Brevet FR2284838A1 — publié le 19760409

La présente invention est relative aux dispositifs appelés pompes à chaleur ou générateurs thermodynamiques, et plus particulièrement celles dont L'évaporateur ou capteur de chaleur est alimenté en chaleur par une circulation d'air. Dans de tels générateurs thermodynamiques, lorsque l'air dont on extrait la chaleur se trouve (avant passage dans la dite chaudière) à une température inférieure à une valeur approximative de + 30 C à + 70 C, on observe une condensation de 11 eau contenue dans cet air et un givrage des ailettes de l'évaporateur ou capteur de chaleur. Dès que ce givrage apparait, les qualités d'échange thermique dudit capteur diminuent brutalement, et la pompe à chaleur ne fonctionne plus. Jusqutà ce jour, aucune solution satisfaisante n'a encore été propose pour pallier cet inconvénient. En effet, les solutions actuellement utilisées sont les suivantes a) le cycle de la pompe à chaleur est inversé périodiquement, l'évaporateur se transformant en condenseur et vice-versa. De cette manière ltévaporateurs en se réchauffant se dégivre, après quoi la pompe est remise en fonctionnement normal jusqutà ce qu'elle givre à nouveau, et le cycle recommence. b) la pompe à chaleur ou générateur thermodynamique est mise hors service dès que le givrage est observé et des résistances électriques chauffent directement le fluide que la chaudière thermodynamique est destinée à chauffer. c) une troisième solution enfin, consisterait à augmenter la surface chute d'échange de ltévaporateur et le pas d'ailettes de celui-ci de manière à permettre d'évaporer le fluide de travail à une température négative, notablement plus basse et de récupérer ainsi de la chaleur sur l'air (même à très basse température) traversant I'évaporateur. Ceci oblige évidemment à sur-dimensionner très fortement cet évaporateur et à utiliser un compresseur plus puissant, ce qui implique des frais de fabrication et de fonctionnement nettement plus élevée Quant aux solutions a et b', s elles ne sont pas beaucoup plus chères que les pompes a chaleur classiques, à la fabrication, ell-es deviennent ineffica-es ou très chères d'emploi, au moment où le générateur thermodynamlq-.le est le plus necessaire, c'est-à-dire lorsque la tempèrature de l'air atmosphérique, dont on extrait la chaleur, tombe sous la valeur déjà mentionnée de T 30C à + 70C Le générateur thermodynamique selon la présente invention pallie ces inconvenients. Elle est remarquable en ce que la circulation d'air d'où est extraite la chaleur passe, avant son entrée dans l'évaporateur ou capteur de chaleur, dans un échangeur de chaleur destiné à élevé sa température à une valeur telle que le givrage dudit capteur ne puisse se produire et donc de conserver les propriétés de récupération de calories du dit évaporateur, Le dit échangeur de chaleur étant luimeme chauffé par un fluide bénéficiant de la chaleur délivrée par ledit générateur. L'invention sera mieux comprise en se référant aux dessins joints, où des éléments identiques sont représentés par les mêmes numéros de références. - la figure 1 représente un schéma d'une variante de pompe à chaleur selon l'invention, - la figure 2 represente un schéma d'une autre variante de pompe à chaleur selon l'invention. En se référant à la figure 1, on voit, à l'intérieur du cadre 1, en trait interrompu, un générateur thermodynamique classique extrayant sa chaleur d'un flux d'air représenté par les flèches 2 et traversant le capteur de chaleur 3 ou évaporateur de la chaudière. Le flux d'air ayant traversé l'évaporateur et y ayant cédé de la chaleur,est représenté par les flèches 2' Il estrenvoyé à l'atmosphère.La chaudière thermodynamique comprend encore le compresseur 4 et le condenseur 5 où le fluide de travail circulant selon la flèche 6 cède, en se condensant, la chaleur qui lui a été fournie par ltévaporateur 3 (ainsi que celle qui lui a été cédée par l'intermédiaire du travail du compresseur 4). La chaleur de condensation du fluide de travail est récupérée par le fluide circulant grâce au circulateur 8 selon les flèches 9 dans le circuit 7 (non representé) et qui peut être, par exempleS