Brevet FR2544470A1 — publié le 19841019

La présente invention concerne une unité de refroidissement pour fluides dans une installation de conditionnement d'air ou, en tout cas, pour les fluides de travail ou de traitement. Une installation pour le refroidissement de fluides comprend une unité centrale qui traite le fluide, lequel est ensuite acheminé par des conduites à des unités de conditionnement montées dans les lo- caux nécessitant un conditionnement de l'air, ou vers des machines ou des procédés nécessitant un refroidis- sement. Dans les systèmes habituels, l'unité de re- froidissement est pratiquement toujours branchée et le fluide est traité par l'unité centrale de façon à être distribué à une température prédéterminée qui est in- variablement obtenue par un effet de réfrigération. Dans certains cas, on utilise différents moyens de refroidissement à partir de l'unité de re- froidissement, mais on ne connaît aucune installation d'un type compact fonctionnant simultanément avec dif- férentes sources de refroidissement et assurant une efficacité optimale. Le but principal de la présente invention est de fournir une installation dans laquelle on utilise au maximum l'air de l'atmosphère extérieure comme source principale de froid afin de réaliser des écono- mies dans la consommation d'énergie. Un autre objet, qui découle du premier, est de fournir une unité capable d'utiliser différentes sources de froid soit simultanément, soit alternative- ment. Un autre objet est de fournir une unité utilisant les différentes sources de froid de manière optimale pour assurer un haut degré d'efficacité. Un autre objet de l'invention, qui n'est nullement le moins important, est de fournir une unité compacte qui est simple non seulement dans sa concep- tion, mais également dans son fonctionnement. L'invention fournit une unité de refroidis- sement pour des liquides dans des installations de conditionnement d'air ou pour des fluides de travail, cette unité comprenant une installation de réfrigéra- tion mécanique pour le traitement du liquide, cette installation comportant au moins un réfrigérant de liquide refroidi à l'air (que l'on appellera ci-après "radiateur') raccordé en série à au moins un évaporateur pour l'unité, ce radiateur étant monté sur le côté du condenseur (refroidi à l'air) de l'unité de réfrigéra- tion et en contact avec un courant commun d'air forcé, ce radiateur étant, de préférence, situé "en amont" du condenseur dans le sens d'écoulement de l'air de refroi- dissement tandis qu'il comporte un embranchement ayant une soupape à trois voies permettant de réduire, voire même de couper complètement l'écoulement du liquide à travers le radiateur. Il est à noter que l'expression "radiateur" désigne un échangeur de chaleur dans lequel un liquide tel que l'eau est refroidi par un courant d'air, ce radiateur pouvant également être considéré comme un serpentin de refroidissement libre L'expression "condenseur refroidi à l'air" désigne un échangeur de chaleur dans lequel le réfrigérant d'une installation de réfrigération mécanique étanchée est réduit à un état liquide en transférant sa chaleur latente à l'air. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-après de certaines formes de réalisation préférées données simplement à titre d'exemple sans aucun caractère limitatif, cette description étant illustrée dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma d'un circuit hydraulique de l'unité; la figure 2 est une vue schématique de pai- res d'échangeurs de chaleur, chaque paire comportant un radiateur et un condenseur; la figure 3 représente une autre version du système illustré en figure 2; la figure 4 est une vue en perspective d'une unité comprenant un assemblage radiateur/condenseur double. En se référant aux dessins annexés, on peut constater que, lorsqu'il s'agit du circuit hydraulique, l'unité comprend au moins un radiateur 1 raccordé en série à au moins un évaporateur 2 d'un circuit de ré- frigération mécanique. Lorsque cela est nécessaire, la circulation du liquide est assurée par une unité de pompes 3 cons- tituée, de préférence, de deux pompes 4 et 5 montées mutuellement en parallèle et pouvant fonctionner alter- nativement. Le radiateur 1 comporte un embranchement 6 allant à une soupape à trois voies 7 située entre le radiateur 1 et l'évaporateur 2. Le circuit peut également comporter un vase d'expansion 10 Un courant d'air atmosphérique exté- rieur, indiqué par le chiffre de référence 11 et souf- fié par un ou plusieurs ventilateurs, entre