Brevet FR2309806A1 — publié le 19761126

La présente invention concerne le conditionnement de lo caux, notamment de locaux d'habitation et elle a trait plus par ticulièrement encore au chauffage desdits locaux. L'invention concerne plus précisément encore un disposi tif connu sous le nom de pompe à chaleur, par lequel il est possible d'utiliser un fluide froid comme source de calories, par exemple l'air atmosphérique, l'eau d'un lac ou d'une rivière, ou aRune autre source. On connatt déjà des dispositifs de cette nature, mais pour que leur rendement soit satisfaisant, il est nécessaire qu'@@ @@@ @@@@@@nt suivant le cycle dit à compression qui permet de multiplier sensiblement par trois la quantité d'énergie calo critique q1il est possible d'obtenir à partir de l'énergie mécanique consommée par le compresseur. Jusqu'à présent, cependant, ces dispositifs n'ont pas trouvé beaucoup d'applications pratiques car leur rendement thermique global ne dépasse pas sensiblement celui d'une instal lation de chauffage bruyant directement un combustible liquide. La présente intention crée un nouveau dispositif permettant d'obtenir des rendements énergétiques particulièrement satisfaisants. Conformément à l'invention, le dispositif comporte un mo tueur thermique entratnant un compresseur d'une pompe à chaleur fonctionnant suivant le cycle à compression, moteur dont le circuit de refroidissement est relié au circuit de chauffage d'une seconde pompe à chaleur du type à absorption, au moins les condenseurs desdites deux pompes étant utilises pour le chauffage d'un fluide calorifère, tandis que les évaporateurs desdites pompes à chaleur forment extracteur de calories d'un milieu ambiant. Diverses attires caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. La fig. 1 est un schéma synoptique illustrant l'invention. La fig. 2 est un schéma d'un mode de réalisation le l'in- vention dans son application au chauffage d'un fluide calorifère liquide. Le dispositif de l'invention comporte ur moteur thermique M. Ce moteur entraîne un compresseur C d'une pompe à chaleur P1 dont C1 désigne le condenseur et E1 l'évaporateur. Le moteur M peut être indifféremment un moteur Diesel, un moteur à gaz ou à essence ou fonctionnant à partir d'un autre combustible. Le circuit de refroidissement R du moteur M et le circuit d'échappement e dudit moteur M sont branchés sur le bouilleur ou autre générateur B d'une pompe à chaleur P2 du type à absorption dont C2 désigne le condenseur et E2 l'é- vaporateur. Les évaporateurs E1, E2 des pompes à chaleur P1, P2 sont disposés en relation avec une source de chaleur exté- rieure, par exemple l'air atmosphérique ou une rivière ou autre source.Au contraire, les condenseurs C1 et C2 sont tous deux disposés dans une enceinte E qui peut être un local quelconque, par exemple le générateur de chaleur d'une installation de chauffage à air pulsé d'un immeuble. flans ce cas, il est avantageux que l'enceinte E contienne également tous les organes constitutifs des pompes à chaleur P1 et P2, à l'exception des évaporateurs E1, E2 de sorte que toutes les calories dégagées par le moteur et non récupérées par le circuit de refroidissement R , de même que les calories dégagées par le compresseur C ainsi que celles du bouilleur B du circuit à absorption soient récupérées dans l'enceinte E. Dans un dispositif comme celui décrit ci-dessus, les pompes à chaleur P1 et P2 peuvent être réalisées -de différentes façons, tout particulièrement en ce qui concerne la pompe P2 du type à absorption,puisque pratiquement toutes les dispositions connues dans la technique de la réfrigération peuvent autre mises en oeuvre pour réaliser lesdites pompes P1 et P2. A titre d'exemple, la fig. 2 montre une réalisation dans laquelle les pompes P1 et P2 sont mises en oeuvre en lieu et place d'une chaudière de chauffage central d'un local. La pompe P1 du type à compression est constituée par un circuit contenant un fluide dit rrigorioène, par exemple le dichloro-difluo rométhine, connu sous la marque fréon, qui est comprimé dans le dit compresseur C et envoyé dans le condenseur C1 à la sortie duquel il ett détendu dans un détendeur D. Le fluide détendu parcourt ensuite l'évaporateur E avant d'être amené de nouveau , l'admission du compresseur C1.Le condenseur C1 est, dans ce cas, constitué par un échangeur à double circuit, le premier circuit étant parcouru par le fluide frigorigène et le second, désigné par 1, l'étant par l'eau du réseau de cheutfa- ge central