Brevet FR2470946A3 — publié le 19810612

FR 2470946 A3 19810612 FR 8024453 A 19801110 L'invention concerne un réservoir récupérateur de chaleur, avec une entre inferieure d'eau froide et une sortie supérieure d'eau chaude, à l'intérieur duquel est monte' un échangeur de chaleur faisant partie du circuit parcouru par le fluide réfrigérant d'une machine frigorifi- que, de préférence de grande puissance. Des réservoirs de récupération de chaleur de ce genre sont déjà connus. Dans ceux ci, l'échangeur de chaleur, à travers lequel circule en règle générale du fréon ou un fluide réfrigérant analogue, est place à la partie inférieure du réservoir, à proximité de l'entrée d'eau, le fluide réfrigérant, parvenant à l'état gazeux et surchauffé depuis la machine frigorifique, se condense et se refroidît dans l'échangeur de chaleur. Les calories cédées par le fluide réfrigérant sont absorbées par l'eau qui se trouve dans le réservoir, et se répartissent vers le haut à l'intérieur de ce réservoir.Ainsi, au moins au bout d'une certaine durée au cours de laquelle aucune eau n'est prélevée, l'on obtient une certaine température moyenne dans l'ensemble du réservoir, température qui, même dans le meilleur des cas, ne peut excéder la température de condensation du fluide réfrigérant. Dans le cas des pompes à chaleur, où l'obtention de calories à partir du fluide réfrigérant est le but principal, on connaît aussi des dispositifs avec des échan- geurs de chaleur placés à l'intérieur de réservoirs de récupération. Ces dispositifs concernent toutefois le domaine des pompes à chaleur, et ne constituent pas des réservoirs récupérateurs de chaleur destines à être insérés dans le circuit de réfrigération d'une machine frigorifique. Par ailleurs, on connaît déjà un dispositif, dans lequel le fluide réfrigérant parcourt un échangeur de chaleur, qui est place à l'intérieur d'un réservoir rempli d'eau ou d'un autre liquide Dans ee réservoir est monte un autre réservoir 9 dont le contenu est destiné à prélever la chaleur emmagasinée dans le premier réservoir. Ce dis- positif est d'une construction très coûteuse, il entraîne de fortes pertes de chaleur et, comme précédemment, on obtient pratiquement une température égalisée moyenne dans le réservoir interne destine à récupérer finalement la chaleur. La présente invention vise à remédier à tous ces inconvénients, en fournissant un réservoir récupérateur de chaleur pour machines frigorifiques permettant d'obtenir et de prélever une eau dont la température est supérieure à la température de condensation du fluide réfrigérant. A cet effet, il est prévu selon l'invention que l'échangeur de chaleur est constitué par un serpentin ou similaire, parcouru par le fluide réfrigérant, et s'éten- dant dans le réservoir depuis la proximité de la sortie d'eau chaude jusqu'à l'entrée d'eau froide,l'arrivée du fluide réfrigérant dans ledit serpentin, donc la partie la plus chaude de ltéchangeur de chaleur, se situant ainsi à proximité de la sortie d'eau chaude hors du réservoir, tandis que la sortie du fluide réfrigérant, donc la partie la plus froide de ltéchangeur de chaleur, se situe au voisinage de l'entrée d'eau froide. Grâce à cette disposition, on obtient, comme résultat intéressant, que le fluide réfrigérant surchauf fé, à l'ôtant gazeux, cède déjà de la chaleur à l'eau contenue dans le réservoir, de préférence de l'eau à utilisation industrielle, à proximité de la sortie d'eau, si bien que dans cette région du réservoir sera atteinte, en raison de la surchauffe du fluide réfrigérant, une température de l'eau supérieure à la température de condensation de ce fluide. Cette température élevée pourra se maintenir dans une large mesure, si le réservoir est suffisamment isolé, étant donné que l'eau la plus chaude ne peut pas s'élever et ne peut ainsi rencontrer des couches d'eau plus froides. Au cours de son trajet de haut en bas dans lté- changeur de chaleur, le fluide réfrigérant se condense aussi et cède ainsi des calories supplémentaires. Dans sa région la plus basse, où entre l'eau froide, le réservoir n'a, en général, pas a renfermer de l'eau réchauffée. C'est seulement lorsqu'aucune quantité d'eau n'a été prôlevôe du réservoir, pendant une certaine durée, donc si aucune nouvelle quantitô d'eau froide n'est entre dans le réservoir, que l'eau contenue dans ce réservoir se réchauffera petit à petit, depuis le haut vers le bas, l'eau qui se trouve déjà à température très élevée au sommet du réservoir ne pouvant plus