Brevet FR2479435A1 — publié le 19811002

L'invention a pour objet une installation double flux d'échange thermique à circuits multiples d'évaporation - condensation, et à pompe de chaleur. On connait déjà des installations d'échange thermique comportant une pompe de chaleur, c'est-à-dire un compresseur de fluide frigorigène, un échangeur jouant le rôle d'évaporateur ,un échangeur jouant le role de condenseur et un organe de détente. Lorsqu'unie telle'installation est prévue pour le chauffage d'un milieu gazeux, par exemple pour le conditionnement de l'air d'un bâtiment à usage d'habitation, industriel, ou tertiaire le coefficient de performance, -rapport de la puissance calorifique produite à la puissance absorbée-, est faible, en raison de l'importance de la puissance absorbée elle-même due aux irréversi biliés des échanges thermiques. On a déjà propose, pour pallier l'inconvénient lié aux fortes irréversibilités des échanges thermiques, de fractionner l'installation, c'est-à-dire de constituer celle-ci suivant plusieurs étages de pompe de chaleur. On a également propose de remplacer un stage de pompe de chaleur par un récupérateur statique. De telles installations ne sont pas toutefois entièrement satisfaisantes, car la récupération de chaleur étagée s'effectue toujours dans des appareils différents, ce qui conduit, d'une part, à des fuites d'air entre les de-ux flux gazeux et à des pertes de charge importantes sur les circuits aérauliques, et d'autre part, à de graves problèmes pour l'évacuation des condensats. Par ailleurs, les dispositifs de régulation du récupérateur statique sont toujours complexes. C'est, d'une manière générale, un but de l'invention de fournir une installation qui ne présente pas les inconvénients, rappelés ci-dessus, des installations connues. C'est, en particulier, un but de l'invention de fournir une installation dont la récupération de chaleur sur la source froide s'effectue dans un évaporateur monobloc multizones. C'est aussi, un but de l'invention de fournir une telle installation qui ne fasse appel qu?à un condenseur monobloc mul-tizones pour le chauffage de la source chaude. C'est encore, un but de l'invention de fournir une installation dans laquelle la circulation du fluide frigorigène entre le condenseur multizone et'l'évaporateur multizone s'effectue partiel lent ou totalement par thermosiphon avec changement d'état physique du fluide. C'est enfin, un but de l'invention de fournir une installation dans laquelle la circulation du fluide dans chaque zone est régulable. Uns installation d'échange thermique selon l'invention, comprenant des échangeurs multizones, est caractérisée en ce les zones des échangeurs de chaleur sont disposées, respectivement, en série et adjacentes les unes aux autres sur les flux gazeux balayant, respectivement les dites zones des échangeurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, un premier milieu gazeux balaie successivement les zones de ltéchangeur jouant le rôle d'évaporateurs de la première zone, de la seconde, de la troisième etc... de la nième zone, tandis qu'un second milieu gazeux balaie successivement les zones de ltéchangeur jouant le rôle de condenseurs de le n- 1 àme zone, de la n- 2ème zone etc... de la troisième zone, de la seconde zone, de la première zone et de la nième zone, la circulation du fluide frigorigène entre le condenseur et ltévaporateur des zones 1 à n-1 s'effectuant par circulation naturelle, alors que la circulation du fluide de la nième zone s'effectue par l'intermédiaire d'un compresseur. L'invention sera bien comprise par la description qui suit, faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lequel - la figure 1 est un schéma d'une installation selon l'invention - la figure 2 est un schéma analogue à celui de la figure 1, mais pour une variante. - la figure 3 est une vue en élévation d'un élément constitutif de l'installation - la figure 4 en est une vue de coté. Une installation d'échange thermique selon l'invention loi, figure 1, comprend une entrée d'air neuf a . L'air neuf est réchauffé par un condenseur 11 à plusieurs étages à circulation naturelle de fluide frigorigène. Le dispositif Il sera décrit plus en détail ci-après ; il permet de transférer à l'air neuf a jusqu'à 70 % de la chaleur contenue dans l'air extrait chaud