Brevet FR2304314A1 — publié le 19761015

La présente invention a pour objet un dispositif de récupération de la chaleur dégagée dans l'espace ambiant par les machines à laver la vaisselle industrielles, au moyen d'une pompe de chaleur. Le but de l'invention est de permettre d'adapter une pompe de chaleur, connue en elle-mme, aux conditions particulières d'une machine industrielle à laver la vaisselle ; de permettre de réaliser des dispositifs de régulation automatique, pour fournir à la machine la quantité de chaleur nécessaire, très variable selon l'état de marche (chauffage, pleine charge, charge partielle, etc.) et de permettre l'utilisation d'une telle pompe de chaleur méme lorsque l'espace disponible est très réduit. Le problème de l'adaptation de puissance a été résolu en régulant le débit du fluide de circulation de la pompe de chaleur au moyen d'une régulation composée de deux systèmes agissant tour à tour, et en réalisant une commutation électrique particulière correspondant à cette double régulation. On a résolu le problème de l'adaptation à des locaux exigus en disposant la pompe de chaleur sur la partie supérieure de la caisse de la machine ; pour obtenir un fonctionnement irréprochable et parvenir à éliminer les battements et vibrations, il y avait cependant à résoudre, notamment par une expérimentation poussée, toute une série de problèmes de détail qui tombent dans le domaine de l'invention. Ainsi, par exemple, pour éviter des vibrations indésirables, on a trouvé qu'il fallait disposer les axes longitudinaux du compresseur et du condenseur de la pompe de chaleur parallèlement à l'axe longitudinal du carter de la pompe de chaleur, en les plaçant côte à côte dans le sens transversal. Sur le plan fonctionnel, on a obtenu les meilleurs résultats en réalisant la circulation du flux de mélange air-vapeur d'eau à travers ltévapora- teur de la pompe de chaleur dans le sens horizontal, parallèlement à l'axe longitudinal, et en disposant le ventilateur de telle sorte que son refoulement soit vertical, dirigé vers le haut, et que son aspiration débouche horizontalement d'une chambre d'aspiration, ceci parmi d'autres dispositions de détail. L'agencement de la pompe de chaleur sur la partie supérieure de la caisse de la machine, outre les avantages propres à ce mode de construction, permet une installation commode des conduits d'air, qui peuvent être disposés immédiatement au-dessus de la caisse, en débordant d'une certaine distance du côté de l'entrée et de la sortie de la machine à laver la vaisselle. Des fentes d'entrée d'air sont ménagées dans la partie inférieure des faces du carter de la pompe de chaleur pour correspondre aux conduits d'air mentionnés ci-dessus. Ceci permet en outre, lorsqu'on monte au moins deux pompes de chaleur sur la machine à laver la vaisselle, de disposer ces pompes côte à côte de façon contiguë ou de les raccorder les unes aux autres par l'intermédiaire d'un conduit de liaison pour la circulation de l'air. De la sorte, pour adapter ta puissance, par exemple pour un fonctionnement à mi- charge on pt commodément mettre hors circuit une pompe de chaleur, tout en assurant, avec au moins une autre pompe de chaleur en fonctionnement, l'aspiration de la vapeur d'eau aux deux extrémités de la machine. Dans ce cas la vapeur d'eau aspirée se condense en quantité réduite puisque la machine fonctionne à mi-charge. Le dégagement de vapeur par la machine à laver la vaisselle n'est pas identique du côtè-de l'entréeet du côté de la sortie. Il est plus réduit dn côté de l'errée et s'y produit à des températures plus basses. Par suite, on doit veiler à ce que les pompes de chaleur aspirent le mélange air-vapeur davantage du côté de la sortie. C'est pourquoi, conformément à l'invention, il est prévu des dispositifs de régulation à l'emplacement des ouvertures d'aspiration des conduits d'air. Un autre problème à résoudre consistait à concevoir une réalisation unique de pompe de chaleur, qui n'ait pas besoin d'être modifiée pour s'adapter à un changement du sens de passage de la vaisselle dans la