accepter les calories cédées par le fluide réfrigérant. La zone de réchauffement et de condensation se propage ainsi, peu a peu, vers le bas.Si, dans ces conditions, le réservoir dont on ne prélève pas d'eau arrive finalement à avoir, sur toute sa hauteur, une température d'eau suffisamment élevée pour que le fluide réfrigérant ne se condense plus pendant son trajet dans l'échangeur de chaleur interne à ce réservoir, le fluide réfrigérant aura toujours la possibilité de se refroidir et de se condenser, de manière classique, dans le condenseur associé à la machine frigorifique. L'invention repose donc, principalement, sur l'idée de réchauffer surtout la masse d'eau contenue dans le réservoir et se trouvant à proximité immédiate de la sortie d'eau, pour que l'utilisateur, au moment où il prélève de l'eau, obtienne immédiatement l'eau la plus chaude. De cette manière, l'on obtient aussi une utilisa- tion pratique de la température de surchauffe du fluide réfrigérant. Pendant que l'on prélève de l'eau à la sortie du réservoir, la disposition selon l'intention correspond pratiquement à un échangeur de chaleur à contre-courant. L'arrivée du fluide réfrigérant le plustprès possible du du départ de l'eau a pour résultat que le fluide réfrigé rant entre réellement dans la partie supérieure de la réserve d'eau a sa tempôrature la plus élevée, et qu'il peut céder dans cette région une quantité de chaleur maxi- male à l'eau. Le fluide réfrigérant se trouve encore à l'état gazeux dans cette région, de sorte que la surface extérieure du tube qui le véhicule est à température très élevée.A cet égard, il est aussi très important que la sortie du fluide réfrigérant, refroidi, se trouve réellement à proximité de l'entrée d'eau froide, ou audessous de cette entrée, et ne soit pas constituée par un conduit de retour traversant l'intérieur du réservoir et sortant ensuite de ce réservoir au voisinage de l'arrivée du fluide réfrigérant. Un tel agencement pourrait, en effet, provoquer un refroidissement non désiré de l'eau la plus chaude, puisque le fluide refroidi serait véhiculé, par le conduit de retour, au travers de cette eau la plus chaude. Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, le serpentin monté à l'intérieur du réservoir est réalisé à partir d'un tube de sécurité à double paroi. En cas de détérioration de la paroi du serpentin, on évite ainsi que le fluide réfrigérant, avec des impuretés éventuelles telles que des résidus d'huile, ne se mélange à lteau~destinée à être utilisée. Entre les deux parois du serpentin, on peut prévoir une pâte conductrice de la chaleur ou bien de l'eau. Des moyens indicateurs connus en soi permettent, dans ce cas, de surveiller si la paroi interne ou externe du serpentin comporte une fuite. Dans une forme d'exécution de l'invention, importante notamment dans le cas d'exploitations de grande taille avec plusieurs chambres froides ou armoires frigorifiques, plusieurs serpentins imbriqués sônt montés à l'intérieur du même réservoir, chacun étant parcouru par un fluide réfrigérant et possédant son entrée et sa sortie. Grâce à cette disposition, plusieurs machines frigorifiques peuvent coopérer avec le même réservoir récupérateur de chaleur, chaque serpentin faisant partie d'un circuit de réfrigération distinct. Les frais d'installation sont ainsi diminués, et le rendement est augmen té. En outre, les dimensions du réservoir peuvent. être elles aussi augmentées dans ce cas d'application. Avantageusement, le réservoir peut renfermer un autre échangeur de chaleur, permettant de transfôrer les calories de l'eau réchauffée par exemple a un système de chauffage ou encore à des appareils de chauffage indé- pendants les uns des autres. Les caractéristiques de 19 invention permettent d'amener une partie de l'eau contenue dans le réservoir à une température avoisinant la température de surchauffe du fluide réfrigérant et de toute façon, à une température supérieure à celle qui serait obtenue dans le cas d'un échangeur de chaleur traditionnel placé dans la seule région inférieure du réservoir, ou dans le cas d'un échangeur avec son entre et sa sortie situées l'une a proximité de l'autre, ce qui serait la solution venant d'abord à l'esprit en application de la propriété physique connue, selon laquelle l'eau chaude tend à s'élever L'invention permet de prélever a la partie supérieure du réservoir une eau à température sensiblement plus élevée, et il est à noter encore qu'après prélèvement d'une certaine quantité