Brevet FR2256381A1 — publié le 19750725

La présente invention se rapporte à un dispositif de transmission de chaleur comportant un compresseur, un condenseur et un évaporateur branchés dans un circuit fermé, dispositif dans lequel un fluide de transfert de chaleur (fluide de rd- froidissement) circule et dans lequel un échangeur de chaleur et une soupape d'étranglement sont disposés en série dans la partie du circuit située entre le condenseur et l'évaporateur. Un dispositif de ce type générale peut être défini comme un ensemble de pompage de chaleur. De tels ensembles de pompage de chaleur sont bien connus dans le domaine thermique. L'invention a pour but de fournir un dispositif de pompage de chaleur qui est agencé de manière à comporter aussi peu de composants coûteux que possible et à l'aide duquel on peut, avec une dépense assez faible, assurer le chauffage ou le refroidissement d'un fluide en mouvement, en premier lieu de l'air extérieur, afin d'utiliser ce fluide à des fins de ventilation dans des bâtiments, tels que des maisons d'habitation, des locaux de bureaux, etc... L'invention a également pour but de fournir un dispositif qui puisse être transformé par un moyen simple de commu-station en un dispositif de chauffage ou bien de refroidissement de l'air extérieur. Suivant l'invention, un conduit de dérivation est re-: lié entre un passage de fluide en mouvement, pourvu d'.un moyen de propulsions, et l'échangeur de chaleur de manière que le fluide en mouvement dérivé traverse l'échangeur de chaleur en échangeant de la chaleur avec l'autre fluide passant dans l'échangeur, ce dernier fluide étant constitué par le fluide porteur de chaleur qui circule dans l'installation. L'échangeur de chaleur est ainsi branché dans la dérivation du circuit qui est située entre un récipient de fluide de refroidissement et la soupape d'étranglement.Au moins le condenseur ou l'éva- porateur est placé dans une enceinte 11 entourant étroitement et comportant une entrée et une sortie de fluide de circulation de façon que ce fluide puisse être chauffé dans le condenseur ou refroidi dans l'évaporateur. Avec une disposition de ce type, on peut assurer al ternativement le chauffage ou le refroidissement de l'air extérieur qui a été aspiré dans l'installation par lesdits moyens de propulsion de mouvement, ledit air extérieur étant évacué à des fins de ventilation à partir de l'orifice de sortie de ladite enceinte. En fonction de ce qu'on désire chauffer ou refroidir l'air extérieur, on fait varier la fonction de l'échangeur de chaleur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui représente un schéma du dispositif de l'invention, en coupe longitudinale et fonctionnant comme un dispositif de chauffage. Le dispositif suivant l'invention contient un circuit de transport de chaleur fermé dans lequel circule un fluide porteur de chaleur (fluide de refroidissemént). Le fluide porteur de chaleur utilisé est de préférence du même type que ceux employés dans des réfrigérateurs, à savoir des composés de fluorures (fréon) ou d'ammonium.En considérant la direction de circulation du fluide porteur de chaleur, le circuit comporte lorsqu'il est utilisé pour chauffer un fluide de circulation, les composants principaux suivants; un compresseur 1, un échangeur de chaleur 2 fonctionnant comme condenseur, un récipient de fluide de refroidissement 3, un échangeur de chaleur à contre-courant 4 fonctionnant comme un refroidisseur pour le condensat, une soupape d'étranglement à réduction de pression 5, un échangeur de chaleur 6 fonctionnant comme évaporateur et un distributeur électromagnétique 7 à quatre voies. Les flèches placées dans des positions adjacentes aux tubes de raccordement 8, 9, 10, 11, 12 desdits composants indiquent la direction de déplacement du fluide porteur de chaleur lorsque le dispositif est employé pour chauffer un fluide de circulation tel que de l'air extérieur.La soupape électro-magnétique 5 comporte par conséquent