Brevet FR2363770A1 — publié le 19780331

La présente invention concerne un dispositif d'évaporation sans givrage, notamment du type compact, pour pompes a chialeur, en vue d'extraire la chaleur de l'air ambiant. I1 est connu que les pompes a chaleur destinées au chauffage se distinguent par le fait qu'elles extraient la chaleur de l'env-ronnement l'aide de leur évaporateur et qu'elles restituent celle-ci sous forme d'énergie thermique. La chaleur de l'environnement est donc en quelque sorte amenée par pompage d'un niveau de temperature plus bas un niveau de température plus élevé å l'aide d'un fluide de travail (fréon, difluorodichlorométhane - CF2C12 désignation du commerce F 12) et ensuite cette chaleur est fournie au système de chauffage par l'interme- diaire d'un échangeur de chaleur.Les pompes a chaleur ont ainsi l'avantage qu'on gagne avec elles davantage d'énergie thermique qu'on ne consomme d'énergie pour leur entrainement, car elles reçoivent de la chaleur environnante une énergie supplementaire 9 l'aide de leur evaporateur. Des pompes v chaleur de ce type sont entraidées par exemple par des moteurs électriques et elles présentent un très bon rendement en énergie par rapport å ltenergie électrique consommée.De toute façon, la rentabilité de telles pompes å chaleur å entraînement électrique dépend du prix du courant, c'est-a-dire de lténergie primaire installée, La où l'énergie primaire est par exemple du mazout, le détour par l'énergie électrique fournit un rendement relativement mauvais en énergie. Dans de tels cas, il vaut mieux entraîner les pompes 9 chaleur directement par un moteur diésel. Dans les pompes chaleur qui servent au chauffage des locaux, dans lesquelles les évaporateurs fournissent l'énergie supplémentaire partir de l'air ambiant, les Jvaporateurs sont habituellement en liaison direct avec l'air extérieur Comme le chauffage de locaux se produit surtout quand il fait froid"dehors", par exemple pour des températures extérieures de -5 a +5, il existe pour l'evaporateur, par suite de I'humidité encore présente a ces températures, le risque de givrage, ce qui abaisse fortement la transmission de chaleur. C' est notamment le cas pour des évaporateurs compacts, c'est-a-dire pour des évaporateurs a faible encombrement qui, pour des raisons de gain de place, adoptent une construction en lamelles du type radiateur d'automobile 9 ventilation forcez. Dans ces évaporateurs, le passage d'air est interrompu par le givrage, donc également l'emprunt de la chaleur å l'air ambiant, de sorte que le rendement en énergie de la pompe b chaleur tombe si bas que le chauffage est pratiquement nul. Le but de l'invention est donc de réaliser un dispositif avec lequel il soit possible de fournir de la chaleur å l'évaporateur d'une pompe à chialeur, notamment d'un évaporateur de ce type compact, partir d'air relativement froid, sans qu'il apparaisse de givrage de l'evaporateur. Le moyen de l'invention consiste a envoyer l'air ambiant par convection naturelle ou forcée, dans une gaine d'air fermée contenant au moins deux évaporateurs placés l'un derrière l'autre, le dispositif étant tel que, dans le premier étage, ltévaporation du fluide de travail dans ltevaporateur (ou les evaporateurs) qui est le premier en contact avec l'air extérieur, est réglée-de telle sorte que les surfaces d'échange thermique. de cet évaporateur soient suffisamment froides pour qu'il se produise sur cette surface une condensation de la vapeur d'eau se trouvant dans l'air ambiant, mais pas de givrage de l'eau formé par la condensation et ensuite évacuez et que, dans le deuxième étage, l'evaporation du fluide de travail dans les evaporateurs places en aval et qui sont en contact avec de l'air relativement sec, se produise comme l'exige le fonctionnement normal de la pompe a chaleur. L'objet de l'invention est donc un dispositif d'évapo- ration pour pompes à chaleur en vue d'extraire la chaleur de l'air ambiant, ce dispositif se caractérisant par les propriétés indiques ci-dessus. Conformdment l'invention, l'air extérieur est donc d'abord rendu relativement sec dans un premier jetage avant d'etre fortement refroidi dans un deuxième étage comme le nécessite la mise en oeuvre du chauffage permettant l'absorption d'une quantité de chaleur suffisante par le fluide de travail. L'assèchement dans le premier étage résulte du refroidissement de l'evaporateur des températures supérieures a 0 C ou suffisamment peu en dessous pour que de l'eau liquide puisse se former sur les surfaces d'échange thermique de l'évaporateur du premier étage, cette eau étant soit évacuée, soit utilisée pour le processus de chauffage. La régulation de la température de l'évaporateur du pre mier jetage résulte de la régulation d'une première soupape à étranglement dans le tubulure du fluide, en fonction de la pression de vapeur humide du fluide du premier étage ou en fonction de la température de celui-ci. La régulation se fait donc soit sur la pression constante de vapeur humide, soit, ce qui a un effet tout fait analogue, sur la température constante par manoeuvre de la soupape d'étranglement. Ensuite se produit le deuxième étranglement à l'aide de la deuxième soupape 9 étranglement qui amène une nouvelle détente de pression å la valeur que nécessite la puissance de chauffage. L'eau liquide tombant de l'évaporateur du premier étage peut a elle seule fournir une énergie thermique de 79,8 kcal quand on la fait se solidifier dans une petite 'brique de glace" placée en aval. Dans ce but, l'eau liquide est amenée å des canaux ou fentes de congélation a l'aide d'une pompe a eau volumétrique (et non centrifuge) dtoù elle sort sous la forme de glace facile a briser. Cette glace peut être utilisée telle quelle ou être balayée des canaux ou rainures par un courant d'eau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se reportant au dessin unique annexé qui représente schématiquement le circuit d'une pompe à chaleur. La gaine d'air 1 contient un premier et un second évaporateur 2, 3. En dessous du premier se trouve un bac de récupération 4 de liteau de condensation et un dispositif 5 d'évacuation de liteau. Le circuit du fluide frigorigène comprend un compresseur 6 refoulant en 6' et entraîné par le moteur 7, un échangeur de chaleur 8, une première soupape b étranglement 9, l'évaporateur 2, la deuxième soupape a étranglement 10 et l'évaporateur 3. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'entre décrits uniquement a titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATION Dispositif d'évaporation sans givrage pour pompe d chialeur, en vue d'extraire la chaleur de l'air ambiant caractérisé en ce que l'air ambiant passe, par convection naturelle ou forcée, dans une gaine d'air fermée contentant au moins deux évaporateurs placés l'un derrière l'autre, le dispositif étant tel que, dans le premier étage, l'évaporation du fluide de travail dans ltévaporsteur (ou les évaporateurs) qui est le premier en contact avec l'air extérieur, est réglée de telle sorte que les surfaces d'échange thermique de cet évaporateur soient suffisamment froides pour qu'il se produise sur cette surface une condensation de la vapeur d'eau se trouvant dans l'air ambiant, mais pas de givrage de l'eau formée par la condensation et ensuite évacuée et que, dans le deuxième étage, l'évaporation du fluide de travail dans les évaporateurs placés en aval et qui sont en contact avec de l'air relativement sec, se produise: comme l'exige le fonctionnement normal de la pompe à chaleur.