d'eau, on disposera très rapidement d'un nouveau volume d'eau chaude analogue pour une future utilisation, car le réchauffement est concentré sur le sommet du réservoir, donc concerne à chaque fois une quantité d'eau relativement faible. La présente invention trouve une application intéressante par exemple dans les boucheries, où il existe d'une part de grandes chambres froides, et où l'on utilise d'autre part de l'eau chaude, en quantités assez élevées et de manière fréquente. D'autres genres d'exploitations possédant de grandes chambres froides, telles que des restaurants, sont aussi concernés par l'invention.Un réservoir récupérateur de chaleur de plus petite capacité pourrait aussi être installé à proximité d'un réfrigérateur d'hôtel on même de maison individuelle Même un réfrigérateur do- mestique habituel comporte déjà des pertes de chaleur telles qu'il permettrait de chauffer quotidiennement environ 250 litres d'eau, de 20 Celsius à 60 Celsius, sans qu'il en résulte une consommation d'énergie plus forte. Pendant le transfert de chaleur entre le réfrigérateur et le réservoir récupérateur, on peut arrêter la marche du ventilateur du condenseur, par exemple par 1'intermédiaire d'un interrupteur manométrique, ce qui conduit même à une économie d'énergie. L'interrupteur manométrique provoquera de nouveau la mise en marche du ventilateur-, seulement lorsque l'eau dans le réservoir sera tellement chaude que la condensation du fluide réfrigérant ne peut plus avoir lieu dans le réservoir, et doit s'effectuer dans le condenseur de la machine frigorifique. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence à l'unique figure du dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de ce réservoir récupérateur de chaleur. La figure unique montre, de manière schématique, un circuit de réfrigération et un réservoir avec entre et sortie d'eau, à l'intérieur duquel est dispose un serpentin servant d'échangeur de chaleur. Le réservoir récupérateur de chaleur, désigné dans son ensemble par le repère 1, comporte une entrée d'eau inférieure 2, plus particulièrement une entrée d'eau froide, et une sortie supérieure 3 pour l'eau chaude. Le réservoir proprement dit 4 de ce récupérateur de chaleur, revêtu extérieurement d'une enveloppe isolante 5, renferme un échangeur de chaleur , constitué par un serpentin 6 dans la forme de réalisation choisie comme exemple. Dans cet exemple sont d'ailleurs prévus deux serpentins 6 imbriqués l'un dans l'autre, de manière à permettre le raccordement de deux circuits de de réfrigération au réservoir 4.Toutefois, un seul de ces circuits de réfrigération a été représenté. Le fluide réfrigérant provenant d'un compresseur 7 à l'état surchauffé, arrive au serpentin 6 par son entrée supérieure 8, car selon l'invention la partie la plus chaude 9 de l'échangeur de chaleur est situôe le plus près possible de la sortie d'eau 3, tandis que sa partie la plus froide 10 est proche de l'entrée d'eau 2. L'entrée 8 du fluide réfrigérant dans le serpentin 6 peut être ainsi adjacente à la sortie d'eau 3, pour ôviter tout refroidissement de ce fluide avant qu'il ne parvien- ne dans la partie la plus hante remplie d'eau On pour- rait cependant envisager aussi de placer plus bas cette entrée 8 du fluide réfrigérant, mais dans ce cas il conviendrait d'isoler le conduit au niveau de la partie supérieure la plus chaude 9 de l'échangeur de chaleur 6, à l'intérieur du réservoir, afin que le fluide réfrigé rant soit à sa température la plus élevée dans la partie supérieure la plus chaude de l'échangeur de chaleur 6. De cette manière, on obtient que l'eau, disponible à l'orifice 11 de la sortie d'eau chaude 3, se trouve à sa température la plus élevée.Le fluide réfrigérant peut ici céder toute la chaleur qui correspond à l'annulation de sa surchauffe. Dans la suite du parcours du serpentin 6, jusqu'à la sortie inférieure 12, le fluide réfrigérant peut se condenser, en cédant des calories supplémentaires à l'eau. La température régnant à la base du réservoir sera donc toujours la plus basse, tandisXque l'on pourra obtenir une température très élevée au sommet du réservoir. Etant donné que la quantité de chaleur cédée par le fluide réfrigérant n'est pas utilisée en permanence pour réchauffer la totalité du contenu du réservoir, l'eau à la sortie 3 pourra avoir une température d'autant plus élevée. Les serpentins 6 peuvent être réalisés à la manière de tubes de sécurité à double paroi, avec un liquide de léchage circulant entre la