Brevet FR2539495A2 — publié le 19840720

FR 2539495 A2 19840720 FR 8300890 A 19830117 "Procédé et dispositif de régulation d'un système frigorifique destiné à une production de froid et de chaleur" La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de régulation d'un système frigorifique destiné à une production de froid et de chaleur, composé d'au moins un évaporateur, d'au moins un condenseur et d'au moins une machine frigorifique telle qu'un compresseur. Le procédé de régulation d'un tel système, décrit dans le brevet principal, consiste à commander la machine frigorifique simultanément par la charge calorifique et la charge frigorifique, avec priorité à la charge la plus élevée, tandis que du côté évaporateur et du côté condenseur on commande séparément, par la charge respective, la répartition du fluide entre l'utilisation et l'évacuation, la commande de la machine frigorifique et de la répartition du fluide, par la charge, s'effectuant de façon séquentielle du côté évaporateur et du côté condenseur, avec, pour une demande de puissance croissante, le passage progressif de l'évacuation à l'utilisation, l'ordre de mise en route de la machine frigorifique puis l'ordre d'augmentation progressive de la puissance de la machine frigorifique, ladite machine obéissant à la demande de puissance la plus élevée. Ce procédé s'applique à toutes les machines frigorifiques utilisables, en fonction des besoins, en production de froid et/ou en production de chaleur, cette dernière utilisation étant connue sous le nom de fonctionnement en "pompe de chaleur". La particularité essentielle de ce procédé est la commande directe de la machine frigorifique, en fonction uniquement de l'importance et de la nature des charges d'utilisation, qu'elles soient d'origine calorifique ou frigorifique. I1 en résulte des avantages importants vis-à-vis des procédés de régulation classiques - Adaptation parfaite à la charge, quel que soit le régime d'utilisation. - Continuité dans l'utilisation du froid et du chaud, avec possibilité de simultanéité sans risque de gaspillage d'énergie. - Stabilisation automatique des pressions de condensation et d'évaporation de la machine frigorifique, sans régulation complémentaire, quelle que soit l'utilisation. - Simplicité de mise en oeuvre, aussi bien du point de vue hydraulique que du point de vue électrique. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, le brevet principal et aussi le premier certificat d'addition décrivent un dispositif qui comprend, sur chacun des circuits "évaporateur" et "condenseur", au moins un capteur commandant, par l'intermédiaire d'un régulateur, une vanne à trois voies modulant le débit du fluide entre l'utilisation et l'évacuation des calories ou des frigories, le régulateur délivrant également des ordres de mise en route et de modulation en puissance de la machine frigorifique.L'une des vannes à trois voies modulantes est placée sur le circuit secondaire permettant l'utilisation ou l'évacuation des frigo ries, par exemple - de manière à répartir la totalité du débit de fluide de ce circuit entre l'utilisation des frigories et leur évacuation, situées sur deux branches du circuit en parallèle (voir brevet principal), ou - de manière à répartir le débit de fluide de ce circuit entre l'évacuation des frigories et un by-pass, l'utilisation des frigories étant située sur la branche principale du circuit parcourue par le débit total du fluide (voir premier certificat d'addition). L'autre vanne à trois voies modulante est placée sur le circuit secondaire permettant l'utilisation ou l'évacuation des calories, par exemple: - de manière à répartir la totalité du débit de fluide de ce circuit entre l'utilisation des calories et leur évacuation, situées sur deux branches du circuit en parallèle (voir brevet principal) ou - de manière à répartir le débit du fluide de ce circuit entre l'évacuation des calories et un by-pass, l'utilisation des calories étant située sur une branche du circuit parcourue par le débit total du fluide (voir premier certificat d'addition). Dans toutes ces configurations, les deux vannes à trois voies modulantes sont placées et agissent sur les circuits secondaires. Le but de la présente addition est d'appliquer le même procédé directement sur le circuit primaire, parcouru par le fluide frigorigène, et non plus sur les circuits secondaires, ce qui par rapport aux modes de mise en oeuvre du brevet principal et du premier certificat d'addition procurera les avantages suivants - Adaptation parfaite et temps de réponse court à la charge, quel que soit le régime de fonctionnement. - Dans le cas d'un système à réfrigération directe, utilisation directe des frigories produites. On supprime de ce fait l'obligation d'employer un fluide, tel que de l'eau, pour enlever les calories du médium à refroidir, d'où un système sans intermédiaire, donc plus performnt (rendement amélioré). A cet effet, selon le procédé de la présente addition, la régulation est assurée par commande de la répartition du fluide- frigorigène entre un évaporateur d'utilisation des frigories et un évaporateur d'évacuation de frigories,- dans le circuit primaire en amont du groupe frigorifique, et par commande séparée de la répartition du fluide frigorigène entre un condenseur d'utilisation des calories et un condenseur de rejet des calories, toujours dans le circuit primaire mais en aval du groupe frigorifique. La présente - invention a aussi pour objet-un dispositif de régulation destiné à la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus. Ce dispositif