Brevet FR2315068A1 — publié le 19770114

La présente invention concerne une installation de pompage de chaleur, du type comportant une pompe à chaleur comprenant un évaporateur et un condenseur. On connait depuis longtemps les machines frigorifiques à compression ou à absorption. On sait que, dans les machines à compression, la quantité d'énergie nécessaire au fonctionnement desdites machines est de 1/5 à 1/3 de celle qui est captée par l'évaporateur et transmise au condenseur desdites machines. Les performances des machines à absorption sont supérieures à celles des machines à compression, notamment pour les machines de grosse puissance ; en effet, dans ces machines à absorption, l'énergie thermique transmise au condenseur est de quatre à sept fois l'énergie nécessaire au fonctionnement de ces machines. La -présente invention a notamment pour but de réaliser une installation de pompage de chaleur et de production d'énergie dans laquelle des moyens sont prévus pour que l'énergie néces- saire à son fonctionnement soit prélevée dans l'énergie thermique transmise au condenseur d'une pompe à chaleur. Pour une installation du type susmentionné, ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait qu'elle comporte une deuxième pompe à chaleur qui comprend un bouilleur dans lequel le fluide frigorigène à l'état liquide est réchauffé et porté à ltetat gazeux à l'aide de la chaleur dégagée par le condenseur de la première pompe à chaleur. Avantageusement, au moins un moteur du type utilisant un fluide sous pression, est inséré dans le cycle du fluide frigorigène de la deuxième pompe à chaleur. Ainsi-dans cette installation de pompage, la première pompe à chaleur peut être du type à compression, et le compresseur de cette première pompe à chaleur peut être entrainé par le moteur inséré dans le cycle de la deuxième pompe à chaleur. Ce moteur peut être une turbine ou un moteur pneumatique. Un deuxième moteur peut être inséré dans le cycle de la deuxième pompe à chaleur ; ce deuxième moteur peut, par exemple, entrainer un alternateur. Cette installation peut ainsi fournir de l'énergie électrique ou de l'énergie mécanique, en récupérant l'énergie thermique de la nature. L'davantage essentiel de la présente invention est d'obtenir une installation de pompage de chaleur dont le coefficient de performances est égal au produit des coefficients de performances des première et deuxième pompes à chaleur. I1 en résulte que l'énergie thermique pompée par cette installation devient très importante par rapport à l'énergie nécessaire à son fonctionnement, de sorte que cette installation peut donner lieu à une production d'énergie relativement importante, D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation fit en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'une installation, selon un premier node de réalisation de l'invention , et - la figure 2 est un schéma d'une installation, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, l'installation comporte une première pompe à chaleur 1 du type à compression et comprenant un évaporateur 2, un compresseur 3, un condenseur 4 qui se présente sous la forme d'un serpentin et un détendeur 5. Conformément à invention, le condenseur 4 sert de source thermique à un bouilleur 6 d'une deuxième pompe à chaleur 7 du type à absorption utilisant un mélange d'eau et d'ammoniac. La deuxième pompe à chaleur 7 comporte, en aval du bouilleur 6, un séparateur - ou rectifieur - 8, un condenseur 9 muni d'un serpentin de refroidissement 9a, un détendeur 10, un évaporateur ll, un deuxième détendeur 12, un absorbeur 13 dans lequel le gaz ammoniac se redissout dans l'eau, une pompe de circulation de liquide 14 et un échangeurrécupérateur de chaleur 15 dans lequel passe une conduite 16 reliant l'absorbeur 13 au bouilleur 6. Dans l'absorbeur 13 est disposé un serpentin 17 servant au refroidissement de la solution eau + ammoniac contenue dans ltabsorbeur 13. Le bouilleur 6 est également relié à l'absorbeur 13 par un deuxième circuit comprenant une conduite 