paroi interne et la paroi externe. Comme déjà indiqué plus haut, il est prévu dans la forme de réalisation représentée ici à titre d'exemple, deux serpentins imbriqués 6, montés à l'intérieur du même réservoir 4. Bien évidemment, on pourrait prévoir des serpentins encore plus nombreux, montés à l'intérieur d'un réservoir dont les dimensions seraient augmentées en conséquence. Comme on peut le voir sur le dessin, la sortie inférieure 12 du serpentin 6 est reliée à un interrupteur manométrique 13, par l'intermédiaire duquel le fluide réfrigérant parvient au condenseur habituel 14 d'une machine frigorifique 15. Ce condenseur 14, muni d'un ventilateur 16, est utilisé dans le cas où l'on n'aurait pas prélevé d'eau à la sortie du réservoir 4 pendant une très longue durée, et où cette eau aurait été peu à peu amenée depuis le bas vers le haut, à la température de condensation, si bien que le fluide réfrigérant ne pour rait plus céder sa propre chaleur, ni la chaleur emmaga- sinée dans le réservoir 4 Dans ce cas1 le ventilateur 16 est mis en service par l'interrupteur manométrique 13, de sorte que le fluide réfrigérant pourra être entièrement condensé dans le condenseur 14.De là, le fluide récupéré dans un collecteur 17 parviendra a la machine frigori- fique 15 proprement dite, a l'intérieur d'une chambre froide 18 ou similaire. Il est encore à signaler que l'entrée d'eau froide 2 est protégée, à son débouché 19, par une tôle déflectrice 20, pour éviter des courants trop forts et des turbulences à l'entrée de cette eau froide dans le réservoir 4, ce qui risquerait de provoquer un mélange de l'eau la plus chaude, située dans la région supérieure du réservoir, avec de l'eau plus froide venant de la région inférieure du réservoir. Comme il va de soi, et comme il résulte déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation de ce réservoir récupérateur de chaleur qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes conçues suivant le même principe, quels qu'en scient les détails constructif s et les applications. - REVENDICATIONS 1. - Réservoir récupérateur de chaleur, avec une entrée inférieure d'eau froide et une sortie supérieure dteau chaude, à l'intérieur duquel est monté un échangeur de chaleur faisant partie du circuit parcouru par le fluide réfrigérant d'une machine frigorifique, de préférence de grande puissance, caractérisé en ce que 1'échangeur de chaleur est constitué par un serpentin (6) ou similaire, parcouru par le fluide réfrigérant, et s'étendant dans le réservoir (4) depuis la proximité de la sortie d'eau chaude (3) jusqu'a l'entre d'eau froide (2), l'arrivée (8) du fluide réfrigérant dans ledit serpentin (6), donc la partie la plus chaude de l'échangeur de chaleur, se situant ainsi à proximité de la sortie d'eau chaude (3) hors du réservoir (4), tandis que la sortie (12) du fluide réfrigérant, donc la partie la plus froide de ltéchangeur de chaleur, se situe au voisinage de l'entrée d'eau froide (2). 2. - Réservoir récupérateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le serpentin (6), monté à l'intérieur du réservoir (4), est réalisé à partir d'un tube de sécurité à double paroi. 3. - Réservoir récupérateur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que des moyens conducteurs de la chaleur sont prévus entre les deux parois du serpentin. 4. - Réservoir récupérateur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que plusieurs serpentins (6), notamment imbriqués, sont montés à l'intérieur du même réservoir (4), chacun d'eux étant parcouru par un fluide réfrigérant et possédant son entrée (8) et sa sortie (12). 5. - Réservoir récupérateur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le réservoir (4) renferme un autre échangeur de chaleur, permettant de transférer les calories de l'eau réchauffée par exemple à un système de chauffage ou encore à des appareils de chauffage indépendants les uns des autres. 6. - Réservoir récupérateur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que le condenseur (14) de la machine frigorifique (15) est commandé par l'intermédiaire d'un interrupteur manométrique (13), qui le met en-marche lorsque le fluide réfrigérant sert non condense de l'échangeur du réservoir (4), lorsque la température de ce réservoir est trop élevée. 7. - Réservoir récupérateur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le débouché (19) de l'entrée d'eau froide (2) est protégé, notamment par une tole déflectrice (20), vis-à-vis de l'intérieur du réservoir (4).