dans ce cas un conduit d'entrée 12 provenant de l'échangeur de chaleur 6, un conduit de sortie 8 aboutissant à l'échångeur de chaleur 2 et il est enfin relié au compresseur 1 par un conduit d'alimentation 13 et un conduit de retour 14. Comme le montre le dessin, le compresseur 1, le condenseur 2, le récipient de fluide de refroidissement 3, l'échangeur de chaleur 4 et la soupape électro-magnétique 5 sont tous logés dans une enceinte commune 15 pourvue d'une entrée d'air 16 et d'une sortie d'air 17 par laquelle on peut obtenirde l'air chauffé en surprdssion. A la partie supérieure de l'enceinte 15, il est prévu un carter latéral 18 dans lequel est placé l'évaporateur 6. Ce carter latéral comporte une entrée 19 par l'intermédiaire de laquelle de l'air extérieur 20 est aspiré à l'aide d'un ventilateur 22 entratné par un moteur 21, ce ventilateur établissant une sur-pression dans l'orifice d'entrée 23. Le carter 18 comporte en outre un orifice de sortie 24 par lequel sort l'air qui a passé dans l'évaporateur 6 en perdant de la chaleur.Cependant à la sortie de la chambre 23, une fraction de l'air sous-pression pénètre par l'intermédiaire de l'entrée 16 dans l'échangeur de chaleur 4 tandis que le reste de l'air souspression continue à passer dans 11 évaporateur 6 de manière à etre évacué dans l'atmosphère environnante par l'intermédiaire de l'orifice de sortie 24. Lorsqu'on désire obtenir de ltair extérieur chauffé en sur-pression, on branche l'évaporateur 6 entre la soupape électromagnétique d'étranglement 5 et le côté d'admission du compresseur 1 tandis que le condenseur 2 est branché entre le côté de refoulement du compresseur 1 et le récipient de fluide de refroidissement 3, au moins deux des trois composants mentionnés en dernier étant placés dans l'enceinte commune 15 dans laquellele fluide de circulation est introduit par l'intermédiaire de l'orifice 16 et en surpression, ledit fluide tranversant l'échangeur de chaleur 4 et ayant absorbé la chaleur contenue dans le fluide porteur de chaleur. L'enceinte 15 comporte une sortie 17 à partir de laquelle on peut obtenir du fluide de circulation chauffé et en surpression. Dans ce mode de réalisation, le fluide porteur de chaleur suit le circuit suivant, à partir du côté de refoulement du compresseur 1. Le gaz formé à partir du fluide de rEfroidissement chaud et se trouvant sous une pression élevée se déplace vers le condenseur 2 où il se produit une condensa tion avec transfert simultané de chaleur par exemple au fluide de transmission de chaleur d'un système de chauffage de pièces, ledit fluide étant habituellement de l'air ou de-l'eau. A la sortie du condenseur 2, te fluide de refroidissement condensé passe dans le récipient de fluide de- refroidissement 7 de manière à parvenir à l'échangeur de chaleur 4 qi fonctionne dans ce cas comme un refroidsseur de condensat de sorte que de la chaleur est cédée dans l'échangeur 4 à l'air extérieur le traversant, ledIt air étant ainsi chauffé. A la sortie de l'échangeur de chaleur 4, qui est de préférence du type à contre courant, le condensat de fluide de refroidissement est ensuite refroidi bien en-dessous de la température effective de condensation en passant dans la soupape électro-magnétique d'étrangle- -ment 5 qui réduit la pression à une valeur appropriée pour ltévaporation, ledit fluide s'écoulant ensuite vers l'évapora- teur e où il se produit une évaporation avec réception de chaleur à partir d'un fluide transmettant de la chaleur et passant par l'évaporateur 6, ledit fluide étant constitué de préférence par la partie restante de l'air extérieur.A la sortie de l'é- vaporateur 6, le fluide de réfroîdissement sous forme de gaz est canalisé sous une faible pression jusqu'au côté d'admission du compresseur 1 où se produit une compression et une augmentation de température, ce qui boucle le circuit. Le chauffage de l'air extérieur introduit dans l'enceinte 15 s'effectue d'abord dans l'échangeur de chaleur 4 