Brevet FR2482274A1 — publié le 19811113

"Dispositif d'eau chaude comportant une pompe thermique". L'invention concerne un dispositif d'eau chaude, dont l'amenée de chaleur est assurée par une pompe thermique. De tels dispositifs d'eau chaude comportent un récipient contenant l'eau à chauffer et une pompe thermique, comprenant au moins une partie de condenseur, qui est reliée au récipient de façon que le liquide de chauffage traver- sant la pompe cède sa chaleur de condensation à l'eau, au moins un tube capillaire ou un autre dispositif de restric- tion, une partie d'évaporateur dans laquelle le liquide de chauffage absorbe la chaleur provenant de l'ambiance de cette partie-, et une unité de moteur-compresseur disposée dans un bottier fermé et assurant la compression et la cir- culation du liquide de chauffage. Un tel dispositif est dé- crit dans la demande de brevet français publiée sous le N 2 436 339. Lors du fonctionnement, l'unité de moteur- compresseur produit de la chaleur, qui disparaît par l'in- termédiaire des parois du boîtier fermé dans lequel est logée ladite unité. Afin de pouvoir utiliser également cette chaleur, qui n'est certainement pas non négligeable, pour le chauffage de l'eau, on a.déjà proposé de munir la pompe thermique de deux parties de condenseur qui sont toutes les deux en contact avec l'eau et qui sont montées en série, l'une avec l'autre, de façon qu'après refroidissement, le liquide de chauffage reflue vers la première partie par l'intermédiaire de l'unité de moteur-compresseur (o il re- froidit l'huile lubrifiante qui s'accumule dans la partie inférieure du boîtier) et ensuite vers la deuxième partie de condenseur o il cède sa chaleur à l'eau. Toutefois, cette réalisation présente le désavantage que lorsque la température de l'eau à chauffer est toujours basse, leunité de moteur-compresseur fonctionne à une température tellement basse que les pièces mécaniques sont insuffisamment lubri- fiées, ce qui entraîne le risque de grippage. En effet, le liquide de chauffage contenu dans la seconde partie de con- denseur est très froid et réduit ainsi la viscosité de l'huile. Une autre méthode permettant d'utiliser La chaleur développée par l'unité de moteurcompresseur pour le chauffage de l'eau dans un tel dispositif est dé- crite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 2.516.094. L'unité de moteur-compresseur est logée dans un boîtier, qui est partiellement entourée par l'eau à chauffer, par- tiellement par l'isolement thermique. Dans le boîtier est logé un moteur électrique entraînant une aile mettant l'air dans le boîtier en mouvement et améliorant ainsi les condi- tions de transmission de chaleur entre l'unité de moteur- compresseur et l'eau. Abstraction faite de la présence d'un moteur électrique consommant de l'énergie et fonctionnant dans des conditions peu favorables du fait qu'il est logé dans le boîtier, il arrive que la température de fonctionne- ment de l'unité de moteur-compresseur dans le dispositif en question est trop élevée lorsque la température de l'eau est trop élevée ou trop basse, lorsque l'eau est encore froide. L'invention vise à fournir un dispositif d'eau chaude perfectionné, dont l'amenée de chaleur est as- surée par une pompe thermique, de sorte que la chaleur pro- duite dans l'unité de moteur-compresseur est utilisée pour le chauffage de l'eau, mais sans que la lubrification des parties mécaniques de l'unité de moteur-compresseur en soit affectée lorsque la température de l'eau à chauffer est basse, par exemple comprise entre 80et 150C. Conformément à l'invention, ce but est atteint par amenée de la chaleur produite dans l'unité de moteur-compresseur à l'eau à l'aide d'un caloduc, qui est au moins partiellement isolé et appliqué entre un point situé dans le boîtier du compresseur et un point situé dans le réservoir d'eau et qui est rempli d'un gaz inerte et d'un fluide actif acquérant, dans