machine, suivant les conditions locales. Cependant, la structure prévue tient compte du fonctionnement habituel de la machine de la droite vers la gauche. À cet effet, conformément à l'invention, les dimensions de l'évaporateur sont inférieures à la section du carter de la pompe de chaleur, de sorte que le mélange air-vapeur puisse être aspiré par l'entrée de l'éporateur écartée de la face d'arrivée. Selon une autre caractéristique de l'invention, la pompe qui fait passer liteau du réservoir dans le condenseur de la pompe de chaleur est disposée au voisinage immédiat du réservoir, et les conduits reliant la pompe de chaleur à la pompe de circulation et au réservoir passent à l'intérieur du carter de la machine. Pour faciliter l'entretien de la pompe de chaleur, l'invention prévoit que toutes les parois du carter de la pompe de chaleur sont montées de façon à pouvoir être déposées facilement seule une étroite partie centrale, qui porte les appareils de contrôle, est fixée à demeure au fond du carter. Dans le même but de faciliter l'entretien de la machine à laver la vaisselle, normalement munie de portes coulissantes de nettoyage s'ouvrant verticalement, le carter de la pompe de chaleur et les conduits d'air sont disposés légèrement en retrait par rapport à la façade de la machine D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description d'un mode de réalisation préféré, donné ci-après à titre d'exemple non limitatif du dispositif de récupération de la chaleur, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels - La figure 1 représente une vue schématique d'une machine à laver la vaisselle comportant un dispositif de récupération de la chaleur conforme à l'invention ; ce dispositif, ainsi que les conduits d'air associés sont hachurés. - La figure 2 représente schématiquement une autre réalisation de l'invention comportant deux pompes de chaleur disposées côte à côte sur une machine à laver la vaisselle. - La figure 3 représente schématiquement une autre réalisation de l'invention comportant deux pompes de chaleur associées par un court conduit d'air de liaison. - La figure 4 est une coupe longitudinale de la pompe de chaleur de la figure 1. - La figure 5 est une coupe transversale de la même pompe de chaleur. - La figure 6 représente le schéma de circulation du fluide de la pompe de chaleur. - La figure 7 est un schéma électrique simplifié correspondant à la figure 6, et comportant seulement les appareils indispensables à la compréhension de l'invention. Dans les modes de représentation schématique des figures 1 à 3, la pompe de chaleur 1 comporte un conduit d'entrée d'air 2 et un conduit de sortie d'air 3. Ta pompe 1 est montée sur une machine à laver la vaisselle 41 comportant une piste d'amenée de la vaisselle 5 et une piste d'évacuation de la vaisselle 6. Dans le cas du montage de la figure 3, les deux pompes : sont associées par un conduit d'air de liaison 7. Essentiellement (figures 4, 5, 6) la pompe de chaleur comporte un compresseur 11, un évaporateur 12, un condenseur 13 et un condenseur auxiliaire 14, jouant à la fois le rôle dlaccumulate; également un ventilateur 16 qui aspire le mélange airvapeur par les conduits d'air 2, 3, 7, à travers des lumières d'arrivée d'air 21, 31, pour conduire ce mélange jusqu'd l'entrée de l'évaporateur 12. Dans l'évaporateur 12, le mélange air-vapeur est refroidi ; la vapeur se condense et l'air refroidi et humidifie est évacué à l'air libre par l'ouverture supérieure 19. Comme ltou verture d'évacuation 19 est dirigée vers le haut, les utilisateurs de la machine à laver la vaisselle ne sont pas incommodés par 1 air ainsi rejeté, et en même temps, l'air froid se répartit de façon régulière dans tout le local. La chambre 18 d1aspiration de l'air permet une répartition régulière du flux d'air à travers l'évaporateur 12, ainsi que la séparation des gouttelettes d'eau éventuellement entranées. Les conduits d'air 2 et 3 sont ouverts par dessous dans la partie qui dépasse le carter de la machine, de sorte que le ventilateur 16 aspire directement la vapeur qui sort de l'ouverture 