pénétrant en c dans l'installation grâce au ventilateur 14. En série et adjacent au dispositif 11, l'installation comprend un échangeur 12 formant partie constitutive d'une pompe de chaleur. La pompe de chaleur comprend, de façon en soi connue, un compresseur 19, un second échangeur 16, et un détendeur 22 sur le circuit de fluide frigorigène reliant les deux échangeurs 12 et 16 qui jouent respectivement, par exemple lorsque l'installa tion est utilisée pour le chauffage, le rôle de condenseur et d' évaporateur. Après passage au travers du condenseur 12, l'air neuf chaud est pulsé par l'intermédiaire du ventilateur 13, le trajet de l'air soufflé étant montré par la flèche b. Selon l'invention, également, l'air extrait c est envoyé, par l'intermédiaire du ventilateur 14, sur un évaporateur 15, à plusieurs étages, à circulation naturelle de fluide frigorigène, vant de passer sur l'échangeur thermique 16 de la pompe de chaleur ; l'air est ensuite rejeté à l'extérieur en d. L'installation d'échange thermique, selon l'invention, peut comporter une série de trois volets d'air 30, 31, 32, destinés à assurer un recyclage total, partiel, ou nul, de l'air extrait sortant de 11échangeur 16, le trajet de l'air recyclé étant montré par la flèche e. Les proportions d'air neuf a et d'air rejeté d peuvent, de ce fait, varier en conséquence Dans une variante, figure 2, le compresseur 19 est équipé d'un échangeur refroidisseur d'huile 28, le condenseur 12 est alors séparé en deux parties 121 et 122 permettant ainsi de mieux utiliser la chaleur dégagée par le compresseur. Dans une autre variante, la pompe de chaleur peut être équipée de deux ou trois circuits indépendants, les échangeurs 12 et .16 sont alors séparés en deux ou trois parties adjacentes les unes aux autres permettant ainsi une récupération de chaleur étagée, d'une manière analogue à celle assurée par les circuits multiples du récupérateur comportant les échangeurs 11 et 15. L'installation d'échange thermique selon l'invention comporte un dispositif il de transfert de chaleur et un dispositif 15 de captation de chaleur, figures 3 et 4. Le condenseur 11 est constitué d'une série de condenseurs 111, 112, 113, etc..., adjacents les uns aux autres. Chaque élément se compose d'un ensemble de tubes horizontaux supperposés 351, 352, 353, etc. reliés entre eux par des coudes 361.2., 36203., etcOO. de manière à former un serpentin de condensation. Les tubes 35, en cuivre9 aluminium, ou autre, sont lisses ou poreux intérieurement, et ex térieuramant garnis d'ailettes verticales 39 généralement en aluminium. L'évapora-teur 15 est constitué d'une série d'évaporateurs 151, 152, 153, etc.0., adjacents les uns aux autres. Chaque élément se compose d'un ensemble de tubes horizontaux supperposés 371 372, 373, etc... reliés entre eux par des coudes 381Z, 382 3 etc... de manière à former un serpentin d'évaporation. Les tubes 37, en cuivre, aluminium, ou autre, sont lisses ou po reux intérieurement, et extérieurement garnis d'ailettes verticales 41, ce qui facilite l'écoulement des condensats. Les éléments respectifs de condenseurs 11 et d'évaporateurs 15 sont reliés entre eux par des tuyauteries 17 et 18 afin de former des circuits fermés tel que représenté figure 3. Chaque circuit est équipé d'un orifice de tirage au vide et de remplissage 34 constitué d'une valve ou plus simplement d'un tube pincé soudé après remplissage. Le liquide frigorigène descend dans l'évaporateur par la tuyauterie 18, la chaleur puisée à l'air extrait fait entrer le liquide en ébullition à l'intérieur des tubes 37, les vapeurs ainsi formées montent dans le condenseur par la tuyauterie 17, les vapeurs se condensent dans les tubes 35 cédant ainsi de la chaleur à l'air neuf, le liquide formé retourne gravitairement dans ltévaporateur par la tuyauterie 18. Dans une variante, les tuyauteries 181, 182, 183, etc... e retour de liquide frigorigène des évaporateurs respectifs 151 152, 153, etc... sont équipées de vannes, par exemple électroma- gnétiques, respectivement 331 S 332, 333, etc... destines à arrêter la circulation du fluide de chacun des circuits, ce qui permet ainsi de réguler la récupération de la chaleur et même de l'annuler. Tous les éléments du condenseur 11, hors mis les coudes 36, sont insérés dans une gaine 40 commune destinée à