la gamme comprise entre et 100'C, une tension de vapeur telle que le front entre le gaz inerte et le fluide actif se trouve dans la partie du caloduc située dans le réservoir d'eau. Comme on le sait, des caloducs sous forme de tuyaux fermés présentant un remplissage de gaz ou de li- quide déterminé sont des dispositifs très simples et effi- caces permettant de maintenir la température d'un objet constante par évaporation de la chaleur y dégagée. Toutefois, l'invention ne concerne pas tellement une application simple d'un caloduc pour la trans- mission de la chaleur dégagée par l'unité de moteur-compres- seur à l'eau à chauffer, mais plutôt l'utilisation d'un remplissage spécifique permettant la transmission de cha- leur lorsque la température du liquide de chauffage dans le boîtier du moteur-compresseur est tellement élevée que la température de l'huile suffit pour assurer une bonne lubri- fication des pièces mécaniques. Conformément à l'învention, afin d'em- pêcher que la chaleur développée dans l'unité de moteur- compresseur ne soit évacuée à travers le boîtier fermé, ce dernier est isolé thermiquement de façon connue. Le remplisaage du caloduc peut être constitué par tout fluide approprié à être utilisé comme fluide de chauffage dans les pompes thermiques (ou dans les circuits de refroidissement par compression), par exemple des hydrocarbures halogénés, comme le dichloro-difluoromé- thane. Toutefois, il est également possible d'utiliser de l'eau ou un autre fluide présentant une tension de vapeur suffisamment élevée à une température comprise entre 20 et 1000C comme fluide actif dans le caloduc. Le gaz inerte utilisé peut être de l'azote, du dioxyde de carbone ou de l'hélium. La description ci-après, en se référant aux dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre une section schématique du dispositif d'eau chaude conforme à l'invention pendant le démarrage de la pompe thermique,et la figure 2 en montre une section par- tielle lorsque l'unité de moteur-compresseur à atteint sa température de fonctionnement. Sur la figure l,le chiffre de référence 1 désigne le réservoir contenant la quantité d'eau à chauffer. L'eau froide est amenée par un tuyau 2 qui débouche au fond du récipient 1, alors que de l'eau chaude est évacuée par le tube 3 à-partir de la partie supérieure. La quantité d'eau contenue dans le réser- tO voir 1 est chauffée par le condenseur 4 d'une pompe ther- mique; le condenseur est représenté sous forme d'une bobine, bien qu'il puisse également présenter tout autre forme ap- propriée, par exemple celle décrite dans la susdite demande. Le condenseur 4 est traversé par le li- quide de chauffage, par exemple un hydrocarbure halogéné du genre utilisé pour les circuits de refroidissement à compresseur, comme du fréon 12, qui est maintenu en circu- lation par une unité de moteur-compresseur normale 5 dispo- sée de façon connue dans un boîtier fermé 6 dans un bain formé par un mélange d'un liquide de chauffage et d'huile lubrifiante. Le liquide de chauffage entre dans le boîtier 6 par un tuyau de retour 7, qui est relié à l'évacuation d'une évaporateur 8 sous forme d'un échangeur de chaleur normal, dont l'admission est reliée, par l'intermédiaire d'un détendeur 9, à l'évacuation du condenseur 4. Le boîtier fermé 6 est muni d'une couche thermo-isolante 10, qui empêche que la chaleur engendrée dans l'unité de moteur-compresseur 5 ne soit évacuée vers l'ambiance. Afin de pouvoir utiliser la chaleur pro- duite dans l'unité de moteur-compresseur 5 pour le chauf- fage de l'eau sans exposer les pièces mécaniques de cette unité au risque d'une-lubrification insuffisante pendant le démarrage par suite d'un refroidissement excessif, cette chaleur est amenée à l'eau à l'aide d'un caloduc 11, qui est réalisé en cuivre par exemple et dont les parties ter- minales s'étendent toujours dans le réservoir d'eau 1, de préférence jusque dans la partie