dont 2 désigne les radiateurs et 3 une pompe de circulation. Le circuit de refroidissement R du moteur M comporte avantageusement une pompe 4 pour mettre en circulation le liquide, par exemple de l'eau, dans des chemises de refroidissemelnt 5 du compresseur C, dans des chemises de refroidissement 5 du moteur et dans un conduit 7 d'un échangeur H1 qui comporte un second circuit 7a dont la sortie est reliée au bouilleur B. L'échappement e du moteur est aussi relié par un serpentin, tel que 8, au bouilleur B, les gaz étant ensuite évacués par un tuyau 8a. La sortie du bouilleur B est reliée à l'entrée du condenseur C2 dont la sortie mène à un réservoir de liquide 9. Le liquide est ensuite conduit par le circuit 10 d'un échangeur H2 à l'entrée de l'évaporateur E2 après détente dans un détendeur D1. La sortie de l'évaporateur E2 est reliée au second circuit 10a de l'échangeur H2, second circuit qui mène à l'entrée d'un absorbeur À relié, par ailleurs, de façon connue en soit à la base du bouilleur B par une conduite 11. L'absorbeur A est, par ailleurs, relié au moyen d'une conduite 12 à partir de sa partie basse, au circuit 13 d'un échangeur H3 dont le circuit 13a se trouve en série avec la conduite 11 munie éventuellement d'un détendeur D2. Le circuit 13 mène au circuit 7a de l'échangeur H1. Une pompe de circulation 14 est avantageusement reliée en série avec la conduite 12. Le réseau de chauffage central comporte un circuit la passant, comme montré en l'a, dans l'absorbeur A et ensuite, comme montré en Iffa, dans le condenseur C2 de la pompe P2. Il est, en effet, avantageux que la circulation se fasse tout d'abord dans le circuit 1'a car la température dans l'absorbeur est généralement plus basse que dans le condenseur C2. Il est, par ailleurs, avantageux que les circuits 1, d'une part, et la , d'autre part, soient disposés en parallèle comme représenté car la quantité de chaleur produite par les deux pompes à chaleur P1 et P2 est du même ordre de grandeur, étant donné que la pompe P1 du type à compression présente des performances moyennes no-tablezent supérieures à la pompe P2 du type à absorption, mais que l'énergie mécanique fournie par le moteur M est plus faible que l'énergie dissipe e en chaleur par ce moteur. flans la pratique, l'énergie mécanique du moteur M, si celui-ci est à gaz, peut atteindre environ 25 % de l'énergie qu'il consomme, les 75 t restants étant dissipés en chaleur et étant réutilisés par la pomme P2 dot l'efficacité est cependant seulement de l'ordre de 1,5 tandis qu'elle est de l'ordre de 3 pour la pompe P1 à compression. L? réalisation décrite ci-dessus de la pompe P2 correspond à celle d ' d'une pompe - chaleur à absorption dont le fluide de circulation est constitué par une solution ammioniacale contenue dans le bouilleur et dans l'absorbeur. On voit eue la chaleur dissipée par le moteur chauffe la solution ammoniacale du bouilleur, de sorte que du gaz ammoniac est conduit au condenseur C1 où il est condensé et reçu dans le réservoir S servant à l'alimentation de l'évaporateur E2 après un prérefroi- dissement dans l'échangeur H2 puisque le circuit 10a est parcouru par le Gaz ammoniac sortant dudit évaporateur.Le gaz ammoniac est ensuite amené dans l'absorbeur A où il est dissous dans l'eau qui est refroidie par le circuit 1'a du réseau de chauffage central en favorisant ainsi l'absorption du gaz ammoniac. La solution riche et froide d'ammoniaque est amenée par la conduite 12 et la pompe 14 à l'échangeur H3 et cette solution est à ce moment préchauffée par la solution pauvre venant du fond du bouilleur et circulant par le circuit 13a et la conduite 11 pour faire retour à l'absorbeur A. La solution riche préchauffée dans le circuit 13 est ensuite chauffée dans le circuit 7a de l'échangeur H1, c'està-dire par le circuit de refroidissement R du moteur. Cette solution rive ainsi déjà très chaude, par exemple au voisinage de le tempér@ture d'ébullition, dans le bouilleur B dans lequel le gaz ammoniac est ensuite vaporisé par l'énergie dégagée par le circuit d'échappement e. Différents essais furent effectués en utilisant tout d'abord un moteur à pistons alimenté en gaz de ville, puis un moteur Diesel et les résultants suivants furent obtenus : EXEMPLE 1 Pompe à chaleur P1 Pompe à chaleur P2 Rapport Part des Energie obtenue Moteur diffé à gaz rentes Energie Chaleur Energie Chaleur Energie fournie énergies reçue fournie reçue fournie Energie mécani que 25 23 % 66 % 2 % 3 % Eau de refroidisse ment 