Brevet FR2309805A1 — publié le 19761126

La présente invention concerne le chaufferie de locaux et enceintes diverses mais plus particulièrement de locaux d'habitation. On connaît de longue date des pompes à chaleur utilisant un fluide condensable amené à basse température en relation ther moque avec un fluide de chauffage tel que l'air atmosphéri ue orl I' eau d1une rivière, d'un lac, d'une piscine ou d'une autre source pour que ce fluide soit réchauffé, les calories qu'il emma- gasine étant ensuite récupérées au niveau d'un condenseur d'un circuit fonctionnant suivant le cycle à compression ou suivant le cycle à absorption. On sait que dans les circuits de cette sorte connus sous le nom de poupes à chaleur, il est possible de récupérer une énergie calorifique qui peut titre trois fois supérieure à celle nécessaire à l'entraînement du compresseur d'un circuit à copression ou environ une fois et demie supérieure à celle qu'il est nécessaire de développer pour faire fonctionner le bouilleur ou autre générateut d'un circuit à absorption. La présente invention crée un nouveau procédé dans lequel on augmente encore très sensiblement l'efficacité d'un circuit de pompe à chaleur, de sorte qu'il devient possible de chauffer des locaux de façon beaucoup plus économique que jusqu'à présent. Conformément à l'invention, le procédé pour le chauffage de locaux mettant en oeuvre un circuit du type pompe à chaleur dans lequel un fluide volatil détendu est réchauffé par un milieu extérieur, air ou eau, puis chauffé par un dispositif de mise en circulation le conduisant dans un condenseur dans lequel ledit fluide cède ses calories et est condensé, est caractérisé en ce qu'on fait circuler un fluide calorifère, d'une part, à travers le condenseur et, d'autre ?rt, en relation avec le dispositif mettant ledit fluide volatil er circulation, de sorte que la quantité de chaleur dégazée par ledit dispositif est ajoutée à celle dégagée par leit condenseur et vient ainsi en addition à la quantité de chaleur absorbée par l'évaporateur dans le milieu extérieur. Dans l'installation pour la nise en oeuvre du procédé que crée l'invention, celle-ci est caractérisée en ce qu'elle comme porte une pompe à chaleur comprenant au moins un évaporateur disposé à l'extérieur d'une enceinte, u ois un condenseur disposé en relation thermique avec l'intérieur de ladite enceinte et une cellule ou circuit reliant thermiquement ledit condenseur de la pompe à chaleur et le dispositif compresseur, ou le générateu; de ladite pompe à l'intérieur de ladite enceinte. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemple non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est un schéma de principe illustrant l'invention lorsque celle-ci met en oeuvre l'air comme fluide calorifère. La fig. 2 est un schéma analogue à la fig. 1 illustrant l'invention lorsque le fluide calorifère est un liquide. Les fig. 3 à 5 sont des schémas illustrant des développements de l'invention. Au dessin, 1 désigne une enceinte à chauffer, par exemple un local d'habitation. L'enceinte 1 est chauffée par un fluide calorifère provenant d'une cellule désignée danse son ensemble par 2 D'une façon générale, dans ce qui suit, le fluide calorifère signifie toujours le fluide amené dans l'enceinte 1 pour en modifier la température interne par rapport à la tempé- rature externe. Dans le cas de la fig. 1, le fluide calorifère est supposé être de l'air, mais il est montré dans ce qui suit, notamment en relation avec la fig. 2, que ce fluide peut être liquide, par exemple de l'eau ou une saumure. La cellule 2 est en relation thermique et, de préfé- rence, comme représenté,contient un dispositif 3 de mise en circulation d'un fluide frigorigène dont la température et la pression ou concentration sont élevées par ledit dispositif 3, ledit fluide frigorigène étant ensuite conduit dans un condenseur 4 à la sortie duquel ce fluide frigorigène est amené, par un conduit 5 , à l'extérieur