mais non exclusivement, compos de radiateurs à eau de chauffage domestique. Selon la présente invention, afin d'éviter de givrer ltévaporateur 3, un échangeur de chaleur 10 est disposé dans le flux d'air de chauffage 2, en amont de l'évaporateur 3. Son rôle est de chauffer le flux d-'air 2 jusqu'à ce qu'il atteigne une température suffisante, supérieure à + 30C à + 70C pour éviter le givrage du capteur 3 et permettre un échange. L'échangeur 10 est chauffé par un fluide bénéficiant de la chaleur délivrée par ladite chaudière thermodynamique. Dans le cas présent, ce fluide est le fluide chauffé par la chaudière et circulant dans le circuit 7, qui est pourvu d'une dérivation il servant à l'alimentation en liquide chaud de ltéchangeur 10 et dans laquelle le fluide chaud circule selon les flèches 9'. Une vanne 15 commandée par une sonde thermométrique située dans le flux d'air 2, s'ouvre dès que la température de l'air 2 descend sous une valeur prédéterminée (+ 70C par exemple), met en fonctionnement le dispositif selon l'invention, par circulation du fluide chaud dans la dérivation il selon les flèches 9', de manière à éviter la formation de givre sur l'évaporateur 3. Pour une température d'air 2, supérieure à la dite valeur prédéterminée, la vanne 15 reste évidemment fermée, de manière à éviter la circulation 9', qui n'a dans ce cas pas lieu d'être. Dans le cas, selon la figure 2, où le fluide à chauffer ne circule pas dans un circuit fermé étanche 7, mais peut être un flux d'air 12, traversant le condenseur 5 pour s'y chauffer, le flux 12' sortant du condenseur est envoyé vers l'utilisation. Deux réalisations équivalentes sont possible dans le cadre de la présente variante de l'invention. L'une consiste à disposer sur le circuit de fluide de travail dé la pompe, une dérivation 13, pour amener ledit fluide de travail vers l'échangeur 10 selon les flèches 6' de manière à chauffer ledit échangeur (variante représentée sur la figure 2). L'autre consXsie à disposer dans le flux 12' l'air chauffé par son passage dans le condenseur 5, une dérivation 14 amenant une partie de ltair chaud produit, au moyen de conduits (non représentêsi dans le flux 2 où il se dilue et qu'il réchauffe jusqu'à la température de + tCC à + 70C, nécessaire pour l'empêcher de givrer lors de son passage dans ltévaporateur 3. Dans ce cas, c'est le condenseur 5 qui joue le rôle de l'échangeur 10 pour la partie 14 du flux 12'. Ainsi qu'il est possible de s'en rendre compte par la description qui precede, le générateur thermodynamique selon la présente invention, évite tous les inconvénients des solutions a), b) et c) selon l'etat de la technique. Les coûts, aussi bien dé fabrication que de mise en oeuvre sont maintenus, grâce à l'adjonction d'un simple échangeur de chaleur et à l'emploi de la chaleur économique fournie par la chaudière thermodynamique à un niveau très bas. La présente invention possède également l'avantage supplémentaire de maintenir le fluide de travail dans une zone de temperature où le compresseur, dans ltétat actuel de sa technologe,travaille avec le meilleur rendement. La presente invention ouvre de très importants et nouveaux champs d'application aux pompes à chaleur récupérant les calories de l'air ou de tout mélange gazeux traversant l'evaporateur. C'est ainsi que les chaudières à combustion ou autres, les génerateurs d'air chaud existants peuvent être remplaces avantageusement par les pompes à chaleur équipées du dispositif selon la présente invention, ce que les pompes a chaleur non equipées du présent dispositif, ne peuvent pas faire à cause du givrage de leurs évaporateurs. De plus, dans le cas du dispositif selon la figure 1, il est possible dans le cadre de la présente invention, de monter sur le circuit 9 un rechauffeur (non représenté), équipé de thermoplongeurs électriques de faible puissance, de manière à permettre une mise en température de départ plus rapide et également de compenser le refroidissement du fluide circulant dans le circuit 9 ; lorsque la température est inférieure à celle ayant servi au calcul de l'installation et de l'appareil Une sonde 16 plongeant dans le fluide du circuit 