41 à l'entrée de la machine ou de l'ouverture 42 à la sortie de la machine. Pour que la quantité de vapeur aspirée soit adaptée à la quantité produite, différente à l'entrée et à la sortie de la machine, les aspirations des conduits d'air sont munies d'organes de régulation tels que des vannes ou clapets (non représentés). La chaleur soustraite au mélange air-vapeur dans ltévapo- rateur 12 est transférée au condenseur 13 et au condenseur auxiliaire 14. Mee pompe de circulation d'eau (non représentée) placée dans la machine, amène liteau du réservoir de lavage dans le condenseur par l'intermédiaire du tuyau d'arrivée 131. L'eau réchauffée revient alors vers le réservoir, par l'intermédiaire du tuyau de retour 132. De condenseur auxiliaire 14, qui est à la fois accumulateur et sousrefroidisseur, assure un réchauffage de l'eau franche nécessaire au rinçage. Cette eau parvient au condenseur auxiliaire 14 par le tuyau d'arrivée 141 et repart vers le préparateur d'eau chaude par le tuyau de retour 142. Les conduites 131, 132 d'eau de lavage et les conduites 141, 142 d'eau franche, à la sortie de l'enceinte de la pompe de chaleur, se prolongent à l'intérieur de la machine à laver la vaisselle (de façon invisible de l'extérieur). Le carter 17 de la pompe de chaleur comporte des parois démontables 171 et une partie centrale 172 qui est montée à demeure sur le fond 174 où sont logés les appareils de contrôle 173. Comme le montre la figure 5, le carter 17 de la pompe de chaleur et les conduits d'air 2, 3 et 7 sont disposés en retrait par rapport à la face avant de la machine, de manière à permettre ltouverture verticale de la porte de nettoyage 43. Le fluide de travail de la pompe de chaleur (par exemple du difluorodichlorométhane), comprimé à l'aide du compresseur 11, est envoyé dans le condenseur 13 qui fournit à l'eau du réservoir de la machine la chaleur de condensation et la chaleur de compression. Le condenseur auxiliaire 14, à la fois accumulateur et refroidisseur, est placé dans le circuit du fluide de travail après le condenseur, et fournit à liteau de rinçage à préchauffer une partie de la chaleur de condensation et toute la chaleur de refroidissement. Le fluide de travail traverse alors un détendede réglage, et parvient à l'évaporateur 12 où il est détendu à la pression de vaporisation. Ainsi vaporisé, le fluide de travail soustrait au mélange air-vapeur issu de la machine la chaleur nécessaire à sa vaporisation.Le fluide de travail se trouve ensuite aspiré sous forme de vapeur par le compresseur 11, à travers un conduit d'aspiration et le processus de circulation déjà décrit recommence. Conformément à l'invention, le dispositif de réglage placé dans le circuit du fluide de travail comprend, non pas un détendeur unique, mais deux détendeurs montés en parallèle et associés à des organes d'arrêt. L'un des organes de réglage se présente sous la forme d'un clapet détendeur 113, qui est asservi à la température de surchauffe dans la conduite d'aspiration, pour autoriser le fonctionnement total de l'évaporateur 12. Une soupape d'arrêt électromagnétique 116 est associée au détendeur 113. Un détendeur automatique 114 est disposé dans la conduite placée en dérivation sur le premier organe de réglage 113.Lorsqu'vil est en fonctionnement, le détendeur 114 maintient dans l'évaporateur 12 une pression de vaporisation prédéterminée et donc une température de vaporisation prédéterminée La soupape d'arr8t électromagnétique 115 est associée au détendeur automatique 114. Si la soupape d'arrêt 116 s'ouvre, alors que la soupape d'arrêt 115 reste fermée, le détendeur 115 à commande thermique autorise la température de vaporisation la plus élevée possible, et donc la puissance la plus élevée possible pour la pompe de chaleur. il se peut cependant que la machine à laver la vaisselle retire trop peu de chaleur, par exemple si elle fonctionne à demicharge. Par suite la température de l'eau du réservoir de lavage, et par là mdme la pression de condensation de la pompe de chaleur, s'élèvent de façon excessive. il faut donc réduire la