en contact avec le radiateur 1 et immédiatement après, avec le condenseur 9 (refroidi à l'air) du circuit de réfri- gération mécanique comprenant un compresseur 17, une soupape d'expansion 18 et l'évaporateur 2 raccordé à l a canalisation appropriée. Afin que toute l'installation soit aussi compacte que possible, les radiateurs 1 et les con- denseurs 9 de l'unité de réfrigération mécanique sont, de préférence, disposés comme représenté en figure 2. Dans les schémas des figures 1 et 2, on peut constater que les radiateurs (qui, dans le schéma de la figure 2, sont de type multiple et sont désignés par le chiffre de référence 1) sont invariablement situés "en amont-" des condenseurs 9 dans le sens du courant d'air 11 produit par un ou plusieurs ventila- teurs 12 L'agent réfrigérant de l'installation de réfrigération mécanique étanchée est réduit à l'état liquide et sa chaleur latente est transférée à l'air se trouvant dans le condenseur. Dans ce cas, l'air atmosphérique entre en contact avec le radiateur avant d'être chauffé par l'un ou l'autre élément du système, c'est-à-dire par le condenseur refroidi à l'air et l'importance de cette caractéristique apparaîtra plus clairement à la lecture de la description ci-après. De plus, ce système non seulement réduit les dimensions des différents éléments assurant le fonctionnement, mais il réduit également, au minimum, le nombre de ventilateurs 12 requis, puisqu'aussi bien le courant d'air passant à travers le radiateur et le condenseur est un seul et même courant. La figure 3 illustre une autre disposition des éléments constitutifs de l'assemblage, un radia- teur qui, dans ce cas, est indiqué par le chiffre de référence 13, étant situé près d'un condenseur désigné par le chiffre de référence 14 Le ventilateur 15 aspire l'air de la zone médiane située entre les échan- geurs 13 et 14, si bien que le courant d'air 16 qui, dans ce cas, est à nouveau Lu seul et un même courant, entre en contact, en partie avec le radiateur 13 et en partie également avec le condenseur 14. L'unité est destinée à refroidir un cou- rant de liquide à une température déterminée par des thermostats ou d'autres signaux. Lorsqu'on adopte le schéma illustré, de même que la disposition et la combinaison d'un radia- teur et d'un condenseur comme décrit ci-dessus, l'ins- tallation fonctionne alors selon les méthodes décrites ci-après. Cas A: La température du liquide pénétrant dans l'unité de refroidissement est inférieure à la température atmosphérique extérieure; dans ce cas (que l'on peut considérer, pour ainsi dire, comme des "conditions d'été"), le radiateur ne peut en aucune façon être refroidi par l'air de l'atmosphère qui est plus chaud que le liquide; en conséquence, la soupape à trois voies est amenée dans une position dans laquel- le le radiateur est exclu, tandis que le système fonc- tionne exclusivement avec la section de réfrigération mécanique. Cas B: La température atmosphérique exté- rieure est inférieure à la température du liquide péné- trant dans l'unité de refroidissement et, par consé- quent, le liquide qui circule à travers le radiateur refroidi à l'air, peut transférer une certaine quantité de chaleur à l'air atmosphérique produisant un effet de refroidissement; la soupape à trois voies est amenée dans une position dans laquelle le radiateur est mis en service en série avec l'évaporateur de ré- frigération mécanique; si le radiateur n'est pas en mesure de fournir tout le froid requis au liquide, les ventilateurs fonctionnent alors à leur vitesse maximale et l'installation de réfrigération mécanique fait alors office d'élément tampon; lorsque la température de l'air atmosphérique est suffisamment basse pour que le radiateur puisse fournir la quantité totale exacte de froid requis par l'instaffation, les ventilateurs fonctionnent à leur vitesse maximale, tandis que les dispositifs de réfrigération mécaniques sont mis hors service. Cas C: La température de l'air atmosphé- rique est bien inférieure à la température du liquide pénétrant dans le radiateur; dans ce cas, bien que les dispositifs de réfrigération mécaniques soient mis hors service, le radiateur atteint une capacité excessive qui peut alors être réduite: en réglant la vitesse des ventilateurs; en réduisant le courant d'air en mettant un ou plusieurs ventilateurs hors service lorsque cela est possible; en modérant le débit de distribution du liquide par le raccordement de llembranchement sous le contrôle de la soupape à trois voies. Bien entendu, ces