de la cellule 2 , puis détendu dans un mécanisme 6 pour être amené dans un évaporateur 7 dont l'entrée est reliée par une conduite 8 à l'admission du dispositif 3 On prévoit que le mécanisme 6 détend le fluide frigorigène suffisamment pour que sa température d'évaporation soit inférieure à la température du fluide ou milieu extérieur avec lequel l'évaporateur 7 est en relation thermique, c'est-àdire avec l'air ambiant ou avec de l'eau.L'écart de tempéra- ture peut cependant être relativement faible par exemple de l'ordre de 10 à 209aOU même inférieur à cet écart. Lorsque le fluide calorifère est de l'air comme cela est illustré par la fig. 1, cet air est mis en mouvement dans la cellule 2 au moyen d'un ou plusieurs venilateurs 9 pour entre introduit suivant la flèche 9 dans l'enceinte 1 .Le fluide calorifère est lui-même admis dans la cellule 2 par un conduit 10 , de préférence contrôlé par une vanne Il permettant soit d'admettre de l'air extérieur aspiré par un conduit 12 , soit de l'air pris dans l'enceinte 1 et conduit par une canalisation de recyclage 13 Jusqu'à la vanne Il Comme cela ressort de ce qui précède, le circuit comportant le dispositif 3 , le condenseur 4 , le mécanisme détendeur 6 et l'évaporateur 7 constitue une pompe à chaleur puisque le fluide frigorLgène détendu à l'intérieur de l'évaporateur 7 est réchauffé par le fluide extérieur avant d'être réintroduit dans le dispositif 3 qui, de son c8té, élève sa température en le comprimant éventuellement.Ensuite, le fluide frigorigène est refroidi dans le condenseur 4 par le fluide calorifère circulant dans la cellule 2 et on constate que ce fluide calorifère est chauffé non seulement par la chaleur dissipée par le condenseur 4 , mais encore par la chaleur dissipée par le dispositif 3 Le dispositif 3 peut indifféremment être constitué par un moto-compresseur lorsque le circuit formant pompe à chaleur décrit ci-dessus fonctionne suivant le cycle à compression ou par un ensemble générateur du type bouilleur-absorbeur lorsque ledit circuit fonctionne suivant un cycle à absorption. Dans les deux cas, les calories dégagées par le dispositif 3 et récupérées par le fluide calorifère s'ajoutent aux calories dégagées par le condenseur 4 , de sorte que ledit fluide calorifère récupère non seulement des calories prises à l'extérieur et dues au réchauffement du fluide frigorine à l'intérieur de 1' évapo- rateur 7 , mais encore les calories provenant des pertes inhérentes au fonctionnement normal du dispositif 3 Lorsque l'enceinte 1 est constituée par un local d'ha bitation, l'air contenu dans ce local doit être non seulement réchauffé mais encore renouvelé et il y a lieu, par conséquent, d'evacuer l'air vicié. Une caractéristique supplémentaire de l'invention consiste à conduire l'air vicié pr une conduite 14 à une buse d'évacuation 15 dirigée vers l'évaporateur 7 , ce qui a pour effet de récupérer en partie les calories contenues dans cet air vicié pour chauffer davantage le fluide frigorigène circulant dans l'évaporateur 7 . I1 est possible, aussi, de ne pas prévoir le conduit 14 et la buse 15 et d'amener par la conduite 13 , l'air vicié dans un échangeur 16 réchauffant l'air extérieur frais admis dans la cellule 2 La fig. 2 illustre une variante selon laquelle le dispositif 3 de mise en circulation du fluide frigorigène est encore constitué indifféremment par un moto-compresseur ou le générateur de chaleur d'un circuit à absorption mais, dans ce cas, le fluide calorifère ne baigne plus complètement ce dispositif 3 ni le condenseur 4 . Par contre, le fluide calorifère est amené à circuler dans un circuit 17 comportant des échangeurs 18 disposés dans l'enceinte 1 , un circuit d'échange 4a faisant partie du condenseur 4 et un circuit d'échange 19 passant dans ou autour du dispositif 3 .Le circuit 19 peut, par exemple, être constitué sous la forme de canaux prévus dans les différentes parties du dispositif 3 Le fluide calorifère circulant