comprend essentiellement, dans le circuit primaire parcouru par le fluide frigorigène, une première vanne à trois voies située en amont du compresseur et modulant le débit du fluide frigorigène entre deux branches de circuit en parallèle comportant l'une l'évaporateur d'utilisation des frigories et l'autre l'évaporateur d'évacuation de frigories, et une seconde vanne à trois voies située en aval du compresseur et modulant le débit du fluide frigorigène entre deux branches de circuit en parallèle comportant l'une le condenseur d'utilisation des calories et l'autre le condenseur. de rejet des calories.Ces deux vannes à trois voies modulantes, intercalées sur le circuit primaire, correspondent aux deux vannes à trois voies modulantes du brevet principal placées sur les circuits secondaires, et elles peuvent être commandées de la même manière, c'est-à-dire en utilisant - un premier capteur de température placé sur le circuit secondaire permettant l'utilisation des frigories, et relié à la première vanne à trois voies modulante du circuit primaire par l'intermédiaire d'un premier régulateur, - un second capteur de température placé sur le circuit secondaire d'utilisation des calories, et relié à la seconde vanne à trois voies modulante du circuit primaire par l'intermédiaire d'un deuxième régulateur, tandis qu'un troisième régulateur, recevant des ordres en provenance simul tanément des deux premiers régulateurs, commande la mise en route et la montée en puissance du compresseur de telle sorte que celui-ci obéit toujours à la demande de puissance la plus élevée. De toute façon, l'objet de la présente addition sera mieux compris à l'aide de la description qui suit, en référence à l'unique figure du dessin schématique annexé illustrant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de ce dispositif. Sur le schéma, les mêmes repères que ceux du brevet principal -ont été utilisés, pour identifier les éléments similaires ou équivalents. Ce schéma montre principalement le circuit parcouru par le fluide frigorigène, avec en haut la partie "évaporateur" (6) et en bas la partie "condenseur" (9), le repère (3) désignant le compresseur qui permet le transfert thermique depuis la partie évaporateur (6) vers la partie con denseur - (9), et (28) étant le conduit permettant le retour de la partie condenseur (9) vers la partie évaporateur (6), les flèches indiquant clairement le sens de circulation du fluide frigorigène. Dans la partie évaporateur (6), le circuit se divise en deux branches (29, 30) montées en parallèle, un détendeur (31, 32) étant prévu sur chacune de ces branches de circuit. La première branche de circuit (29) comporte, en aval du détendeur (31), un évaporateur d'utilisation des frigories (7) qui réalise un échange thermique avec un circuit secondaire d'utilisation des frigories (33). La seconde branche du circuit (30) comporte, en aval du détendeur (32), un évaporateur d'évacuation- de frigories (8) qui peut réaliser un échange thermique avec un autre circuit secondaire (34). Une vanne à trois voies modulante (17), disposée au point de réunion des deux branches de circuit (29,30) du côté "aspiration" du compresseur (3), permet de répartir le débit du fluide frigorigène entre ces deux branches, donc entre l'évaporateur d'utilisation des frigories (7) et l'évaporateur d'évacuation de frigories (8). Un capteur (15), plus particulièrement une sonde de température, est placé sur le circuit secondaire d'utilisation des frigories (33), à la sortie de l'évaporateur (7); ce capteur (15) est relié à un régulateur (16) qui commande la vanne à trois voies modulante (17). Dans la partie condenseur (9), le circuit se divise aussi en deux branches (35, 36) montées en parallèle. La première branche de circuit (35) comporte un condenseur d'utilisation des calories (10) qui réalise un échange thermique avec un circuit secondaire d'utilisation des calories (37). La seconde branche de circuit (36) comporte un condenseur de rejet des calories (11) qui peut réaliser un échange thermique avec un autre circuit secondaire (38). Une vanne à trois voies modulante (21) disposée au point de sépa ration des deux branches de circuit (35,36), du côté "refoulement" du compresseur (3), permet de répartir le débit du fluide frigorigène entre ces deux branches, donc entre le condenseur d'utilisation des calories (10) et le condenseur de rejet des calories (11). Un capteur (19), plus particulièrement une sonde de température, est placé sur le circuit secondaire d'utilisation des calories (37), à la sortie du condenseur (10) ; ce capteur (19) est relié à un régulateur (20) qui commande la vanne à trois voies modulante (21). En outre, les deux régulateurs (16,20) sont reliés l'un à l'autre à un troisième régulateur (18) qui commande le compresseur (3). Les régulations par les deux vannes à trois voies modulantes (17,21) associées aux régulateurs respectifs (16,20) sont totalement indépendantes, par contre la marche du compresseur (3) est réglée au moyen du régulateur (18) en fonction des ordres provenant simultanément des deux régulateurs (16,20), de telle manière que le compresseur (3) obéit toujours à la demande de puissance la plus élevée, qu-'il s'agisse de la demande de calories ou de la demande de frigories. Si la demande de calories est prépondérante, par rapport à la demande de frigo ries, le dispositif de régulation satisfait ces deux demandes de la manière suivante - La sonde de température (19), placée sur le circuit secondaire d'utilisation des calories (37), commande par l'intermédiaire du régulateur (20) l'ouverture totale de la vanne à trois voies (21) sur la voie qui alimente la branche de circuit (35) comportant le condenseur d'utilisation des calories (10). - Simultanément, la sonde de température (15), placée sur le circuit secondaire d'utilisation des frigories (33), commande par l'intermédiaire du régulateur tel6) la modulation de la vanne à trois voies (17), sur les deux voies correspondant respectivement aux deux branches de circuit (29,30), en fonction des besoins de frigories.Par exemple, à un instant où la demande de frigories est croissante, tout en restant faible devant la demande dé calories et la puissance du compresseur (3), le régulateur (16) commande l'ouverture progressive de la vanne (17) sur la voie qui correspond à la branche- de circuit (29) comportant l'évaporateur d'utilisation des frigories (7), et la fermeture progressive de la même vanne (17) sur la voie qui correspond à la branche de circuit (30) comportant l'évaporateur d'évacuation de frigories(8). Si inversement la demande de frigories est prépondérante, par rapport à la demande de calories, le dispositif de régulation satisfait ces deux demandes de la manière suivante - La sonde de température (15), placée sur le circuit secondaire d'utilisation (33), commande par l'intermédiaire du régulateur (16) l'ouver- ture totale de la vanne à trois voies (17) sur la voie qui correspond à la branche de circuit (29) comportant l'évaporateur d'utilisation des frigories (7). - Simultanément, la sonde de température (19), placée sur le circuit secondaire d'utilisation des calories (37), commande par l'intermédiaire du régulateur (20) la modulation de la vanne à trois voies (21), sur les deux voies alimentant respectivement les deux branches de circuit (35,36), en fonction des besoins de calories. Par exemple, à un instant où la demande de calories est croissante, tout en restant faible devant la demande de frigories et la puissance du compresseur (3), le régulateur (20) commande l'ouverture progressive de la vanne (21) sur la voie qui ali-mente la branche de circuit (35) comportant le condenseur d'utilisation des calories (7), et la fermeture progressive de la même vanne (21) sur la voie qui alimente la branche de circuit (36) comportant le condenseur de rejet des calories (lui). Par ce fonctionnement on obtient, dans tous les cas, l'adaptation de l'installation aux charges, à la fois du côté évaporateur et du côté condenseur, sans qu'à aucun moment il n'y ait risque de gaspillage d'énergie. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas au seul mode de réalisation de ce dispositif de régulation qui a été décrit ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes mettant en oeuvre le même procédé, quelles qu'en soient notamment les applications. C'est ainsi que le même dispositif est aussi applicable, de façon avantageuse, à un système frigorifique dans lequel les frigories et/ou les calories produites sont utilisées directement, sans circuit de fluide secondaire. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation d'un système frigorifique destiné à une production de froid et/ou de chaleur, composé d'au moins un évaporateur, d'au moins un condenseur et d'au moins une machine frigorifique telle qu'un compresseur, ce procédé consistant selon la revendication 1 du brevet principal à commander la machine frigorifique simultanément par la charge calorifique et la charge frigorifique, avec priorité à la charge la plus élevée, tandis que du côté évaporateur et du côté condenseur on..commande séparément, par la charge respective, la répartition du fluide entre l'utilisation et l'évacuation, la commande de la machine frigorifique et de la répartition du fluide, par la charge, s'effectuant de façon séquentielle du côté évaporateur et du côté condenseur, avec, pour une demande de puissance croissante, le passage progressif de l'évacuation à l'utilisation, l'ordre de mise en route de la machine frigorifique puis l'ordre d'augmentation progressive de la puissance de la machine frigorifique, ladite machine obéissant à la demande de puissance la plus élevée, caracterisé en ce que la régulation est assurée par commande de la répartition du fluide frigorigène entre un évaporateur d'utilisation des frigories (7) et un évaporateur d'évacuation de frigories (8), dans le circuit primaire en amont du groupe frigorifique (3), et par commande séparée de la répartition du fluide frigorigène entre un condenseur d'utilisation des calories - (10) et un condenseur de rejet des calories (11), toujours dans le circuit primaire mais en aval du groupe frigorifique (3). 2. Dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant du côté évaporateur et du côté condenseur au moins un capteur commandant une vanne à trois voies modulante par l'intermédiaire d'un régulateur délivrant également les ordres de mise en route et de modulation en puissance du compresseur, caractérisé en ce qu'il comprend, dans le circuit primaire parcouru par le fluide frigorigène, une première vanne à trois voies (17) située en amont du compresseur (3) et modulant le débit du fluide frigorigène entre deux branches de circuit en parallèle (29,30) comportant l'une l'évaporateur d'utilisation des frigories (7) et l'autre l'évaporateur d'évacuation de frigories (8), et une seconde vanne à trois voies (21) située en aval du compresseur (3) et modulant le débit du fluide frigorigène entre deux branches de circuit en parallèle (35,36) comportant l'une le condenseur d'utilisation des calories (10) et l'autre le condenseur de rejet des calories (Il).