Brevet FR2439371A1 — publié le 19800516

La présente invention concerne des agencements particuliers constituant un dispositif de pompe de chaleur ou de réfrigérateur en circuit fermé avec un fluide frigorigène condensable pour améliorer la performance dudit dispositif. En principe, un circuit fermé constituant le di spositif comprend un laminoir dont le rôle théorique est de maintenir la différence de pression entre la partie du circuit dite haute pression et celle dite basse pression. Ce laminoir est suivi d'un évaporateur dont le rEle est de transmettre des calories extraites d'une source froide au liquide afin d'évaporer ce dernier. Cependant dans la pratique, la chute de pression due au laminoir a une action néfaste, car elle provoque l'évaporation spontanée du liquide mdme avant apport de calories, ce qui correspond à une détente isenthalpique, et c'est pour cette raison que le laminoir est souvent appelé détendeur. L'auteur de la présente invention a démontré que la vapeur produite de cette façon se trouve dans un état tel que son énergie interne est inférieure à celle de vapeur normale pour la température d'évaporation considérée, produite par l'évapora~ tion dtun liquide en chauffant ce dernier. Le but essentiel de la présente invention est donc d'empecher ou au moins de minimiser la production de cette vapeur anormale. Afin de comprendre le principe de la présente invention, il est nécessaire de bien comprendre la nature d'un phénomène d'états variables à l'intérieur d'une phase à température constante. Il existe des expériences faites en laboratoire montrant que certaines substances, telles que les Fréons, l'ans moniaque, etc., peuvent assumer plusieurs états hétéroentropiques dans une ou plusieurs phases. Si, par exemple, on détend une petite quantité de Fréon 22 liquide dans un cylindre calorifugé, on constate que la totalité du liquide s'évapore tandis que la baisse adiabatique de température ne correspond pas à celle normalement requise pour fournir l'énergie d'évaporation. En effet,4 cette dernière est bien inférieure à celle indiquée par les tables de données thermodynamiques de sorte que la vapeur produite se trouve dans un état entropique moins énergétique que celui de la vapeur normale. Pour faciliter la discussion qui suit, nous appellerons cette vapeur anormale une vapeur "bleue", tandis que la vapeur dont font état les tables de données thermodynamiques sera dénommée vapeur "rouge". Une telle expérience montre qu'il est possible de produire éventuellement deux états de phase gazeuse dont les entropies à une seule température donnée sont différentes. En considérant le circuit classique illustré par a figure 1 en annexe, les vapeurs bleues issues du détendeur D et travers ant l'évaporateur E arrivent à l'entrée du compresseur MC qui les comprime avec une absorption d'énergie mécanique dépassant celle nécessaire à la compre ssion de vapeurs rouges. Le principe proposé par l'invention consiste à refroidir le condensat à une température aussi proche que possible de celle d'évaporation, ce qui garantit une production minimale de vapeurs bleues et en conséquence une surchauffe minimale à la sortie du compresseur MC. Pour arriver à cette fin, l'invention propose d'utiliser le milieu constituant la source froide pour surrefroidir le condensat bien séparé des vapeurs comprimées sortant du compresseur MC par un réservoir à puisard R selon les principes connus de surrefroidissement. Dans la figure 2, le milieu M2 enlève d'abord les calories du surrefroidisseur SR1 pour obtenir à la sortie du détendeur D un liquide à une température proche de celle d'évaporation, et ensuite restituer ces calories à l'évaporateur E permettant à celui-ci d'évaporer le liquide avec production de vapeurs rouges. En même temps, ce procédé, en augmentant la chute de teo pérature à travers l'évaporateur E, améliore la capacité d'échange thermique de ce dernier. Bien entendu, le surrefroidisseur SR1 et l'évaporateur E fonctionnent vis-à-vis du milieu M2 de préférence à contre-corant si la construction du dispositif le permet. Afin de réduire la température du condensat au maximum, I'inven- tion propose également une variante illustrée par la figure 3, dans laquelle le milieu M2 traverse d'abord l'évaporateur E et puis ensuite le surrefroidisseur SR2, l'inconvénient étant la nécessité d'un évaporateur plus impor- tant pour assurer le mEme échange thermique. L'invention propose également une deuxième variante illustrée par la figure 4 qui cumule plus ou moins, selon le dimensionnement des deux parties du surrefroidisseur, les avantages des configurations illustrées par les figures 2 et 3. L'invention propose également d'autres variantes dans lesquelles le chemin du milieu M2 est tant8t en parallèle, tant8t en série sur les éléments échangeurs, pour les commodités pratiques, un cas type étant illustré par