dans le circuit 17 peut avantageusement être constitué par l'eau d'une installation de chauffage central d'un local, et dans ce cas, une pompe de circulation 20 permet de la faire circuler de façon régulière dans ledit circuit 17 La flèche Q illustre un sens de circulation préféré. En effet, c'est une caractéristique de l'invention de prévoir l'installation pour que la température soit aussi faible que possible dans le condenseur 4 et, par conséquent, le sens de circulation suivant la flèche Q permet de faire pré chauffer le fluide calorifère par ledit condenseur 4 puis de parfaire le chauffage dans le circuit 19 par récupération des calories issues du dispositif 3 La fig. 3 montre l'apfiication de l'invention à une installation autonome dans laquelle un moto-compresseur 3a com porte un compresseur de fluide frigorigène 31 entraîné par un moteur thermique 32 qui peut indifféremment être constitué par un moteur à gaz, un moteur à essence, un moteur Diesel, une turbine à gaz ou autres analogues dont les gaz d'échappement sont conduits dans un échangeur 21 avant d'être rejetés à l'atmosphère par un conduit 22 Comme précédemment, le compresseur 31 refoule le fluide frigorigène dans le condenseur 4 et ce fluide frigorigène après détente est amené dans l'évaporateur 7 réchauffé par le fluide extérieur qui est ici figuré par un circuit 7 dans lequel circule de l'eau d'une rivière, lac ou autre source. Le moteur thermique 3c comporte des canaux de refroidissement 23 et l'échangeur 21 I dans lequel passent les gaz d'échappement,comporte un circuit' 231 en série avec les canaux de refroidissement 23 du moteur. Les canaux 23 et circuit 231 sont en série avec le circuit 241 d'un échangeur 24 et un fluide de refroidissement intermédiaire est mis en circlulation dans ledit circuit par une pompe de circulation 25 Comme dans le cas de la fig. 2, le fluide calorifère mis en circulation dans le circuit 17 passe dans le circuit d'échange 4a du condenseur 4 et dans un cirait d'échange 242 de l'échangeur 24 .La circulation est de préférence aussi réalisée dans le circuit 17 suivant la flèche 2 pour les mêmes raisons qu'expose dans ce qui précède. La fig. 4 illustre une variante selon laquelle le circuit 17 contenant le fluide calorifère présente un tronçon 26 menant aux canaux 23 du moteur 32 et un tronçon 26a contrôlé par une vanne de by-passage 27 menant à l'entrée du circuit d'échange 231 de l'échangeur 21 dans lequel circulent les gaz d'échappement du moteur. Une seconde vanne de bypassage 27a peut être disposée entre l'entrée et la sortie du circuit d'échange 231 ce qui permet de régler le débit du fluide calorifère dans ledit circuit r3 , en ajustant ainsi le refroidissement des gaz d'échappement. En réglant la vanne de by-passage 27, on modifie le débit du fluide calorifère dans l'échangeur 21 pour:soit limiter son échauffement en augmentant le débit, soit au contraire obtenir une surchauffe, voire une vaporisation, dans le cas d'un fluide calorifère vaporisable. Suivant la fig. 5, le circuit 17 pour le fluide calo rifère pas tout d'abord dans le circuit d'échange 4a du condenseur 4 , puis dans le circuit d'échange o31 de l'échange eur 1 des gaz d'échappement et, finalement dans les cannaux r3 du moteur 32 . Cette disposition permet, comme celle de la fig. 4 de maintenir une tempérautre relativement élevée dans les canaux 23 du noteur 32 s ce qui est généralement souhai table pour un fonctionnement économique d'un moteur thermique. Lorsque le circuit de pompe a chaleur des réalisations décrites ci-dessus est du type à compression, le compresseur 31 est prévu pour etre à débit variable, ce qui peut être réalisé de plusieurs façons et notamment - en disposant plusieurs compresseurs en parallèle et en les faisant entraîner par un moteur à vitesse constante ou sen seulement constante, un ou plusieurs compresseurs étant alors is sélectivement en circuit - en utilisant un compresseur à débit variable entraîné