Brevet FR2320511A1 — publié le 19770304

L'invention a pour objet un perfectionnement aux pompes a chaleur. Une pompe a chaleur comprend essentiellement un évaporateur, un compresseur, un condenseur et un détendeur relié audit évaporateur. L'efficacité d'un tel appareil dépend notamment de la température du liquide source de calories circulant dans l'évaporateur et qui cède la chaleur nécessaire a l'évaporation du fluide. Il en résulte que les performances de la pompe sont modifiées lorsque cette température varie, ce qui est un inconvénient grave lorsqu'on utilise un tel appareil comme moyen de chauffage. C'est le cas notamment lorsque l'appareil est alimenté par une distribution d'eau provenant par exemple de rejets thermiques industriels ou d'une nappe phréatique, cette distribution pouvant subir des variations de température liées aux modifications des conditions climatiques extérieures. Un autre inconvénient lié au fait que l'efficacité dépend de la température d'utilisation de la source de chaleur réside en ce que, si l'on veut que l'appareil fonctionne dans des conditions optimales, il doit être mis au point dans les conditions mêmes de son utilisation, ce qui exclut donc le réglage en usine, à la construction. La présente invention a justement pour objet un perfectionnement qui rend l'efficacité de la pompe sensiblement constante et indépendante de la température du liquide d'alimentation, tout au moins dans une large plage, allant par exemple de 5 à 300C, et qui, de ce fait, permet d'éviter les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur. De façon précise, l'invention a pour objet un perfectionnement aux pompes à chaleur qui comprennent successivement un évaporateur parcouru, d'une part, par un fluide à évaporer et, d'autre part, par un liquide qui fournit la chaleur nécessaire à l'évaporation dudit fluide, un compresseur dudit fluide évaporé, suivi d'un condenseur et d'un détendeur relié audit évaporateur, ledit perfectionnement consistant en la présence, à la sortie de liquide de l'éva- porateur, d'une vanne thermostatique réglable qui, en assurant une température constante d'évaporation du fluide dans I'évapo~ateur assure une efficacité constante à ladite pompe à chaleur. Accessoirement, l'invention a également pour objet des moyens aptes à réduire, dans une proportion considérable, le bruit provoqué par la pompe. Ces deux avantages conférés à la pompe selon l'invention (constance de l'efficacité et diminution du bruit) rendent celle-ci particulièrement bien adaptée à des applications de chauffage domestique, ce qui n'était pas le cas avec les pompes à chaleur de l'art antérieur. De toute façon, les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente le schéma synoptique de la pompe de l'invention - la figure 2 représente un mode de réalisation particulier de l'échangeur - la figure 3 représente schématiquement l'ensemble de la pompe munie de ses moyens pour réduire le bruit. La pompe à chaleur représentée schématiquement sur la figure 1 comprend, de manière connue, une source froide 2 alimentant un échangeur 4, qui est parcouru par un fluide à évaporer circulant dans le conduit 6. Le gaz obtenu à la sortie de l'évaporateur 4 est comprimé par le compresseur 8 entrainé par le moteur 10. Ce gaz cède, dans un condenseur 12, au liquide circulant dans le conduit 14, la chaleur qu'il a recueillie dans l'évaporateur plus celle qui équivaut au travail de compression. Un détendeur 16 ramène le liquide dans l'évaporateur 4 à la pression de ce dernier. Si l'on désigne par Q1 la chaleur fournie par la source froide 2 dans l'évaporateur 4 et par W l'énergie apportée par le compresseur 8, on retrouve, au niveau du condenseur 12, un apport de chaleur Q2 égal à W + Q1 dont bénéficie la source chaude 14. On appelle efficacité de la pompe, le rapport Q2/W, dont la limite théorique est donnée par T , où T est la température de condensation et T - T' T' la température de l'évaporation. L'efficacité de la pompe dépend donc beaucoup de la température T', de sorte que les variations de cette température provoquent des variations de l'efficacité, ce qui est à l'origine des inconvénients soulignés plus haut. Le perfectionnement qu'apporte l'invention à un tel dispositif consiste en l'adjonction d'une vanne thermostatique 18, disposée à la sortie de ltevaporateur 4, sur le circuit du liquide constituant la source froide. Cette vanne assure à la sortie du liquide une température constante. Or cette température est sensiblement égale à la tempérautre d'évaporation, de sorte que celle-ci devient sens-iblement constante quelle que soit la température du liquide pénétrant dans l'évaporateur 4. I1 en résulte, compte tenu de la définotion qui en a été donnée plus haut, que l'efficacité de la pompe prend une valeur sensiblement constante car la température T du condenseur varie peut La vanne thermostatique peut être de tout type connu, par exemple de la marque "Danfoss". L'obtention d'une efficacité constante entraine que les différents organes de la pompe, et notamment le détendeur et l'évaporateur, peuvent être simplifiés par rapport à l'art antérieur et plus efficaces, car l'évaporation s'effectuant à température constante, la pression du fluide dans ces organes est elle aussi constante, ce qui permet d'optimaliser leurs conditions de fonctionnement. Le détendeur peut alors être constitué par un simple gicleur ou par un tube calibré de faible diamètre, quant à l'évaporateur, il peut être du genre de celui qui est illustré