Brevet FR2403528A1 — publié le 19790413

ta présente invention est relative à un perfectionnement aux dispositifs de réfrigération d'enceintes climatiques chaudes ou froides. Il existe dans les principaux pys industriels des enceintes climatiques à circulation d'air, par exemple des souffleries pour les essais de véhicules automobiles, qui doivent fonctionner à des températures bien définies à l'intérieur d'une plage s'étendant par exemple de -400G à +500C de façon à répondre à des conditions climatiques extrêmes Il est relativment facile d'élever la température de l'enceinte si elle est trop basse, mais le problème inverse plus de difficultés, alors que c'est celui qui se pose le plus fréquemment surtout lorsqu'une puissance importante est utilisée pour obtenir des vitesses d'air élevé. Habituellement, dans l'industrie frigorifique, on utilise un circuit de fluide de transport d'énergie thermique qu'on fait passer dans un échangeur principal traversé par de l'air; toutefois cet échangeur ne peut servir en même temps d'évaporateur car cette manière d'opérer se heurte à une impossibilité, dans la technique classique, lorsque la température d'évaporation atteint la température de condensation. Lorsqu'elle est plus élevée, moyennant le service d'une pompe de réfrigérant liquide on pourrait fonctionner en arrêtant les compresseurs. Cependant la zone de transition présente une lacune d'autant plus grande que la puissance à dégager est importante.Par ailleurs,pour les puissances mises en jeu, les compresseurs sont des machines centrifuges qui ne se prêteraient pas aisément aux régimes de compression extremement différents qui seraient rencontrés. Pour ces raisons, la technique courante ne peut être utilisée ici, et les installations de souffleries climatiques utilisent plutôt la technique plus coûteuse dans laquelle la température du fluide secondaire est obtenue par mélange d' Un courant chaud et d'un courant froid. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et d'obtenir une réfrigération efficace de l'air en circulation dans l'enceinte pour un prix peu élevé. Plus précisément, l'invention se rapporte à un dispositif pour enlever de la chaleur à l'air d'une soufflerie en circuit fermé, ce dispositif comprenant un échangeur principal traversé par l'air et par un fluide de transport d'énergie thermique, ledit fluide étant susceptible de passer de l'état liquide à l'état gazeux dans les conditions d'opération, ainsi qu'un circuit de circulation de ce fluide, ledit circuit comportant une pompe, un séparateur de liquide et une vanne de détente réglable en fonction de la température de l'air, et servant à élever la pression.Dans un dispositif selon l'invention, la vanne de détente est située entre l'échangeur et le séparateur du liquide, et un échangeur auxiliaire est placé pour transmettre de la chaleur depuis le fluide sortant à l'état gazeux de l'échangeur principal vers le fluide liquéfié allant de la pompe à l'échangeur principal. De préférence, le dispositif comprend une seconde vanne au sortir de la pompe, pour réduire le débit de façon à rapprocher la température à l'entrée de l'échangeur principal de la température de changement d'état. Selon ltinvention, on utilise la machinerie frigorifique à un régime constant de températures défini par une condensation selon le régime extérieur au condenseur, et par une évaporation aussi froide au il est requis pour le service de l'échangeur. L'alimentation de l'échangeur par pompe delEcyclage doit se faire avec un taux de recirculation restant supérieur à 1, mtme lorsque la pompe doit élever la pression du liquide vus- qu'aux plus hautes pressions d'évaporation. On utilise la pompe sous la plus forte pression différencielle qui peut être atteinte,-en absorbant l'excédent par une soupape tarée placée au refoulement c te contrôle de la pression d'évaporation est opéré par une vanne de détente sur le débit de vapeur saturée et de liquide de non évaporé, excédentaire sortant de l'échangeur. la réponse au signal de réglage est d'autant plus rapide que le volume de la phase gazeuse en amont de cette vanne de détente est relati- vement réduit. L'échangeur auxiliaire-est installé aux brides de l'échangeur principal. il a pour but de faire disparaître la plus grande partie-du sous-refroidissement du liquide mis en pression par la pompe, en absorbant une partie de la chaleur de condensation de la vapeur saturée sortant de ltéchangeur principal. Ainsi le débit volume du fluide réfrigérant sorti de l'échangeur principal se réduit en traversant l'échangeur auxiliaire, tandis que le liquide admis à l'évaporateur se trouve porté à une température plus voisine de celle à laquelle il 's'éva- porera. L'introduction de chaleur dans l'air de la veine peut encore se faire par l'échangeur principal en installant un réchauffeur entre l'échangeur auxiliaire et l'échangeur principal. Loeq'une demande de chauffage fait suite à une diminution de la demande de refroidissement, la vanne de détente en se fermant a fait remonter la température d'évaporation à une valeur plus proche (mais inférieure) de la température de l'air puis elle se ferme un peu plus, et par une action en cascade du régulateur, il se produit alors une admission de fluide chauffant ou réchauffant, permettant à la pression dans l'échangeur de monter audessus de la valeur saturante à la température de l'air. Il y a alors condensation de fluide dans l'échangeur et chauffage de l'air. L'échangeur possède de la sorte une aptitude à fonctionner à une température très rapidement variable, l'écart