par un oteur à vitesse constante ou sensiblement constante - en combinant un ou plusieurs compresseurs entraînés par un moteur 8 vitesse variable - en utilisant un moto-compresseur à débit variable du genre moto-compresseur à pistons libres. Le débit du ou des compresseurs est réglé de préférence pour setisfaire à la relation V = A . (Ti - Te)n dans laquelle V est le débit du fluide frigorigène à la sortie du corpresseur, A un facteur de proportionnalité, Ti la température intérieure du local, Te la température extérieure, l'exposant n étant compris entre 1 et 2 . Pour une température intérieure constante la variation de débit est, par suite, directement fonction de la température extérieure et peut, par suite, être piloté facilement par une sonde extérieure. Dans les installEtions décrites dans ce qui précède, il est avantageux que la surface utile de l'évaporateur soit voisine de celle du ou des condenseurs. De cette façon, la différence de température entre le fluide frigorigène circulant dans l'évaporateur et la température extérieure peut être maintenue du même ordre que la différence de température entre le fluide frizorigène circulant dans le condenseur et la température inté rieure du local. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y entre apportées sans sortir de son cadre. En particulier, le fluide calorifère est avantageusement amené à circuler dans le ou les compresseurs pour les refroidir. R Y E N D I C A T I O N S 1 - Un procédé pour le chauffage de locaux mettant en oeuvre un circuit du type pompe à chaleur dans lequel un fluide volatil détendu est réchauffé par un milieu extérieur, air ou eau, puis chauffé par un dispositif de mise en circulation le conduisant dans un condenseur dans lequel ledit fluide cède ses calories et est condensé, caractérisé en ce qu'on fait circuler un fluide calorifère, d'une part, à travers le condenseur et, d'autre part, en relation avec le dispositif mettant ledit fluide volatil en circulation, de sorte que la quantité de chaleur dégagée par ledit dispositif est ajoutée à celle dégagée par ledit condenseur et vient, ainsi, en addition à la quantité de chaleur absorbée par l'évaporateur dans le milieu extérieur, le débit du fluide frigorigène dans le circuit de la pompe à chaleur étant réglable pour satisfaire à la relation V = A . (Ti - Te)n dans laquelle V est le débit A un facteur de proportionnalité Ti la température intérieure du local Te la température extérieure du local n un exposant compris entre 1 et 2. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide calorifère est amené à circuler tout d'abord à travers le condenseur, puis est amené ensuite en relation thermique avec le dispositif de mise en circulation du fluide volatil. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, dans l'application au chauffage de locaux, on réalise un échange thermique entre l'air vicié extrait desdits locaux et le fluide calorifère avant que celui-ci soit amené en relation thermique avec le condenseur. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on prévoit que le débit de fluide frigorigène dans le circuit de la pompe à chaleur soit réglable et que les surfaces d'échange des condenseurs et évaporateurs soient équivalentes. 5 - Une installation calorifique pour ajuster la température d'une enceinte, notamment d'un local, caractérisé en ce qu'elle comporte une pompe à chaleur comprenant au moins un évaporateur disposé à l'extérieur de l'enceinte, au moins un condenseur disposé en relation thermique avec l'intérieur de ladite enceinte, une cellule ou circuit reliant therniquement ledit condenseur de la pompe à chaleur et le générateur de ladite pompe à l'intérieur de ladite enceinte, et des moyens pour régler le débit du fluide frigorigène dans le circuit de la pompe à chaleur, lesdits moyens de réglage satisfaisant à la relation V = A . (Ti - e)n dans laquelle V est le débit A un facteur de proportionnalité Ti la température intérieure du local Te la température extérieure du local n un exposant compris entre 1 et 2. 