimale du dispositif sous-refroidisseur 12 dans les deux modes de fonctionnement du systèmeprincipal.

Les figures 4 et 5 illustrent quant à elles une deuxième forme deréalisation du dispositif selon l'invention, placé au sein d'un systèmeréversible. Cette seconde forme de réalisation constitue une optimisation, entermes de rendement et de souplesse de fonctionnement, de la forme deréalisation des figures 2 et 3.

Comme dans l'exemple de réalisation précédent, illustré par lesfigures 2 et 3, le dispositif sous-refroidisseur 41 selon l'invention vients'intégrer au système d'échanges thermiques principal 21, sans en modifiersubstantiellement la structure. En, particulier le débit massique du fluidecaloporteur traversant le circuit de circulation de fluide du système principal21 reste inchangé. Le fonctionnement du système principal n'est ainsi pasmodifié.

Cependant, dans ce second mode de mise en oeuvre particulier, ledispositif 41 selon l'invention comporte, outre les composants décritsprécédemment, un second évaporateur 42 ainsi qu'un second détendeur 43,ces deux éléments étant insérés en série dans un segment complémentaire44 du circuit de circulation du fluide caloporteur du dispositif, comme illustrépar la figure 4. L'évaporateur 42 est ainsi placé en aval du détendeur 124dont l'entrée est reliée à la portion "haute pression" 127 du circuit decirculation, portion figurée en trait pointillé épais sur la figure, et en amont dudétendeur 43 dont la sortie est reliée à la portion "basse pression" 126 de cemême circuit, portion figurée en trait pointillé fin sur la figure.

Selon l'invention les détendeurs 124 et 43, sont ici configurés de tellefaçon qu'à l'intérieur de cette portion 44 du circuit de circulation, le fluidecaloporteur circule à une pression intermédiaire entre la "haute pression dela portion de circuit 127 et la "basse pression" de la portion de circuit 126.

Par ailleurs, l'évaporateur 42 est lui-même configuré de telle façon qu'à sasortie le fluide caloporteur ne soit que partiellement vaporisé, l'évaporationcomplète du fluide devant se produire à basse pression dans l'évaporateur123. Le détendeur 124, comme le détendeur 114, est un détendeurélectronique ou thermostatique comportant un capteur 125 placé dans lecircuit de circulation du fluide juste en amont du compresseur 122. Ledétendeur 43, quant à lui est un détendeur à commande électrique ouélectronique.

Comme on peut le constater à partir des figures 4 et 5, une telleconfiguration permet avantageusement de disposer d'un dispositif sous-refroidisseur 41 pouvant fonctionner de manière autonome, indépendammentdu système principal 21. Cette optimisation permet ainsi la mise en fonctiondu dispositif 41 selon l'invention même si le système principal 21 est à l'arrêt,la présence d'un évaporateur 42 non lié au système principal permettant degérer une production d'énergie calorifique au niveau du condenseur 121,sans qu'il soit nécessaire de produire de la chaleur ou du froid au niveau del'échangeur 211 du système principal 21.

Une telle structure permet de distinguer ainsi différents modes defonctionnement de l'ensemble: - un mode n°1 dans lequel le système principal 21 et le dispositif sous-refroidisseur 41 sont tous les deux en marche; - un mode n°2 dans lequel le système principal 21 est enfonctionnement seul. Le compresseur 122 du dispositif sous-refroidisseur 41,responsable de la circulation du fluide caloporteur dans le dispositif 41 estalors arrêté; - un mode n°3 dans lequel le système principal 21 est à l'arrêt et ledispositif sous-refroidisseur 41 en marche. Le compresseur 112 du systèmeprincipal 21, responsable de la circulation du fluide caloporteur dans cesystème est alors arrêté; - un mode n°4 dans lequel le système principal 21 et le dispositif sous-refroidisseur 41 sont tous les deux à l'arrêt.