puissance de la pompe de chaleur, car il n'est pas possible d'arrêter cette dernière pendant le cycle de lavage. Ceci est réalisé au moyen d'un thermostat qui commande la fermeture de la soupape d'arrêt 116, tout en commandant simultanément au moyen d'un contact auxiliaire l'ouverture de la soupape d'arrêt 115. Le fluide de travail circule alors en direction de l'évaporateur, en passant par le détendeur automatique 114 qui réduit la puissance de la pompe de chaleur. Ainsi, bien que la machine continue de fonctionner le condenseur 13 ne risque pas de subir des pressions indésirables.Dès que la température de l'eau du réservoir et la température de condensation baissent à nouveau, la soupape 116, commandée par le thermostat, s'ouvre. La soupape d'arrêt 115 se ferme simultanément, de sorte que la pompe de chaleur fonctionne de nouveau à pleine puissance. En pleine charge, la chaleur mise en jeu dans une telle pompe de chaleur provient pour environ 22,5% d'équivalent en chaleur compresseur et des moyens d'entrainement auxiliaires, pour environ 55% de la chaleur de vaporisation du fluide de travail , et pour environ 22,5 de la chaleur de refroidissement du fluide de travail. Lorsque la machine fonctionne en charge réduite, le besoin eau de rinçage est également réduit. il s 1ensuit que la chaleur de refroidissement diminue automatiquement. La chaleur de vaporisation et l'équivalent thermique du travail du compresseur diminuent aussi, Car l'action de l'évaporateur 12 est réduite par le détendeur automatique 114.On parvient de cette manière à réduire la puissance de la pompe de chaleur de plus de 50%. On va maintenant exposer les divers cas de fonctionnement de la machine à laver la vaisselle, en référence à la figure 7. Le moteur du compresseur Il est mis en circuit directement ou indirectement à l'aide d'un commutateur principal 117 commandé à distance. Pour la commutation indirecte, qui est préférable, un capteur de pression est intercalé dans la conduite d'aspiration du circuit du fluide de travail, pour commander la mise en marche et l'air du moteur du compresseur 11. Dès que l'une des deux soupapes d'arrêt 115 ou 116 s'ouvre, la pression croit dans l'évaporateur 12 et par suite dans la conduite d'aspiration du compresseur. Le pressostat 111 ferme le circuit de commande électrique, et la machine se met en marche. Si les deux soupapes d'arrêt sont fermées, le moteur du compresseur Il se met d'abord en route, puis s'arrête dès que le pressostat 111 ouvre le circuit électrique. Les soupapes d'arrêt 115 et 116 sont commandées par le thermostat commun 112, selon l'état de fonctionnement. Lors du cycle de chauffage de la machine, le circuit de commande électrique est fermé au moyen de l'interrupteur 411. Cet interrupteur est par exemple un interrupteur manuel portant la désignation : "CRAUFFAGR", ou encore le contacteur d'un régulateur de niveau de l'eau du réservoir de lavage, qui ferme le circuit électrique lorsque le réservoir de la machine à laver la vaisselle a reçu la quantité d'eau requise. Si l'eau du réservoir de lavage est encore trop froide, le thermostat 112 maintient fermé le circuit de commande électrique, et le courant passe dans la bobine de llelecs tro-aimant de commande de la soupape d'arrê 116. Ceci entrain l'ouverture de la soupape et permet à la pression d'augmenter dans l'évaporateur 12.Le pressostat est alors sensible à l'augmentation de pression, et ferme le circuit électrique par l'intermédiaire d commutateur de sécurité 117, mettant en route le moteur du compresseur Il. Dans l'état de marche "CEAUFFAGE" lorsque l'eau du réservoir de lavage atteint la température requise, le thermostat 112 ouvre le circuit électrique. La soupape électromagnétique 116 se referme, et le compresseur il continue de fonctionner jusqu1 que la pression ait atteint la valeur critique du pressostat 111 qui commande l'arrêt du compresseur. Cette alternance de marche et d'arrêt du compresseur permet de maintenir après le cycle de chauffage la température de l'eau du réservoir à la valeur déeie aussi longtemps que l'on veut en