Brevet FR2323965A1 — publié le 19770408

La présente invention concerne les circuits frigorifiques, appelés plus communément pompes à chaleur, du type de ceux qui sont de plus en plus fréquoemnent utilisés au sein de système d'exploitation et d'utilisation de lténergie calorifique contenue dans tout générateur-accumulateur, tel que constitué par l'air extérieur, ou d'évacuation (à partir de locaux dans lesquels des ordinateurs, par exemple, dissipent de la chaleur) ou par tout ensemble d'éléments naturels, tel que l'eau des nappes phréatiques et le sol (source géothermique), et dont les propriétés thermiques rendent intéressante son utilisation en tant que source froide d'une installation de chauffage et/ou de climatisation de locaux industriels ou privés. Dans de tels systèmes d'exploitation et d'utilisation des propriétés thermiques d'une source froide,cette dernière est souvent assimilée à une source calorique à utilisation indirecte, au moyen d'un échangeur, par exemple pour le chauffage de l'eau d'un circuit de production d'eau chaude d'un immeuble, ou d'un circuit de chauffage central. La présente invention est relative à une pompe à chaleur, par exemple du type à compression, telle que celles utilisées, seules ou en combinaison avec une chaudière supplémentaire, dans ces installations. Les pompes à chaleur, de type connu,extrayant les calories d'une source froide pour les transmettre à un fluide d'utilisation qui les véhicule ensuite dans les locaux, sont, de façon classique, couplées thermiquement au circuit de refroidissement de la source froide au moyen d'un premier échangeur, dans lequel le fluide frigorigène circulant dans la pompe à chaleur absorbe la chaleur en excès véhiculée par le fluide caloporteur provenant du circuit de refroidissement de la source froide, cette chaleur étant restituée à un circuit d'utilisation, par exemple à un circuit de chauffage central, au moyen d'au moins un second échangeur.De façon plus précise, une pompe à chaleur, du type à compression, se compose d'un ensemble compresseur, transmettant le fluide frigorigène à un condenseur, libérant de l'énergie calorifique au circuit d'utilisation par l'intermédiaire du second échangeur. A la sortie du second échangeur, le fluide frigorigène condensé passe dans un troisième échangeur, dans lequel il libère encore de la chaleur, puis dans un déshydrateur, pour aboutir enfin Au moyen de la pompe à chaleur selon la présente invention, la Demanderesse se propose d'obtenir un coefficient d'amplification amélioré par rapport à celui des pompes connues, tout en réalisant des économies de consommation très substantielles dans I'entrane- ment des ensembles compresseurs, qui, dans l'état actuel de la technique, restent d'importants consommateurs d'énergie. De façon analogue aux pompes à chaleur déjà connues, la thermopompe selon l'invention comprend, en série, au moins un premier échangeur, un groupe compresseur, au moins un second échangeur et un détendeur. Elle se caractérise en ce que le premier échangeur, ou l'ensemble que constituent les premiers échangeurs montés par exemple en parallèle, est relié au groupe compresseur par l'intermédiaire d'un compresseur stato-thermique, reliant d'autre part le second échangeur, ou l'ensemble que constituent les seconds échangeurs montés par exemple-en parallèle, au détendeur t le compresseur stato-thermique étant constitué de moyens statiques, assurant une précompression du fluide frigorigène avant entrée au groupe compresseur et simultanément une élévation de sa température par absorption de chaleur véhiculée par le fluide frigorigène issu du (ou des) second (s) échangeur (s) et mené au détendeur. Selon une réalisation préférentielle de la thermopompe selon l'invention, le compresseur stato-thermique est constitué de moyens statiques purement mécaniques, qui par leurs seules présence et conformation,assurent simultanément la double fonction de précompression et d'élévation en température du fluide frigorigène mené au groupe compresseur. Dans cette réalisation préférentielle, ces moyens mécaniques statiques comprennent un échangeur-surchauf feur, dont la conduite menant le fluide frigorigène au compresseur est munie d'un convergent assurant ladite précompression. Par convergent il faut entendre toute veine dont la section est décroissante dans le sens de déplacement du fluide0 Selon l'invention, le profil longitudinal du convergent peut être une portion de conique, par exemple une portion de parabole ou d'hyperbole. Selon un exemple de réalisation du compresseur stato-thermique, le convergent est réalisé sous la forme d'une veine tronconique. Avec référence à la figure unique, qui représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de la thermopompe selon l'invention, cette dernière comprend un premier échangeur thermique 1, dans lequel pénètre, en 2, le fluide caloporteur du circuit de refroidissement de la source froide (par exemple 1'eau d'un circuit hydraulique, fonctionnant en boucle fermée ou semifermée, assurant la combinaison des éléments naturels constituant ladite source froide de la thermopompe, cette eau étant, par exemple, à la température des eaux du sous-sol peu profond) ledit fluide caloporteur retournant en 3 vers la source-froide, après avoir cédé de la chaleur au fluide frigorigène (qui peut, par exemple, etre un fréon tel que celui connu sous la dénomination de NR 22") venant du détendeur 4, et qui se vaporise en absorbant