canaliser l'air; le (ou les) condenseur (s) 12 du (ou des) circuit (s) de pompe (s) de chaleur, peuvent avantageusement être insérés dans la même gai- ne 40 formant ainsi une seule batterie ailettée. De marne, tous les éléments de ltévaporateur 15, hors mis les coudes 38, sont insérés dans une gaine 42 destinée à canaliser l'air ; le (ou les) évaporateur (s) 16 du (ou des) circuit (s) de pompe (s) de chaleur peuvent également être insérés dans la marne gaine 42 farmant ainsi une seule batterie ailettée. La disposition selon l'invention permet ainsi une séparation physique complète par la plaque 25 entra les deux flux gazeux. Dans une autre variante, les vannes 331 332 etc... figures 3 et 4, sont remplacées par des pompes de circulation de fluide frigorigène permettant ainsi l'éloignement de l'évapora- teur 15 et du condenseur Il L'invention n'est pas limitée, bien sûr, à son application au chauffage de l'air de conditionnement d'un local. C'est ainsi que l'installation peut être utilisée également pour le refroidis sement de l'air conditionné lorsque les pompes de chaleur sont du types à "cycle réversible". L'invention est applicable également à la récupération de la chaleur de fluides gazeux au même titre que les récupérateurs statiques traditionnels, mais d'une façon plus intéressante. Une autre application importante de l'invention est la déshumidification de locaux tels que piscines couvertes ainsi que le séchage de produits tels que le bois, les céréales, etc.. - REVENDICATIONS 1. Installation d'échange thermique entre deux flux gazeux circulant à contre courant, comprenant des moyens de récupération de chaleur et de transfert de chaleur, caractérisée en ce que les dits moyens sont constitués par une pluralité de circuits d'échange dont les échangeurs jouant le même rôle sont disposés en série et adjacents les uns aux autres, de manière qu'un premier milieu gazeux balaie successivement l'évaporateur du premier circuit, puis du second circuit, etc... puis du nième circuit, tandis que le second milieu gazeux balaie successivement le condenseur du nième circuit, du n-1ème, etc... jusqutà celui du premier circuit la circulation naturelle du fluide frigorigène de transfert s'effectuant entre les évaporateurs et condenseurs respectifs, d'une manière indépendante par l'intermédiaire d'une tuyauterie liquide et d'une tuyauterie vapeur. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la récupération et le transfert de chaleur par évaporateurs et condenseurs à circulation naturelle de fluide frigorigène, est complétée par un ou plusieurs circuits de pompes de chaleur, les évaporateurs de celles-ci étant situés en aval et adjacents aux évaporateurs à circulation naturelle et les condenseurs de cellesci étant situés en aval et adjacents aux condenseurs à circulation naturelle. 3. Installation selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les évaporateurs des circuits à circulation naturelle et à pompe de chaleur, sont placés dans la même batterie ai lettée. 4. Installation selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les condenseurs des circuits à circulation naturelle et à pompe de chaleur sont placés dans la même batterie ailet tée. 5. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tuyauteries de retour liquide aux évaporateurs sont équipées de vannes. 6. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le condenseur du circuit pompe de chaleur est séparé an deux parties adjacentes, afin de mieux utiliser 13 chaleur dégagée par le compresseur, celle-ci étant captée par un échangeur placé dans le compresseur. 7. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la circulation du liquide frigorigène entre les circuits d'évaporateurs et de condenseurs s'effectue par l'intermédiaire de pompes e non par circulation naturelle. 8. Install3 ion selon la revendication 2, caractérisée en ce que 13 ou les pompes de chaleur sont à "cycle réversible. 9. Inst illation selon la revendication 2, caractérisée en que le flux gazeux sortant des évaporateurs est recyclé par tellement ou totIenent sur les condenseurs par une ouverture spécialement aménagée. 10. Installa ion selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tubes horizontaux formant les évaporateurs et les condenseurs, sont lisses intérieurement ou à structure poreuse.