Selon l'invention, l'évaporateur 42 du dispositif sous-refroidisseur 41selon l'invention est placé au contact de l'échangeur 213 du systèmeprincipal 21. Selon le mode de réalisation choisie les circuits de circulations des fluides des deux éléments 42 et 213 peuvent être complètementimbriqués, les deux éléments formant alors une seule structure, ou biensimplement juxtaposés, les deux éléments 42 et 213 étant placés en contactl'un de l'autre.

Dans ce dernier cas, si le système est équipé d'un moyen deventilation 45 capable de forcer une circulation d'air au travers del'évaporateur 42 et de l’échangeur 213, comme c'est généralement le cas, ilconvient de commander le moyen de ventilation 45 de telle façon que,compte tenu des positions relatives de l'évaporateur 42 et de l'échangeur213 vis-à-vis du moyen de ventilation 45, le sens de circulation d'air imposéau travers de ces deux éléments permette d'optimiser, selon les cas, lerendement énergétique du système principal 21 ou bien celui du dispositifselon l'invention 41.

La figure 4, illustre plus particulièrement le cas où le système principal21 fonctionne, de manière analogue au cas de la figure 2, en mode deproduction de chaleur, l’évaporateur 42 du dispositif selon l'invention 41 étantplacé entre l'échangeur 213 du système principal et le moyen de ventilation45.

Dans ce cas, en considérant que le système global fonctionne selon lemode n°1 décrit précédemment (les deux compresseurs 112 et 122 étant enmarche), le détendeur 43 est commandé de façon à produire une détente dufluide caloporteur qui le traverse, ce qui diminue la pression et la températurede ce dernier avant son entrée dans l'évaporateur 123. L'abaissement de température ainsi obtenu favorise avantageusementun abaissement maximal de la température du fluide caloporteur du circuit dusystème principal 21 lors de sa traversée du circuit primaire de l'évaporateur123. On favorise du même coup un accroissement du rendementénergétique du système principal 21.

Par suite le fluide caloporteur du circuit de circulation du dispositif 41selon l'invention est alors totalement à l'état de vapeur en sortie del'évaporateur 123. Ce fluide caloporteur est ensuite comprimé par lecompresseur 122 et re-liquéfié sous forme de liquide à haute pression dansle condenseur 121. Le fluide sous forme liquide à haute pression est ensuite détendu pendant sa traversée du détendeur 124 et traverse l'évaporateur 42où il est partiellement vaporisé puis retourne dans le détendeur 43.

La figure 5, quant à elle, illustre plus particulièrement le cas où lesystème principal 21 fonctionne, de manière analogue au cas de la figure 3,en mode de production de froid, l'évaporateur 42 du dispositif selonl'invention 41 étant, comme précédemment, placé entre l'échangeur 213 dusystème principal et le moyen de ventilation 45.

Dans ce cas, en considérant que le système global fonctionne selon lemode n°1 décrit précédemment (les deux compresseurs 112 et 122 étant enmarche), le détendeur 43 est commandé de façon à produire une détenteminimal, voire nulle, du fluide caloporteur qui le traverse. Le fluidecaloporteur entre ainsi dans l'évaporateur 123 à la température qu'il a ensortie de l'évaporateur 42.

Par suite le fluide caloporteur du circuit de circulation de fluide dudispositif 41 selon l'invention est alors totalement à l'état de vapeur. Ce fluidecaloporteur est ensuite comprimé par le compresseur 122 et re-liquéfié sousforme de liquide à haute pression dans le condenseur 121. Le fluide sousforme liquide à haute pression est ensuite détendu pendant sa traversée dudétendeur 124 et traverse l'évaporateur 42 où il est partiellement vaporisépuis retourne dans le détendeur 43.

Il est à noter qu'au cours de ce processus de fonctionnement ledispositif 41 selon l'invention produit, comme cela a été dit précédemment,une énergie calorifique qui est dissipée au niveau du condenseur 121 et cequel que soit le mode de fonctionnement du système d'échanges thermiquesprincipal 21 (production de chaleur ou de froid). Cette énergie calorifiquerésulte de l'énergie calorifique récupérée par l'évaporateur 123, parl'évaporateur 42, ainsi que de l'énergie calorifique produite par lecompresseur 122. Elle est transmise au milieu extérieur par le circuitsecondaire du condenseur 121. Elle peut être récupérée pour usage aumoyen d'une circulation d'eau par exemple, comme illustré par les figures 4et 5.