systèmes peuvent être utilisés ensemble, conjointement l'un avec l'autre, individuellement ou alternativement. En ce qui concerne le condenseur, il est à noter que le courant d'air passe à travers ce dernier même lorsque cela n'est pas nécessaire; afin d'éli- miner les inconvénients résultant d'une température de condensation excessivement basse, on utilise, dans le circuit de réfrigération, des systèmes connus en vue de régler la capacité du condenseur, par exemple, le système de "noyage" La description ci-dessus et les illustra- tions annexées démontrent que les objets envisagés sont réalisés et, en particulier, que l'on obtient une unité extrêmement compacte d'une construction simple, d'un fonctionnement économique et capable d'utiliser, lorsque cela est possible, une source de refroidisse- ment de faible prix, tout en utilisant l'air de ltat- mosphère extérieure. Bien entendu, l'utilisation d'un seul-et unique système de ventilateurs réduit le coût de l'installation et les problèmes que pourrait poser ce choix, sont éliminés gr Ace à l'adoption d'une com- binaison originale d'un radiateur avec un condenseur d'une installation de réfrigération mécanique. La possibilité d'utiliser ou de supprimer ce radiateur auxiliaire rend le fonctionnement de l'installation particulièrement souple, tout en rédui- sant les frais de fonctionnement. Les systèmes de contrôle et de régulation sont particulièrement simples et, à tous égards, ils sont analogues aux systèmes déjà connus et utilisés à grande échelle. Sur la base du principe original adopté dans la combinaison et la disposition des éléments consti- tutifs de l'assemblage, les différentes versions de construction peuvent être modifiées par rapport à celles illustrées dans les dessins annexés. Les matières et les éléments constitutifs utilisés peuvent être choisis parmi ceux qui sont le mieux appropriés pour les besoins envisagés, les di- mensions et la puissance de l'installation. R E V E N D I C A T I O N S 1. Unité de refroidissement pour fluides dans une installation de conditionnement d'air ou pour des fluides de travail, caractérisée en ce qu'elle comprend une ins- tallation de réfrigération mécanique pour le traitement du fluide, cette installation comportant au moins un radiateur refroidi à l'air ( 1,13) et raccordé hydraulique- ment en série à au moins un évaporateur ( 2) prévu pour l'unité, ce radiateur ( 1,13) étant monté à côté du condenseur ( 9,14) de l'unité de réfrigération et en contact avec un écoulement commun d'air forcé ( 11,16) , de même qu'un embranchement ( 6) contrôlé par une soupape à trois voies ( 7) qui peut fonctionner pour réduire ou couper complètement l'écoulement du liquide à travers le radia- teur ( 1,13). 2 Unité de refroidissement suivant la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le radiateur ( 1) est situé en amont du condenseur dans le sens d'écoulement de l'air de refroidissement ( 11). 3. Unité de refroidissement suivant la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le radiateur ( 13) est monté à côté du condenseur de l'installation de réfrigération mécanique, ce radiateur et ce condenseur étant tous deux en contact avec le même courant extérieur d'air de re- froidissement ( 16). 4 Unité de refroidissement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le radiateur ( 1,13) comporte une conduite d'embranchement ( 16) et une soupape à trois voies ( 7) pour le raccordement du radiateur ( 1,13) ou de la conduite d'embranchement( 6). 5 Unité de refroidissement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que au moyen de la conduite d'embranchement ( 6), la soupape à trois voies ( 7) permet de réduire la circulation du fluide dans le radiateur ( 1,13) à n'importe quel niveau et jusqu'à zéro. 6. Unité de refroidissement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte une batterie de ventilateurs ( 12,15) produisant le courant d'air commun ( 11,16), ces venti- lateurs ( 12,15) fonctionnant en mode d'aspiration à travers le radiateur ( 1,13) et le condenseur ( 9,14). 7. Unité de refroidissement suivant la revendi- cation 6, caractérisée en ce que les ventilateurs ( 12,15) de la batterie précitée sont du type à vitesse variable et peuvent être mis hors service. 8 Unité de refroidissement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une ou plusieurs paires d'échangeurs de chaleur, chaque paire comportant un radiateur ( 1) et un condenseur ( 9) qui sont conçus pour entrer en contact avec un courant commun d'air de refroidissement ( 11).