sur la figure 2. Sur cette figure, l'evaporateur représenté comprend un groupe de sept tubes 20, alimentés à leur partie inférieure par un gaz approprié, par exemple un hydrocarbure chlorofluoré. Ces tubes sont brasés sur deux plaques d'extrémité 22 et 24. Six plaques 26, en forme de portion de disque et percées de trous permettant le passage des tubes 20, délimitent des zones dans lesquelles l'eau prend un mouvement tourbillonnaire. Une jaquette 28 pourvue d'un conduit d'arrivée 30 et de sortie pour l'eau, enferme le faisceau de tubes 20 et les plaques d'extrémité 22 et 24. Cette jaquette peut être en plastique ou en métal. L'étanchéité est assurée au moyen de joints toriques 34 et 36. Un tel évaporateur peut mesurer de 250 à 300 mm de haut et avoir un diamètre de l'ordre de 60 mm pour une puissance échangée de l'ordre de 800 W. L'alimentation en eau à la source froide peut être faite avantageusement à l'aide de raccords auto-obturants. Ainsi qu'il a déjà été souligné, le perfectionnement apporté par l'invention rend la pompe à chaleur particulièrement apte à l'utilisation domestique comme moyen de chauffage. Cependant, pour qu'une telle application puisse être réellement envisagée, il est nécessaire de réduire efficacement le bruit provoqué par les différents éléments qui la constituent. Les travaux du demandeur ont montré que ce bruit provient, d'une part, du compresseur et, d'autre part, des organes annexes, notamment du détendeur, de l'évaporateur et de la vanne. Or ces bruits d'origines différentes ont des caractéristiques qul leur sont propres, de sorte que, pour les réduire il est préférable d'utiliser des moyens différents et appropriés à chacun d'eux. Le compresseur, qui comprend des masses animées de mouvements périodiques, est à l'origine d'un bruit à basse fréquence. Lorsqu'un moteur asynchrone alimenté en 50 Hz est utilisé pour sa commande, le compresseur émet un bruit à une fréquence de l'ordre de 47 Hz. Un tel bruit peut être amortI en disposant le compresseur dans une enceinte constituée par un matériau pondéreux, à condition que cette enceinte soit étanche. Les bruits qui proviennent du laminage, de l'ebulli- tion dans l'évaporateur et du passage du fluide dans la vanne thermostatique, sont généralement à une moyenne fréquence ils peuvent être étouffés par l'utilisation d'une enceinte mince revêtue intérieurement d'un feutre absorbeur. La figure 3 illustre de façon plus précise les moyens qui sont mis en oeuvre, selon l'invention, pour rendre la pompe silencieuse. Sur cette figure, le compresseur 8 est disposé dans une enceinte 40 constituée, par exemple, par de la fonte d'épaisseur comprise entre 5 et 10 mm. L'enceinte 40 comprend un couvercle supérieur 42 et un carter inférieur 44. L'étanchéité est assurée par un joint 46. L'enceinte 40 et les organes tels que l'évaporateur 4, le laminage 16 et la vanne thermostatique 18 sont disposés dans une seconde enceinte 48 constituée par une tôle mince 50 revêtue intérieurement d'un feutre absorbeur 52 (par exemple de la marque KEL-F) ou produit Kellev, d'une épaisseur de quelques millimètres. Grâce à ces dispositions, l'atténuation du bruit est remarquable et le niveau sonore de l'appareil est inférieur à 30 décibels. L'habillage 54 de la pompe de la figure 3 peut être en tôle ; il comprend des grilies 56 pour l'admission de l'air à réchauffer et une grille 58 pour le refoulement de l'air réchauffé. Grâce aux dispositions précédemment décrites pour étouffer les bruits à leur source, l'habillage 54 peut ne pas comporter de revêtement coupe-son, ce qui conduit à une économie sensible sur les matériaux insonores. En outre, les dimensions de l'appareil sont réduites par rapport à ceux qui utiliseraient, pour étouffer lesdits bruits, des matériaux insonorisant disposés sur l'ensemble de l'habillage, solution qui nécessiterait une épaisseur supérieure à 20 mm pour obtenir un niveau de bruit équivalent à celui du dispositif de l'invention. La pompe à chaleur illustrée sur la figure 3, est complétée par des organes connus non représentés, comme une batterie de chauffe à ailettes, un ventilateur et son moteur d'entrarnement, un thermostat d'ambiance et des organes de connexion électrique au secteur. REVENDICATIONS 1. Perfectionnement aux pompes à chaleur qui comprennent successivement un évaporateur parcouru, d'une part, par un fluide à évaporer et, d'autre part, par un liquide qui fournit la chaleur nécessaire à l'évaporation dudit fluide, un compresseur dudit fluide évaporé, suivi d'un condenseur et d'un détendeur relIé audit évaporateur, ledit perfectionnement consistant en la présence, à la sortie de liquide de l'évaporateur, d'une vanne thermostatique réglable, qui, en assurant une température constante d'évaporation du fluide dans l'évaporateur, assure une efficacité constante à ladite pompe à chaleur. 2. Perfectionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fluide est un hydrocarbure chlorofluoré. 3. Perfectionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détendeur est constitué par un gicleur ou par un tube calibré. 4. Perfectionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compresseur est disposé dans- une première enceinte étanche en métal, d'épaisseur comprise entre 5 et 10 mm, et en ce que la vanne thermostatique, l'évaporateur et le détendeur sont réunis dans une seconde enceinte revêtue intérieurement d'un feutre absorbant. 5. Perfectionnement selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite première enceinte est en fonte.