puis, après que l'air est arrivé dans l'enceinte 15 où se trouvent par exemple le compresseur 1 et le condenseur 2, dans cette enceinte 16 à l'aide~de la chaleur fournie respectivement par le compresseur 1 ou le condenseur . L'air extérieur ainsi chauffé est finalement déchargé par la sortie 17 de l'enceinte. Avec cette disposition, on assure un refroidissement effice du compresseur chaud, ce qui contribue à augmenter sa durée de service.Lorsqu'on désire au contraire obtenir de l'air extérieur froid sous-pression, le distributeur 7 est inversé de sorte que le condenseur est branché entre le côté- de réfoulement du compresseur 1 et la soupape électro-magnétique 5 tandis que 11 évaporateur est branché entre le récipient de fluide de refroidissement 3 et le côté d'admission du compresseur. L'appareil 2, qui fonctionnait précédemment comme un condenseur, sert maintenant d'évaporateur et il sera désigné ci-dessous par 2' alors que l'appareil 6, mentionné précédemment comme un évaporateur agit maintenant comme un condenseur et sera désigné dans la suite par 6'.Parmi les trois composants mentionnés en dernier, à savoir le condenseur, le compresseur et la soupape électro-magnétique détranglement, au moins deux sont disposés à l'intérieur de l'enceinte commune 15 qui recçoit comme précédemment un fluide en surpression qui a déjà passé par l'échangeur de chaleur 4 et qui a ainsi cédé sa chaleur au fluide de transport. L'enceinte 15 décharge maintenant à sa sortie 17 du fluide de circulation refroidi qui est sous-pression. Après cette inversion du distributeur 7, le trajet de circulation du fluide de transport de chaleur est le suivant. A partir du côté de refoulement du compresseur 1, le fluide de refroidissement chaud transformé en gaz passe sous une pression élevée dans le condenseur 6 où se produit une condensation, en cédant ainsi de la chaleur au fluide traversant le condenseur, ce fluide étant de préférence de l'air extérieur. A la sortie du condenseur 6', le fluide de refroidissement condensé passe ensuite par l'intermédiaire de la soupape de réduction de pression 5 dans l'échangeur de chaleur 4 qui fonctionne dans ce cas comme un évaporateur de sorte que le fluide de transport de chaleur reçoit de la chaleur provenant de l'air externe traversant l'échangeur de chaleur, ledit air étant ainsi refroidi.A la sortie de l'échangeur de chaleur 4, le fluide de transport de chaleur passe par l'intermédiaire du récipient 3 dans l'évaporateur 2' où il reçoit de la chaleur provenant du fluide de transfert de chaleur d'un système de chauffage, à savoir de l'air ou de l'eau. A la sortie de l'évaporateur 2', le fluide de refroidissement 3 transformé en gaz est renvoyé sous basse pression au côté dbimission du compresseur 1 où il se produit une augmentation de pression et de température. Ainsi le circuit du fluide de transport de chaleur est bouclé. Le refroidissement de l'air extérieur peut, dans ce mode de réalisation, ne pas s' effectuer avant l t échangeur de chaleur 4 puis par déplacement sur l'évaporateur 2'. Ce refroidissement total est contrebalancé si le compresseur de transmission de chaleur 1 est placé à l'intérieur de l'enceinte 15. L'air extérieur ainsi refroidi est placé sous pression et est finalement évacué par l'orifice de sortie 17 de l'enceinte 15 en vue d'être utilisé à des fins de refroidissement et de ventilation avec l'air extérieur. On va décrire dans la suite en détail le fonctionnement de ce dispositif de transmission de chaleur Le fluide de refroidissement 3 transformé en gaz sous basse pression est fourni au compresseur 1 par l'intermédiaire du conduit 12, 13 partant de l'évaporateur 6. Dans ce cas le distributeur 7 est réglé dans une position telle que d'un côté les conduits 12 et 13 soient en liaison directe l'un avec l'autre et que de l'autre côté les conduits 14 et 8 soient en liaison directe l'un avec l'autre. Le compresseur comprime le fluide de refroidissement en le refoulant de manière