inférieure dudit réservoir, respectivement jusque dans le boîtier sousjacent 6, qui en- toure l'unité de moteur-compresseur 5. La partie du caloduc 11 comprise entre le boîtier 6 et le réservoir 1 est munie d'un recouvrement isolant 12, par exemple sous forme d'un manchon isolant en laine de roche. Le caloduc 11 est rempli d'un gaz inerte, par exemple de l'azote, de l'hélium ou du dioxyde de carbone et d'un fluide actif pour la transmission de chaleur sous une tension de vapeur qui est suffisamment élevée dans la gamme de température comprise entre 5 et 100'C pour assurer que le front A entre le gaz inerte et le fluide actif atteint la partie terminale du caloduc insérée dans le réservoir 1, ce'qui a pour effet que de la chaleur ne peut être transmise à partir du boîtier 6 à l'eau conte- nue dans le réservoir 1, que dans le cas o une température située dans ladite gamme est atteinte. Des liquides actifs appropriés sont le liquide de chauffage même (c'est-à-dire un hydrocarbure halogéné, comme du dichloro-difluorométhane) de l'eau ou de l'ammoniaque. L'utilisation d'un caloduc contenant le remplissage décrit permet de transmettre la chaleur déve- loppée dans le compresseur à l'eau à chauffer sans que l'unité de moteurcompresseur n'atteigne une température tellement basse que la lubrification en soit affectée. Lorsque la température de l'eau à chauffer est basse, par exemple environ 10C, et l'unité de moteur- compresseur vient d'être démarrée, de sorte que sa tempéra- ture est pratiquement égale à la température de l'ambiance, par exemple environ 15'C, le front A ne peut pas se trouver dans le réservoir 1 à cette température basse. Du fait que le boîtier 6 (contenant l'unité de moteur-compresseur 5) et la partie interjacente du caloduc 11 sont isolés, la cha- leur provenant dudit boîtier ne se perd à l'ambiance, de sorte que la température de l'unité de moteur-compresseur augmente à mesure que la température et par conséquent la préssion se produisant dans le caloduc 11 augmente, le front A monte et atteint (figure 2) la face intérieure du réservoir 1, c'est-à-dire la zone contenant l'eau à chauf- fer, de sorte que de la chaleur est transmise à l'eau par l'intermédiaire des parois du caloduc 11. La position du front A est stabilisée lorsque l'unité de moteur-compressoEr atteint sa température de fonctionnement et la quantité de chaleur cédée est égale à la quantité de chaleur engendrée. Bien que, dans ce qui précède, un seul exemple de réalisation conforme à l'invention ne soit dé- crit, le spécialiste ne sera pas en peine de trouver de nom- breuses variantes sans sortir du cadre de la présente in- vention. REVENDICATIONS: 1. Un dispositif d'eau chaude muni d'un ré- servoir d'eau(l)etd'une pcmanpethermique, comportant une unite' de moteur-compresseur (5) logée dans unbôhtier f ermé (6) et conte- nant également le liquide de chauffage et le moyen de lubri- fication, dans lequel la chaleur engendrée dans l'unité de moteurcompresseur est transmise à l'eau, caractérisé en ce que cette transmission de chaleur s'effectue à l'aide d'un caloduc (ll),qui s'énd entre un point situé dans le réservoir d'eau et un point situé dans le bottier du compresseur et dont la partie comprise entre le réservoir et le boîtier est au moins partiellement isolée et qui est rempli d'un gaz inerte et d'un fluide actif présentant, dans la gamme comprise entre 20 et 100 C, une pression de vapeur telle que le front compris entre le gaz inerte et le fluide actif se produit dans la partie du caloduc située dans le réser- voir d'eau. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le gaz inerte est constitué par de l'azote, du di- oxyde de carbone ou de l'hélium. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le fluide actif est, soit identique au liquide de chauffage, soit de l'eau ou de l'ammoniaque. 4. Dispositif selon la revendication 1, dont le boXtier fermé est thermiquement isolé.