régissant l'échange avec l'air pouvant être très vite adapté aux variations du bilan thermique L'inertie thermique reste dominée par la masse métallique de l'appareil,mais se trouve réduite par la plus faible masse du fluide primaire, comparée à celle d'un fluide secondaire. La puissance de pompage de fluide primaire, malgré la haute pression requise,reste très inférieure à la puissance de pompage d'un fluide secondaire. L'invention sera expliquée plus en détail en s'aidant des figures,parmi lesquelles: Fig.l est un schéma simplifié d'une installation selon l'invention,décrite à titre d'exemple non limitatif, et Fig.2 est un diagramme enthalpie-pression relatif au -meme schéma. L'installation qui fait I'obje- de la figure l est destinée au refroidissement de la veine d'air V d'une soufflerie non représentée quant au reste. Une batterie de refroidissement B de plusieurs éléments composés chacun d'un certain nombre de tubes à ailettes est placée en travers du déplacement de l'air. En sortant de la batterie B,le fluide de transfert de chaleur, qui est par exemple le dichlorodifluorométhane,étant alors vaporisé en partie, est envoyé par la conduite 1 dans un échangeur E où il cède une partie de sa chaleur au fluide liquide qui se dirige vers la batterie.Il est envoyé ensuite par la conduite 2 à une vanne F de laminage,asservie par un relais positionneur au régulateur de la température de l'air de la veine. I1 suit ensuite la conduite 3 jusqu'à un séparateur S à basse pression. Le liquide sortant du séparateur est aspiré dans la conduite 4 parla pompe P. Par la conduite 5 il arrive à une vanne D qui en règle le débit, et de 1à, une conduite 6 le mène à l'échan- geur E. Une conduite 7 l'envoie ensuite à un réchauffeur électrique R puis une conduite 8 le ramène à la batterie B. La vapeur sortant du séparateur S est aspirée dans la conduite 9 par le turbo-compresseur T d'où elle sort par la conduite 10. Elle est alors refroidie dans le condenseur C alimenté en eau froide. La partie du fluide excédentaire qui n'est pas condensée,est dérivée humide par la conduite Il à une vanne de by-pass: de gaz G débitant en retour au séparateur S.Le condensat est reçu dans le premier compartiment du refroidisseur intermédiaire I et subit une première détente 12-13 réglée à niveau amont constant. Le résultat de cette détente est fractionné dans le second compartiment en gaz 14 réaspiré par le dernier étage du turbo-compresseur T,et en liquide 15 qui subira la deuxième détente,dont le débit par la conduite 16,alimente le séparateur S. La figure 2 est un diagramme enthalpie-pression du flui- de frigorigène. On a représenté lTévolution de l'état du fluide dans le cas oh la veine doit etre refroidie Le réchauffeur R est alors à l'arrêt et les états 7 et 8 sont confondus. Dans le cas où la veine doit être chauffée, le point 8 se déplace vers la droite au-delà de la courbe de titre en gaz nul x = O qui délimite avec la courbe x = 1 la zone de saturation. Alors dans la batterie ltévaporation est remplacée par une condensation et le point 1 est à gauche du point 8 au lieu d'être à droite. L'échangeur auxiliaire E est toujours en service, mais le débit qu'il réchauffe de 6 à 7 est réglé automatiquement de manière que le point 7 soit rapproché au maximum de la courbe x = 0 et ne conserve qu'un sous-refroidissement négligeable avant d'aller dans la batterie s'évaporer. Il est possible suivant le nombre de roues du turbocompresseur de pratiquer plus de deux détentes en se servant d'autres niveaux de pression intermédiaire de façon à rapprocher la compression de la courbe x = 1 et la détente de la courbe x = 0. Dans la pratique,avec une machine fonctionnant selon le schéma indiqué,pour une soufflerie demandant la fourniture de 325.000 frigorins/heure, à - 30 C, le fluide de transfert de chaleur étant disponible à +306C, la puissance du compresseur 18 est de 228 kw, auxquels il faut ajouter 13 kW pour la pompe lO.Avec une installation du type classique fonctionnant dans les memes conditions par ailleurs,la puissance nécessaire est de 250 kW. pour le compresseur et 46 kW pour la pompe. Le gain total de puissance est donc d'environ 18,5%. -REVENDICAIIONS- 1. Dispositif pour enlever de la chaleur d'une enceinte, comprenant un échangeur principal traversé par l'air et par un fluide de transport d'énergie thermique,ledit fluide étant susceptible de passer de l'état liquide à l'état gazeux dans les conditions d'opération,ainsi qu'un circuit de circulation de ce fluide,ledit circuit comportant un séparateur de liquide,une pompe servant à élever la pression,et une vanne de détente réglable en fonction de la température de l'air,caractérisé en ce que ladite vanne de détente est située entre l'échangeur et le séparateur de liquide 2. Dispositif selon la revendication l,caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur auxiliaire, traversé par le fluide vaporisé allant de l'échangeur principal à la vanne de détente et par le fluide liquide en sortie de pompe, et destiné à ramener la température du fluide entrant liquide à l'échangeur principal à une valeur plus proche de celle du fluide sortant vaporisé de ce meme échangeur principal. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde vanne située entre la sortie de la pompe et l'entrée du fluide à évaporer dans l'échan- geur principal, et destinée à réduire le débit de façon à rendre constante et négligeable la différence des températures existant au fluide entrant et sortant de l'échangeur principal,si réduite soit la puissance transférée par celui-ci.