attendant le début du cycle de lavage.Naturellement, on obtiendrait le même résultat si le thermostat 112 commandait directement la fermeture du circuit élec- trique dans le commutateur de sécurité 117. La commutation indirecte, par l'intermédiaire du pressostat 111, apporte cependant un certain nombre d'avantages, en évitant par exemple la condensation du fluide de travail dans le carter du compresseur 11 pendant un arrêt prolongé. Dans l'état de marche "IAVAG3", c'est-à-dire lorsque les pompes d'eau de lavage de la machine à laver la vaisselle sont mises en circuit, les mises en marche et arrêts successifs du compresseur pour réguler la température de l'eau du réservoir ne sont plus possibles. Dans ce cas, lorsque la température matimale permise pour 11 eau du réservoir est atteinte, il faut réduire de façon énergique la puissance de la pompe de chaleur. La mise en circuit des pompes de lavage est accompagnée de la fermeture de l'interrupteur 412. Lorsque le thermostat 112 coupe le courant de commande de la soupape d'arrêt 116, le circuit de commande de la soupape d'arrêt 115 est fermé simultanément par l'intermédiaire du contact auxiliaire.Celui-ci peut aussi être un contact auxiliaire commandé à distance, ou analogue. ainsi, le fluide de travail de la pompe de chaleur s'écoule vers l'évaporateur 12, non plus par l'intermédiaire du clapet-détendeur 113 à commande thermostatique, mais par l'intermédiaire du détendeur automatique 114 (organe de régulation) qui provoque un étranglement bien plus fort. Dès que la température de liteau du réservoir diminue de nouveau, par suite de la forte réduction de puissance de la pompe de chaleur, le thermostat 112 ferme le circuit de commande de la soupape d'arrêt 116. En même temps, le contact auxiliaire placé dans le circuit de commande de la soupape d'arrêt 115 s'ouvre, entraînant la fermeture de cette soupape 115 et le fonctionnement de la pompe de chaleur de nouveau à pleine puissance, avec une régulation par le détendeur thermostatique 113. Comme on le voit, l'invention permet de réaliser, sous une forme intéressante et sans encombrement complémentaire, une machine industrielle à laver la vaisselle de rendement optimum quant à la récupération de la chaleur dégagée dans la machine. Cette machine possède en outre un dispositif de régulation automatique pour tous les états de marche de la machine : chauffage, maintien de la température, lavage avec maintien de la température, attente. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qu'on vient de décrire à titre d'exemple, et on peut y apporter de nombreuses variantes sans sortir du domaine de l'invention. REVENDICAtIONS 1. Dispositif de récupération de la chaleur au moyen d'une pompe de chaleur pour machine à laver la vaisselle, ce dispositif prenant à l'air ambiant la chaleur dégagée par la machine à laver la vaisselle, condensant la vapeur d'eau issue de la machine pour en récupérer la chaleur d'évaporation et restituant la chaleur ainsi récupérée à l'eau de lavage et à l'eau de rinçage de la machine, caractérisé en ce que la pompe de chaleur est réalisée en un bloc compact logé dans un carter, et disposée à la partie supérieure de la machine. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condenseur de la pompe de chaleur et le compresseur ont leurs axes longitudinaux disposés parallèlement à l'axe longitudinal du carter de la pompe de chaleur, les organes précités étant placés l'un à la suite de l'autre dans le sens transversal. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'évaporateur de la pompe de chaleur est traversé horizontalement par le flux du mélange air-vapeur d'eau, dans un sens parallèle à l'axe longitudinal du carter de la pompe de chaleur. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'évaporateur occupe seulement une partie de la place disponible dans la section du carter de la pompe de chaleur. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ventilateur est associé à une chambre d'aspiration de manière à aspirer l'air de la chambre d'aspiration suivant une direction horizontale et à refouler cet -air vers le haut suivant une direction verticale. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une entrée d'air ménagée à la partie inférieure de chaque face frontale du carter de la pompe de chaleur. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des conduits d'air disposés immédiatement au-dessus du carter de la machine à laver la vaisselle. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les faces avant du carter de la pompe de chaleur et les conduits d'air sont disposés de façon à correspondre à la façade de la machine à laver la vaisselle et légèrement en retrait de cette façade. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de régulation de la quantité d'air disposé à l'aspiration de chacun des conduits d'air. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux pompes de chaleur, les carters des pompes de chaleur étant reliés les uns aux autres pour la circulation de 11 air, soit de façon directe, les carters étant placés les uns à côté des autres de façon contiguë, soit par l'intermédiaire d'un conduit d'air de liaison. 11. Dispositif conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que les carters des pompes sont placés côte à côte de manière contiguë et communiquent directement. 12. Dispositif selon l'une des revendications I à 11, caractérisé en ce que la pompe de circulation de Liteau du réservoir de lavage est placée dans la machine, les tuyauteries reliant la pompe de chaleur à la pompe de circulation et au réservoir de la machine passant à l'intérieur du carter de la machine. 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les parois du carter de la pompe de chaleur sont montées de façon à pouvoir être facilement déposées, seule une étroite partie centrale qui porte les appareils de contrôle, étant fixée à demeure sur le fond du carter. 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte dans le circuit de la pompe de chaleur deux organes de régulation montés en parallèle, et associés chacun à une soupape d'arrêt montée en série, l'un des organes de régulation étant commandé par un thermostat suivant l'état de l'évaporateur, l'autre organe de régulation étant asservi à un capteur de pression pour maintenir automatiquement une pression d'évaporation déterminée, et en ce que les organes de régulation précités sont associés à des soupapes d'arrêt, pour pouvoir être sélectivement mis en action. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les soupapes d'arrtt sont commandées par un thermostat qui actionne sélectivement les soupapes d'arrêt selon un programme de marche de la machine. 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les deux soupapes d'arrêt sont commandées par un thermostat commun. 17. Dispositif selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que dans un programme de "CEÀUFÀGE" seule la soupape d'arrêt associée à l'organe de régulation thermostatique est ouverte, la soupape précitée se refermant lorsqu'une tmpétuc de chauffage prédéterminée est atteinte. 18. Dispositif conforme à la revendication 17, caractèrije en ce que la soupape d'art est asservie à l'organe de réglage thermostatique, de manière à s'ouvrir ou à se fermer selon la différence de température détectée par le thermostat à la fin de la période de chauffage, le thermostat agissant en outre sur un interrupteur pour mettre en marche ou arrêter le moteur du compresseur de la pompe de chaleur. 19. Dispositif conforme à la revendication 18, caractdrisS en ce que l'asservissement du moteur du compresseur à la soupape d'arrêt commandée par le thermostat s'effectue indirectement, par l'intermédiaire d'un détecteur de pression sensible à la pression d'admission au compresseur. 20. Dispositif conforme à l'une des revendications 13 à 19, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour permettre au thermostat en position de lavage de fermer la soupape d'arrêt associée si la température de l'eau du réservoir dépasse la température de consigne, et d'ouvrir la soupape d'arrêt associée à l'organe de régulation automatique, le compresseur restant en marche.