9, commande li mise en route du réchauffeur lorsque la température du fluide du circuit 9 descend sous la valeur prévue dans les dits calculs et affichée sur la sonde.Un tel montage accompa gné d'un circulateur tel que 8 et d'un vase d'expansion a permis la conception et la réalisation, grâce à la présente invention, d'une véritable chaudière thermodynamique monobloc, appareil qui, jusqu'a présent n1 existe -pas sur le marché. Cet appareil peut, dans toute installation de chauffage classique existante, prendre la place de la chaudière alimentant cette installation, par simple raccordement sur les tuyauteries existantes et sur une simple prise de courant. Plus généralement, la présente invention permet d'utiliser les pompes à chaleur pour toutes les utilisations, seuls ou combinées entre elles, de chauffage, de séchage, de deshumidification ou de climatisation ou tout autre utilisation. En effet, l'air passant dans l'évaporateur, perd en tout ou en parte l'eau qu'il contient. La présente invention est encore utilisable dans tous les cas où un mélange gazeux traversant l'évaporateur possède un composant condensable. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres variantes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDIGATIONS i, Generateur thermodynamique dont l avaporateur ou capteur de chaleur est alimenté en chaleur par une circulation d'air, caractrié en ce que ladite circulation d'air passe, avant son entrée dans le capteur de chaleur, dans un changeur de chaleur destiné a elever sa température à une valeur telle que le givrage dudit capteur ne puisse se produire, ledit échangeur de chaleur étant chauffé par un fluide benéficiant de la chaleur délivree par ladite chaudiere. 2.- Générateur, chaudière thermodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide chauffant ltéchangeur de chaleur est le fluide de travail de la chaudière, à travers son passage â travers le compresseur de ladite chaudière. 3.- Générateur, chaudière thermodynamique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l t échangeur de chaleur est alimenté, en parallèle avec le condenseur de la chaudière en fluide de travail. 4.-Chaudière thermodynamique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que dans le cas où le condenseur de la chaudière cède sa chaleur à de l'air, une partie de cet air ainsi chauffé est envoyée et diluée, en amont de l'évaporateur, dans ladite circulation d'air d'où est extraite la chaleur, le condenseur jouant dans ce cas, le rôle d'échangeur. 5.- Chaudière thermodynamique selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisée en ce que, dans le cas où le condenseur de la chaudière cède sa chaleur à un fluide, une partie de ce dernier sert à chauffer l'échangeur de chaleur. 6.- Chaudière thermodynamique selon l'une quelconque des. revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur élève la-température de ladite circulation d'air à une valeur supérieure a oo et donc + 30C et + 70C 7.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par l'assemblage dans un ensemble monobloc, d'une pompe à chaleur, équipée du dispositif selon l'invention, d'un réchauffeur du fluide du circuit (9), de circulateurs, de vases d'expansion, de vannes de sécurité et dtisolem-entO 8.- Récupérateur de calories caracterisé par un ou plusieurs échangeurs, réalisés de préférence en tube en matière plastique du type P.V.C., plongés dans le lisier de porcs ou tout autre fumier ou compost, d'origine végétale ou animale. Le ou les échangeurs sont parcourus en circuit fermé par un fluide qui récupère les calories dégagées par la fermentation des fumiers ou composts. Le fluide en passant sur ltéchangeur de l'évaporateur laisse au passage,audit évaporateur, les calories puisées dans le lisier des porcs, fumiers ou compost. Ces calories sont transmis à l'échangeur du condenseur du générateur ou chaudière thermodynamique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7. Ce dispositif permet d'améliorer considérablement le rendement du générateur ou chaudière thermodynamique et de ce fait, contribue à augmenter l'économie d'utilisation des dits appareils conformes à l'invention.