18 partant de l'extrémité inférieure du bouilleur 6, l'enceinte périphérique 15a de l'échangeur 15, et une conduite 19 dans laquelle est interposé un détendeur 20, ladite conduite 19 débouchant à l'extrémito supérieure de l'absorbeur 13. Conformément à l'invention, des moteurs M1, M2 et M3 pouvant être, soit des turbines, soit des moteurs pneumatiques, sont insérés dans le circuit de la deuxième pompe à chaleur 7 de l'installation. Les trois moteurs NI M2 et M3 sont branchés en parallèle entre la sortie de l'évaporateur 11 et une entrée de l'absorbeur 13 située à l'extrémité supérieure de ce dernier Une enceinte 21 servant de réserve d'ammoniac est interposée entre entrée des moteurs et la sortie de lJévapora- teur 11 , un évaporateur 22 est interposé entre la sortie desdits moteurs et l'entrée de llabsorbeur 13. Ainsi, le bouilleur 6 de la deuxième pompe à chaleur 7 est réchauffé au moyen du serpentin du condenseur 4 de la première pompe à chaleur 1. Il se produit ainsi dans le bouilleur 6 un gaz à haute pression qui, après avoir traversé le rectifieur 8, pénètre dans le condenseur 9 où il est refroidi par les enroulements du serpentin 9a. Après avoir été détendu dans le détendeur 10, ce gaz passe dans l'évaporateur 11 où il capte l'énergie thermique prise à un milieu ambiant. Le détendeur 10 stabilise et contrôle le débit du liquide frigorigène issu du condenseur 9. Le gaz est accumulé sous basse presssion dans le réservoir 21 qui alimente sous pression réglée les moteurs Ml' M2 et M 2 3 Le moteur g est, par exemple, utilisé pour faire tourner le compresseur 3, le moteur M2 pour faire tourner la pompe de circulation 14, et le moteur M3 pour faire tourner un alternateur ou autre machine tournante. Le gaz d'échappement des moteurs NI' w et M3 est recueilli dans une tubulure 23 dans laquelle ledit gaz se condense ce condensat se transforme en gaz en passant dans l'évaporateur 22. Le circuit de production d'énergie mécanique est isolé de l'ensemble producteur de gaz sous pression par des vannes 24 et 25. Le gaz ammoniac est réintroduit dans le circuit de la deuxième pompe 7 pour enrichir la solution contenue dans l'absor- beur 13. Le refroidissement de l'absorbeur 13, réalisé au moyen du serpentin 17, permet d'obtenir de la chaleur qui peut être utilisée, soit dans des radiateurs de chauffage d'habitation, soit dans un bouilleur d'une autre machine frigorifique ou pompe à chaleur qui servirait de point de départ à une autre chai ne de production d'énergie mécanique ou électrique. La solution aqueuse d'ammoniac de l'absorbeur 13 est envoyée sous pression au moyen de la pompe 14 dans le bouilleur 6 par l4intermédiaire de l'échangeur 15 dont l'enceinte périphérique ISa est alimentée en solution pauvre en ammoniac contenue dans le bouilleur 6, cette solution pauvre étant ensuite recyclée dans l'absorbeur 13 par l'intermédiaire du détendeur 20. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, la deuxième pompe à chaleur est du type utilisant le fréon comme fluide frigorigène. La deuxième pompe à chaleur 70 comprend un bouilleur 60 réchauffe par le serpentin du condenseur 4 de la première pompe à chaleur 1. La première pompe à chaleur 1 est analogue à celle du mode de réalisation eprésenté à la figure 1. Le bouilleur 60 continent du fréon liquide jusqu'à un niveau N situé au dessus du serpentin de réchauffage 4. Les vapeurs de fréon sous pression contenues dans la partie supérieure du bouilleur 60 passent dans les condenseurs 26 et 27 dans lesquels lesdites vapeurs sont refroidies et se condensent en partie Les condensats ainsi produits- s'accumulent dans un réservoir 28 dont le niveau de liquide 29 est contrôlé par un trop plein 30 sur lequel est interposé un détendeur 31. La vapeur de fréon contenue à l'extrémité supérieure du réservoir 28 est envoyée à travers un détendeur 32 dans des moteurs pneumatiques ou turbines M1, M2 et M3 ; la pression d'alimentation de ces moteurs est ainsi contrôlée par le détendeur 31. Les moteurs M1, M2 et M3 sont commandés et isolés par des