que du gaz à haute pression pénètre dans le conduit 8. Pendant son passage dans le condenseur 2, le fluide de refroidissement transmetrde la chaleur par exemple à l'air de chauffage passant dans l'enceinte 15.Le fluide de refroidissement condensé s'écoulé ensuite par l'intermédiaire du conduit 9, du récipient 3 et du conduit 10 vers l'échangeur de chaleur 4 fonctionnant maintenant comme un refroidisseur de condensat où le fluide de refroidissement est refroidi pendant la transmission de la chaleur à la fraction d'air extérieure provenant de l'espace 23 et traversant l'échangeur de chaleur. Le condensat refroidi est canalisé par l'intermédiaire du conduit 11 et de la soupape d'étranglement 5 vers 11 évaporateur 6 prévu dans le carter 18 où le fluide de refroidissement commence à bouillir en recevant de la chaleur de l'air extérieur traversant l'évaporateur 6, cet air présentant par conséquent une température réduite lorsqu'il est déchargé dans l'atmosphère par l'intermédiaire de l'orifice de sortie 24. A la sortie de l'évaporateur 6, le fluide de refroidissement gazeux est renvoyé au compresseur 1 puis le cycle de transmission de chaleur est répété. L'air extérieur introduit par l'intermédiaire de l'orifice 16 dans le carter 15 est par conséquent soumis d'a bord à un chauffage lorsqu'il passe dans l'échangeur de chaleur 4 puis lorsqu'il passe dans le condenseur 2, à conditions que celui-ci reçoive de l'air de chauffage. On obtiont également à la sortie du compresseur un transfert donné de chaleur à l'air se trouvant dans l'enceinte 15. L'air extérieur fourni de façon continue à l'enceinte 15 est par conséquent chauffé dans celuici et il se trouve également sous une sur-pression donnée de sorte que de l'air extérieur chauffé sort par l'orifice 17 et peut être utilisé pour assurer une ventilation en sur-préssion par exemple dans un bâtiment. La chaleur fournie par le condenseur 2 peut également être éventuellement utilisée pour chauffer de l'eau. Lorsque le dispositif représenté sur les dessins doit être utilisé en modifiant le réglage du distributeur 7 afin de fournir de l'air extérieur froid, le sens de circulation du fluide de transport de chaleur est opposé à celui indiqué sur le dessins et également l'échangeur de chaleur 2 fonctionne comme un évaporateur (indiqué en 2') tandis que ltéchangeur de chaleur 6 fonctionne comme un condenseur (indiqué dn 6'). L'échangeur de chaleur 4 fonctionne en ce cas également comme un évaporateur et il refroidit par conséquent l'air extérieur introduit par l'intermédiaire de l'orifice 16 et qui est ensuite encore refroidi par l'échangeur' de chaleur 2fonctionnant comme un évaporateur 2', à condition qu'il opère avec de l'air de chauffage de pièce. Pour refroidir-le compresseur, l'orifice de sortie 25 de l'échangeur de chaleur 4 peut être muni de façon appropriée d'un prolongateur 25' débouchant dans la zone située au-dessus du compresseur 1. La chaleur transmise par le compresseur 1, qui contrebalance le refroidissement dans toutes les circonstances, a une importance secondaire par comparaison au refroidissement de l'air qui est assuré dans l'enceinte 15 par les échangeur de chaleur 4 et 2'.Dans ce cas par conséquent on peut extraire de l'air extérieur froid par l'orifice de sortie 17 et l'utiliser à des fins de ventilation dans un bâtiment. Dans ce cas évidemment l'air extérieur 20' traversant l'échan- geur de chaleur 6 fonctionnant comme un condenseur 6', est chauffé, et non refroidi comme dans le mode ce réalisation pré cédemment décrit, avant de sortir du carter 18 par l'intermédiaire de son orifice de sortie 24. Le distributeur électromagnétique 7 est dans ce cas réglé de façon que les conduits F et 13 soient reliés entre eux, de morne que les conduits 14 et 12. La chaleur reçue par ltévaporateur 2' peut dans ce dernier cas être éventuellement fournie par de l'eau en vue d'assurer son refroidissement. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transmission de chaleur comportant un compresseur, un condenseur et un évaporateur, branchés dans un circuit fermé et dans lequel un fluide de transport de chaleur ou un fluide de refroidissement circulent, un échangeur de chaleur et une soupape d'étranglement étant branchés en série dans la partie du circuit qui est située entre le condenseur et l'évaporateur, caractérisé en ce qu'un conduit de dérivation partant d'un canal d'écoulement d'un fluide de circulation propulsé par un moyen--approprié, par exemple de l'air extérieur, est relié à l'échangeur de chaleur de manière que la partie dérivée du fluide de circulation passe dans 11 échangeur de chaleur afin d'échanger de la chaleur avec l'autre fluide traversant l'échangeur, le fluide mentionné en dernier constituant le fluide de transport de chaleur circulant dans le circuit, en ce que l'échangeur de chaleur est relié à la partie du circuit de dérivation qui est branchée entre un récipient de fluide de refroidissement et la soupape d'étranglement, au moins un des éléments constitués par le condenseur et l'évapo- rateur étant placé dans une enceinte hermétiquement fermée qui comporte une entrée d'écoulement de fluide dé circulation et une sortie d'écoulement du fluide dérivé, ledit fluide de circulation, qui a été chauffé par le condenseur ou refroidi par l'évaporateur, étant reçu en provenance dudit orifice de sortie. 2. Dispositif de transmission de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'évaporateur est branché entre la soupape d'étranglement et le côté d'admission du compresseur tandis que le condenseur est branché entre le côté de refoulement du compresseur et le récipient de fluidede refroidissement, au moins deux des trois composants mentionnés en dernier étant logés dans l'enceinte commune qui reçoit du fluide de circulation en surpression après que ledit fluide a traversé l'échangeur de chaleur et a ainsi reçu de la chaleur cédée par le fluide de transport de chaleur. 3. Dispositif de transmission de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le condenseur est branché au côté de refoulement du compresseur et la soupape d'étran également1 l'evaporateur étant branché entre le récipient de fluide de refroidissement et le côté d'admission du compresseur, au moins deux des composants mentionnéS en dernier étant enfermés dans l'enceinte qui reçoit un fluide en surpression qui a traversé l'échangeur de chaleur et qui a ainsi transmis de la chaleur au fluide de transport de chaleur. 4. Dispositif de transmission de chaleur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le canal d'écoulement comprend un carter contenant l'évaporateur et dans la partie d'entrée duquel une surpression est créée par le moyen de propulsion formé par un ventilateur, une dérivation étant agencée pour canaliser le fluide de circulation provenant de la partie d'entrée jusqu'à l'échangeur de chaleur dont la sortie de fluide de circulation est reliée à l'intérieur de l'enceinte commune par l'intermédiaire d1un canal, raccordé à la sortie de fluide de circulation, ledit canal débouchant autour du compresseur de manière que le fluide de circulation soit déchargé autour du compresseur pour le refroidir. 5. Dispositif de transmission de chaleur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le canal d'écoulement du fluide de circulation comprend un carter contenant le condenseur et dans la partie d'entrée duquel est créée une surpression à l'aide du moyen de propulsion qui est formé par un ventilateur, une dérivation étant prévue pour canaliser du fluide de circulation de la partie d'entrée vers l'échangeur de chaleur où ce fluide est refroidi. 6. Dispositif de transmission de chaleur suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la partie d'entrée est reliée respectivement à l'évaporateur ou au condenseur de manière que de la chaleur qui a été cédée ou reçue par ces composants, soit respectivement transmise à ou prise au fluide de transport de chaleur.