cette chaleur. Ayant, par exemple, une température de -70C à la sortie du détendeur 4, le fluide frigorigène a une pression de 5 bars et une température de +70C à la sortie du premier échangeur-évaporateur 1, et est ensuite mené au compresseur stato-thermique, constitué d'une enceinte externe 5 dans laquelle est disposée une veine de forme tronconique 6, constituant un convergent, menant le fluide frigorigène au compresseur 7, entrainé par un moteur 8. La présence du convergent 6 ayant pour effet de transformer le calorique absorbé et une partie de la vitesse de circulation du fluide frigorigène, en pression, ce dernier quitte le compresseur stato-thermique à une pression de 11 bars et une température de 300C, cette élévation de température étant due, pour l'essentiel, au transfert de chaleur qui s'effectue du fluide frigorigène retournant au détendeur 4, (comme il sera expliqué plus loin > vers le fluide frigorigène mené au groupe compresseur 7, au travers des parois du convergent 6, constitué en un matériau favorisant les échanges thermiques, et pouvant porter des ailettes de radiation.Le fluide frigorigène comprimé est transmis à une température de 700C et une pression de 29 bars, par le compresseur à un condenseur 9 qui libère de la chaleur à un circuit de chauffage central par l'intermédiaire d'un second échangeur-condenseur 10, recevant en 11 le fluide caloporteur du circuit de chauffage central, qui retourne en 12 vers les locaux à chauffer. Sortant du second échangeur 10 à une pression de 29 bars et une température de 50 0C, le fluide frigorigène parcourt la conduite délimitée par la veine tronconique 6 et la paroi externe 5 du compresseur stato-thermique, et cède des calories au fluide frigorigène mené vers le compresseur et circulant dans la veine tronconique.Le circuit de la thermopompe est bouclé en conduisant ensuite le fluide frigorigène au détendeur 4, qui le reçoit sous une pression de 29 bars et à une température de 400C, et retourne le fluide frigorigène au premier échangeur à une température de -70C. Dans une installation classique de pompe à chaleur, comprenant un simple troisième échangeur ou surchauffeur aux lieu et place du compresseur stato-thermique selon la demande, la pression du fluide frigorigène s'établirait à une valeur intermédiaire, d'environ 5 ou 6 bars, en reprenant les valeurs numériques de pression et température précédemment données à titre d'exemple. la pression à la sortie du groupe compresseur devant impérativement être de 29 bars, dans notre exemple, pour assurer un bon fonctionnement de la pompe, ceci a pour conséquence que ledit groupe compresseur doit élever la pression du fluide de 24 bars, alors que dans la thermopompe selon l'invention, la différence de pression entre la sortie et l'entrée du groupe compresseur n'est que de 18 bars.Les avantages incontestables que procure la thermopompe selon l'invention sont donc l'augmentation du coefficient d'amplification, et les économies très substantielles réalisées au niveau du moteur entraînant le compresseur. La thermopompe selon l'invention peut, de plus, être avantageusement pourvue, entre le compresseur stato-thermique et le détendeur, d'un déshydrateur, d'un voyant de liquide et d'une vanne solénoPde, De façon connue en soi, la circulation du fluide donneur de calories s'effectue à contre-sens de celle du fluide receveur de calories dans les premier et second échangeurs ainsi que dans le compresseur stato-thermique. Bien entendu, la régulation de la thermopompe peut etre effectuée à l'aide d'une pluralité de moyens connus, cette thermopompe devenant alors pompe autothermogène. Par exemple, la vitesse de rotation du moteur du groupe compresseur peut etre régulée par tout régulateur convenable, en fonction de l'état du fluide frigorigène à la sortie du condenseur 9, détecté au moyen d'une sonde. REVEND i CAT IONS 1.- Thermopompe du type à compression, contenant un fluide frigorigène et comprenant en série, au moins un premier échangeur, dans lequel le fluide frigorigène absorbe la chaleur en excès véhiculée par un fluide caloporteur provenant d'une source froide, un groupe compresseur, au moins un second échangeur, dans lequel le fluide frigorigène restitue de la chaleur à un circuit d'utilisation, un détenteur, assurant lé retour du fluide frigorigène dans le premier échangeur, caractériséeen ce que le premier échangeur ou l'ensemble des premiers échangeurs est relié au groupe compresseur par l'intermédiaire d'un compresseur stato-thermique, reliant d'autre part le second échangeur, ou l'ensemble des seconds échangeurs, au détendeur, ledit compresseur stato-thermique étant constitué de moyens statiques assurant une précompression du fluide frigorigène mené au groupe compresseur et simultanément une élévation de sa température, par absorption de chaleur véhiculée par le fluide frigorigène issu du second échangeur. 2.- Thermopompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens statiques comprennent un échangeur-surchauffeur dont la conduite menant le fluide frigorigène au groupe compresseur est munie d'un convergent assurant ladite précompression. 3.- Thermopompe selon la revendication 2, caractériséeen ce que le convergent est réalisé sous la forme d'une veine dont le profil est une portion de conique, par exemple de parabole ou d'hyperbole. 4.- Thermopompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le convergent est réalisé sous la forme d'une veine tronconiaue.