détendeurs ou vannes 33 disposés et agencés de telle sorte que lesdits moteurs peuvent être alimentés séparément à la même pression ou à des pressions différentes en série ou en parallèle. L'échappement du moteur M1 est relié, soit directement à l'entrée du moteur M3, soit par l'intermédiaire de la conduite 24 sur laquelle est interposé un évaporateur 35 et un détendeur 36. L'évaporateur 35 a pour rôle de faire monter la température des vapeurs de fréon issues du moteur M1. Le détendeur 36 règle la pression d'entrée du moteur M3 qui peut être, par exemple, de six bars alors que celle du moteur 2 est de douze bars. A la sortie du moteur M3, la détente des vapeurs de fréon absorbe de la chaleur ; cette absorption de chaleur s'ajoute à celle obtenue par le passage des vapeurs dans un échangeur ou évaporateur 37. Un évaporateur 38 est également associé au moteur M2. Le moteur M3 produit de l'énergie mécanique disponible. Les vapeurs et condensats issus des évaporateurs 37 et 38, ainsi que du réservoir 28 par l'intermédiaire du trop plein 30, sont collectés dans le réservoir 39 dans lequel se trouve un serpentin 40 raccordé à un circuit de refroidissement 41 dont la circulation de fluide caloporteur est obtenue, soit thermosiphon, soit par une pompe 42. Le réservoir 28 est également muni d'un serpentin 43 associé à un circuit de refroidissement 44. Les circuits de refroidissements 41 et 44 produisent ainsi de la chaleur qui peut être utilisée, soit dans des radiateurs servant à réchauffer une habitation, soit pour réchauffer un bouilleur d'une troisième pompe à chaleur. Les condensats, à température et pression basses, s'accumulent dans la partie inférieure du réservoir 39. La pression à laquelle sont soumis les condensats du réservoir 39 est inférieure à celle du réservoir 28, ce dernier étant à la même pression que le bouilleur 60. La température interne du réservoir 39 est inférieure à celle du réservoir 28 qui est elle-même inférieure à celle du bouilleur 60. Le liquide accumulé à la partie inférieure du réservoir 39 est réintroduit à l'extrémité inférieure du bouilleur 60 par l'intermédiaire d'une conduite 45 dans laquelle est interposée une pompe de circulation 46. Comme dans le cas du mode de réalisation représenté à la figure 1, le compresseur 3 de la première pompe à chaleur 1 est entraîné par le moteur M1, tandis que les pompes 42 et 46 sont entrainées par le moteur M2. L'intérêt de la présente invention qui vient d'être illustrée au moyen de deux modes de réalisation représentés respectivement aux figures 1 et 2, est de multiplier le coefficient de performances d'installations de pompage thermique de types connus pour obtenir un coefficient de performances neuf (9), seize, vingt-cinq ou trente-six fois supérieur ; de plus l'-installation selon la présente invention produit elle-même son énergie motrice, c'est-à-dire, l'énergie nécessaire à son fonctionnement. La présente invention s'applique à tous les fluides frigorigènes et peut être rendue automatique par tous moyens connus. En particulier, la deuxième pompe à chaleur 7 de l'installation selon la présente invention peut utiliser la solution frigorigène d'eau et de bromure de lithium. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du caille de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1) Installation de pompage de chaleur, du type comportant deux machines de pompage de chaleur, dont la deuxième machine comprend un bouilleur - ou un évaporateur - dans lequel le fluide frigorigène à l'état liquide est réchauffé et porté à l'état gazeux à l'aide de la chaleur dégagée par le condenseur de la première machine, caractérisée en ce qu'au moins un moteur du type utilisant un fluide sous pression est inséré dans le cycle du fluide frigorigène de la deuxième machine. 2) installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'énergie nécessaire au fonctionnement de la première et/ou de la deuxième machine est fournie par au moins une partie du fluide frigorigène sous pression de ladite deuxième machine.