la figure 5. Dans certains cas d'application, il peut être avantageux de profiter du surrefroidissement classique pour augmenter l'énergie transférée au milita M1 constituant la source chaude. L'invention propose donc une deuxième série de variantes illustrées par les figures 6, 7 et 8 dans lesquelles le surrefroidisseur est divisé en 2 ou 3 parties, dont une, la plus chaude, est parc ourue par le milieu M1. Bien que les principes de la présente invention soient décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, il est bien entendu que cette description ainsi que les figures l'accompagnant sont données à titre d'exemple et ne constituent en aucune façon de limites à des formes de réalisations pratiques de l'invention, à l'étendue de l'invention ou ai domaine d'application de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Un agencement particulier constituant un dispositif de pompe de chaleur ou de réfrigérateur en circuit fermé avec un fluide frigorigène condensable, caractérisé par le fait qu'un milieu constituant la source froide parcourt un échangeur de surrefroidissement placé dans le circuit du fluide frigorigène entre un réservoir à puisard en aval du condenseur et le laminoir ou le détendeur, avant de parcourir ltévaporateur pour d'une part refroidir le condensat à une température proche de celle d'évaporation limitant ainsi la formation par détente isenthalpique de vapeurs pauvres en énergie interne et d'autre part fournir un supplément utile d'énergie thermique facilitant l'évaporation avec formation de vapeur normale et riche en énergie interne, ce qui par ailleurs réduit énergie mécanique que doit fournir le compresseur du dispositif considéré, et augmenta la capacité d'échange thermique de l'évaporateur. 2. - Un agencement particulier constituant un dispositif de pompe de chaleur ou de réfrigérateur en circuit fermé avec un fluide frigorigène condensable caractérisé par le fait qu'un milieu constituant la source froide e*ractionné pour parcourir en parallèle ltévaporateur et un échangeur de surrefroidissement placé dans le circuit du fluide frigorigène entre un réservoir à puisard en aval du condenseur et le laminoir ou le détendeur pour refroidir le condensat à une température proche de celle d'évaporation limitant ainsi la formation par détente isenthalpique de vapeurs pauvres en énergie interne et d'autre part fournir un supplément utile d'énergie thermique facilitant l'Evaporation avec formation de vapeur normale et riche en énergie interne, ce qui par ailleurs réduit l'énergie mécanique que doit fournir le compresseur du dispositif considéré. 3. -I Un agencement particulier constituant un dispositif de pompe de chaleur ou de réfri:gérateur en circuit fermé avec un fluide frigorigène condensable, caractérisé par le fait qu'un milieu dont le flux pour des raisons pratiques poo rait titre limité et non infini et constituant la source froide parcourt d'abord ltévaporatsur afin d'abaisser sa température et ensuite un échangeur de surrefroidissement placé dans le circuit du fluide frigorigène entre un réservoir à puisard en aval du condenseur et le laminoir ou le détendeur, pour refroidir le condensat à une température encore plus proche de celle d'évaporation que dans l'agencement selon les revendications 1 et 2 dans le but de minimiser la formation par détente isenthalpique de vapeurs pauvres en énergie interne, ce qui minimise l'énergie mécanique que doit fournir le compresseur du dispositif. 4. - Un agencement particulier constituant un dispositif de pompe de chaleur ou de réfrigérateur en circuit fermé avec un fluide frigorigène condensablaw, caractérisé par le fait qu'un échangeur de surrefroidissement placé dans le circuit du fluide frigorigène entre un réservoir à puisard en aval du condenseur et le laminoir ou le détendeur eBdivisé en deux parties, un milieu constituant la source froide parcourant d'abord la plus chaude de ces parties, puis parcourant l'évaporateur et finalement parcourant la moins chaude de ces parties, afin de cumuler les avantages des agencements selon les revendications 1, 2 et 3 à des degrés qui dépendent du dimensionnement desdites parties. 5. T Un agencement particulier constituant un dispositif de pompe de chaleur ou de réfrigérateur en circuit fermé avec un fluide frigorigène condensable, caractérisé par le fait qu'un échangeur de surrefroidissement placé dans le circuit de fluide frigorigène entre un réservoir à puisard en aval du condenseur et le laminoir ou le détendeur est divisé en deux ou trois parties, un milieu constituant la source chaude parcourant la plus chaude des deux ou trois parties pour obtenir un meilleur transfert thermique selon le procédé classique de surrefroidissement, tout en permettant un agencement avec la partie moins chaude ou bien avec les deux parties moins chaudes selon la revendication 1, 2, 3 ou 4.