Il est à noter par ailleurs que dans le cas où le système principal 21est arrêté, le dispositif sous-refroidisseur selon l'invention 41 reste enmesure, comme cela a été dit précédemment, de fonctionner de manière autonome, comme un système de production de chaleur. Dans ce cascependant, l'évaporation du fluide caloporteur du circuit de circulation dudispositif selon l'invention est intégralement réalisée au niveau del'évaporateur 42. L'énergie calorifique produit, qui est dissipée au niveau ducondenseur 121, résulte alors seulement de l'énergie calorifique récupéréepar l'évaporateur 42, ainsi que de l'énergie calorifique produite par lecompresseur 122.

Claims (5)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif sous-refroidisseur (12) pour système d'échangesthermiques principal (11) destiné à produire du froid et/ou de lachaleur dans une installation, ledit système (11) comportant au moinsun évaporateur (113), un compresseur (112), un condenseur (111) etun détendeur (114) reliés les uns aux autres, en circuit fermé, par uncircuit de circulation d'un fluide caloporteur, ledit circuit comportant unsegment à basse pression (116) et un segment à haute pression(117) entre la sortie du compresseur (112) et l'entrée du détendeur(114), le dispositif comportant lui-même un premier évaporateur(123), un compresseur (122), un condenseur (121) et un premierdétendeur (124) reliés les uns aux autres, en circuit fermé, par uncircuit (126, 127) de circulation d'un fluide caloporteur, les éléments(121, 122, 123, 124) constituant le dispositif (12) étant distincts deséléments constituant le système d'échanges thermiques principal(11); caractérisé en ce que, le circuit primaire du premier évaporateur (123)du dispositif étant relié au circuit de circulation de fluide caloporteurdu système d'échanges thermiques principal (11) au niveau dusegment à haute pression (117) de celui-ci, en amont du détendeur(114) et le circuit secondaire du premier évaporateur (123) duditdispositif (12) étant relié au circuit (126) de circulation de fluidecaloporteur de ce dernier; le dispositif comporte en outre un secondévaporateur (42) et un second détendeur (43) agencés en série dansle circuit de circulation de fluide du dispositif, entre la sortie dupremier détendeur (124) et l'entrée du premier évaporateur (123), detelle façon que lorsque le système d'échanges thermiques principal(21) est à l'arrêt, le dispositif selon l'invention puisse fonctionner demanière autonome.
2. 2. Dispositif (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesystème d'échanges thermiques principal (21) étant un systèmeréversible comportant des clapets anti-retour (22, 23, 24, 25) et unevanne d'inversion (26) commandable, le circuit primaire de l'évaporateur (123) du dispositif est inséré dans le circuit decirculation de fluide (216, 217) du système principal (21) de tellefaçon qu'il se trouve toujours placé dans la portion de circuit hautepression (217) du circuit de circulation de fluide du système principalen amont du détendeur (114), quel que soit le mode defonctionnement du système d'échanges thermiques principal (21).
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ceque le second évaporateur (42) est configuré de façon à ce que lefluide caloporteur qui le traverse soit seulement partiellementvaporisé, la pression du mélange liquide vapeur formé à la sortie dusecond évaporateur étant abaissé au passage par le seconddétendeur (43) et la vaporisation complète du fluide étant réalisée parle premier évaporateur (123).
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ceque le second évaporateur (42) et l'échangeur (213) du systèmed'échanges thermique principal (21 ) étant des échangeurs air-fluide, lesecond évaporateur (42) est positionnés de manière adjacente àl'échangeur (213) du système d'échanges thermique principal (21), detelle façon que des échanges de chaleur par conduction puissent seproduire entre ces deux éléments.
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ceque le second évaporateur (42) est positionné de telle façon que lesecond évaporateur (42) et l'échangeur (213) du système d'échangesthermique principal (21) puissent être traversés par un même courantd'air produit par un moyen de ventilation (45).