37,5 % - - 37,5 % 56,2 % Gaz d'é chappe ment 32,5 % - - 21,7 % 32,5 % Pertes diver ses 5 % - - - Total 100 % 23 % 66 % 61,2 % 91,7 % 157,7 % EXEMPLE 2 Pompe à chaleur B Pompe à chaleur P2 Rapport Part des Energie obtenue Moteur diffé rentes Energie Chaleur Enerigie Chaleur Energie fournie Diesel é@ergies r@@@e four@ie r@@@e four@@e énergie@ reçue fournie reçue fournie nergie mécani que 37 % 35 % 105 % 2 % 3 % au de refroi disse ment 35 % - - 35 % 52,5 % Gaz d'é chape ment 5 - - 15,3% 23 % Pertes diver ses 5 % - Total 100 % 35 % 105 % 52,3 % 78,5 % 183,5 % Dans les tableaux ci-dessus, l'énergie mécanique signifie, d'une part, l'énergie mécanique sur l'arbre du moteur M qui est de 25 % dans l'exemple 1 et de 37 % dans l'exemple 2 et, d'autre part, l'énergie mécanique absorbée par la pompe de cir culation 14 et récupérée sous forte de chaleur; eau de refroi dissent : la quantité de chaleur absorbée par le circuit de refroidissement R ; gaz d'échappement : la quantité de chaleur récupérée à partir des gaz d'échappement. Les tableaux ci-dessus montrent que l'efficacité du dispositif de l'invention est d'autant meilleure que le moteur utilisé fournit, en pourcentage7 une plus grande énergie mécanique. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation, représenté et décrit en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, une installntion de chauffage fonctionnant comme décrit dans ce qui précède, tant en référence à la fig. 1 qu'à la fig. 2,peut aisément être utilisée comme installation de conditionnement d'air, c'est-à-dire de refroidissement de l'air d'un local pendant la saison chaude. En effet, dans l'exemple de la fig. 1, il suffit d'isoler l'enceinte E en deux compartiments et dtinver- ser le sens de circulation du fluide frigorigene dans la pompe à chaleur P1 pour que le condenseur C1 travaille alors en tant qu'évaporateur. Dans la réalisation de la fig. 2, il suffit de prévoir un circuit de by-passage permettant d'isoler les circuits 1 et 1a normalement en parallèle et de faire travailler la pompe à chaleur P1 en sens opposé. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de pompe à chaleur pour le conditionnement notamment le chauffage de locaux, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur thermique entrainant un compresseur d'une pompe à chaleur fonctionnant suivant le cycle à compression moteur dont le circuit de refroidissement est relié au circuit de chauffage d'une seconde pompe à chaleur du type à absorption, au moins les condenseurs desdites deux pompes étant utillsés pour le chauffage d'un fluide calorifère, tandis que les évaporateurs desdites pompes à chaleur forment extracteurs de calories d'un milieu ambiant. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les gaz d'échappement du moteur thermique sont conduits dans un échangeur de chauffage du bouilleur de la seconde pompe à chaleur fonctionnant suivant le cycle à absorption. 3 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans l'application au chauffage tant le moteur thermique que tous les organes des deux pompes à chaleur à l'exception de leurs évaporateurs et du conduit de gaz d'échappement dudit moteur sont disposés dans une enceinte de chauffage du fluide calorifère. 4 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, ca caractérisé en ce que le fluide calorifère est indifféremment l'air d'un circuit à air pulsé ou l'eau d'un réseau de chauffage central. 5 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, lorsque le fluide calorifère est liquide, il est amené à passer dans l'absorbeur de la pompe à chaleur fonctionnant suivant le cycle à absorption. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, ca caractérisé en ce que le circuit de refroidissement du moteur est du type à eau et assure le chauffage du fluide de circulation de la pompe fonctionnant suivant le cycle à absorption avant que ce fluide entre daffl le boulbur proprement dit, ledit bouilleur tant ensuite chauffé par les eaz d'échappement du moteur. 7 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, ca caractérisé en ce que le circuit de refroidisserent du moteur est prévu pour refroidir égalenent le compresseur de la pompe à chaleur fonctionnant suivant ne cycle à compression. 8 - Dispositif suiv - - l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'au @oins la pompe à chaleur fonctionnant suivant le cycle 4 compression est prévue pour fonctionner indiffé rem@@@t en tant @ue circuit de chauffage ou de refroidissement.