6 - Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le générateur de ladite pompe est indifféremment constitué par un moto-compresseur ou un générateur du type bouilleur d'un circuit à absorption. 7 - Installation suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que le moto-compresseur est disposé de même que le condenseur de la pompe à chaleur dans une cellule dans laquelle circule un fluide calorifère conduit ensuite dans l'enceinte à chauffer. 8 - Installation suivant l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que le fluide calorifere est amené à circuler par une pompe de circulation dans un circuit d'échange que com- porte le condenseur de la pompe à chaleur et dans un échangeur relié au générateur de ladite pompe à chaleur ainsi que dans au moins un échangeur disposé dans l'enceinte. 9 - Installation suivant l'une des revendications s à 8, caractérisne en ce que, lorsque la pompe a chaleur est du type à compression, le fluide calorifère est utilisé pour le refroidis- sement au moins dudit coesseur en menue temps qu'il refroidit le condenseur de ladite pompe à chaleur. 10 - Installation suivant l'une des revendications 5 à caractérisée en ce que, lorsque le compresseur est entraîné par un moteur thermique, le fluide calorifère est utilisé pour le refroidissement dudit moteur thermique. Il - Installation suivant l'une des revendications 5 à 10, caractérisée en ce que le fluide calorifère est utilisé supplé mentairement pour le refroidissement des gaz d'échappement du moteur thermique. 12 - Installation suivant l'une des revendications 5 à 11, caractérisée en ce que le fluide calorifere est chauffé tout d'abord par le condenseur de la pompe à chaleur, puis ensuite par le compresseur, le moteur et les gaz d'échappement. 13 - Installation suivant l'une des revendications 5 à 12, caractériséeen ce que le débit du fluide calorifère dans le moteur est réglé par une vanne de by-passage pour que le débit dudit fluide calorifère dans ledit moteur naintienne celui-ci toujours au voisinage de la température optimum de fonctionnement. 14 - Installation suivant l'une des revendications 5 à 13, caractérisGe par une vanne de by-passage disposée en parallèle avec le circuit du fluide calorifère passant dans les gaz d'échas pement pour régler la température de ceux-ci. 15 - Installation suivant l'une des revendications 5 à 14, caractérisée en ce que le fluide calorifère ayant traversé le condenseur de la pompe à chaleur est tout d'abord amené en relation d'échange thermique avec les gaz d'échappement puis avec le moteur proprement dit. 16 - Installation suivant l'une des revendications 5 à 15, caractérisée par un circuit fermé contenant un fluide interme- diaire mis en mouvement par une pompe de circulation et comportant en série, un circuit d'échange de chaleur avec le motocompresseur, un circuit d'échange de chaleur avec les gaz d'échappement du moteur thermique dudit moto-compresseur et un échangeur de chaleur assurant l'échange thermique avec le fluide calorifère. 17 - Installation suivant l'une des revendications 5 à 16, carctrisEe en ce que le fluide calorifère est celui d'une installation de chauffage central. 18 - Installation suivant l'une des revendications 5 à 17, caractérisée par au moins un conduit d'évacuation de l'air vicié débouchant au niveau de l'évaporateur de la pompe à chaleur. 19 - Installation suivant l'une des revendications 5 à 18, caractérisée-par un échangeur supplémentaire traversé, d'une part, par l'air vicié extrait de l'enceinte et, d'autre part, par l'air frais formant le fluide calorifère et admis dans la cellule dans laquelle ce fluide calorifère absorbe les calories du condenseur et du générateur du circuit de pompe à chaleur. 20 - Installation suivant l'une des revendications 5 à 19, caractérisée en ce que le noto-compresseur est choisi d'un type à débit variable.