Brevet FR2477689A1 — publié le 19810911

1. L'invention se rapporte à un groupe de conden- sation de pompe de chaleur. On sait que la pompe de chaleur est essentiellement une machine de refroidissement de vapeur se composant d'un compresseur qu'une canalisation raccorde au condenseur qui est relié de son côté par l'intermédiaire d'une soupape d'étranglement et d'une canalisation corres- pondante à l'évaporateur qui est raccordé par une autre cana- lisation à l'entrée du compresseur. Le compresseur et le condenseur représentent le groupe de condensation dans la structure mentionnée ci- dessus, c'est-à-dire sur le circuit du fluide de travail. Le but primaire de la pompe de chaleur réside dans le chauffage (et non pas le refroidissement) et à cette fin, l'énergie calorifique est pompée sur l'environnement et portée à l'aide du travail fourni pour la commande du compresseur à un niveau supérieur de température qui convient au chauffage de locaux ou à une application analogue. Le rendement de la pompe de chaleur p = Qc est déterminé par le rapport dénommé "coeffi- cient de chauffage" de la quantité de chaleur obtenue et délivrée au condenseur par le travail Wk nécessaire à la commande du compresseur et d'autres machines auxiliaires. Le coefficient de chauffage mentionné - est en général supérieur à 1 et donne une indication directe sur la quantité de chaleur produite par kWh dépensé. Un -mode de réalisation qui est déjà utilisé actuellement dans les pompes de chaleur connues comprend différents modules de la machine de refroidissement de vapeur, par exemple le compresseur et son moteur de commande, le condenseur et les armatures nécessaires ainsi que-l;é dispositif de commande automatique qui sont reliés à l'usine en un groupe de montage afin de faciliter les travaux de montage sur place et de contribuer à la fiabilité de la marche de l'installation. En effet, le groupe de montage qui est assemblé à l'usine subit dans cette dernière un contrôle soigneux au cours duquel l'étanchéité de tous les raccords est vérifiée avec une extrême précision et donc un groupe de ce type peut être considéré comme étant très fiable à cet égard. Lorsqu'un groupe-de ce type est monté dans le circuit 2. de l'ensemble de l'installation de la pompe de chaleur sur le chantier, il suffit d'effectuer deux raccords. Cette solution connue du groupe de montage est dénommée en pratique "groupe de condensation" et la figure 1 des dessins annexés, qui représente schématiquement l'ensem- ble du circuit de la pompe de chaleur, permet de bien comprendre cette disposition, une ligne brisée entourant le "groupe de condensation" qui forme un module compact prêt au montage. Ces groupes connus de condensation de la pompe de chaleur, qui est donc formée de plusieurs modules classiques fixés sur un bâti correspondant sur lequel ils sont reliés par des canalisations et équipés d'un dispositif automatique correspondant de commande ainsi que de la tuyauterie, forment le groupe de montage décrit plus haut. Ces groupes connus de montage ont un mauvais rendement énergétique en raison des pertes de chaleur se produisant lors de l'échange de chaleur entre l'environnement et la surface du compresseur, du condenseur et d'autres éléments ainsi que des canalisations de liaison. Un autre inconvénient réside dans le fait qu'ils émettent beaucoup de bruit, ont un fort encombrement et sont coûteux essentiellement pour la raison que chaque module d'un groupe de condensation de ce type exige un contrôle spécial sous pression afin de garantir la sécurité et l'étanchéité. L'invention est destinée à éliminer les inconvé- nients mentionnés et, de plus, à obtenir les résultats suivants: - une amélioration du rendement thermique par utilisation de la totalité de la chaleur perdue (provenant du frottement des pièces mobiles du compresseur, de l'échauffement du stator du moteur électrique, des pertes de chaleur de l'enveloppe du compresseur, du condenseur, des autres élé- ments et des canalisations de liaison); - la simplification et l'abaissement du prix de revient par une technologie permettant de diminuer le nombre des élé- ments du groupe de condensation et de simplifier ce dernier, de diminuer le nombre des canalisations de liai- son et de n'exiger qu'un unique contrôle de sécurité et de l'étanchéité de l'ensemble du groupe de condensation; 3. - une réduction notable du bruit obtenue par le concept selon l'invention de la réalisation du dispositif; et - - l'augmentation de la capacité pouvant être obtenue de manière simple par assemblage de plusieurs groupes de base, ce facteur ayant une importance spéciale, car il permet d'adapter la capacité du groupe de condensation au fonctionnement de l'ensemble de la pompe de chaleur. Le groupe de condensation destiné à une pompe de chaleur et conforme à l'invention, se composant d'un compres- seur et de son moteur électrique de commande qui forment un module en forme de motocompresseur, ainsi que d'un sépara- teur, d'un collecteur d'huile et d'un condenseur, se caractérise essentiellement en ce qu'un ou plusieurs motocom- presseurs ainsi que leur système propre partiellement fermé de lubrification et le serpentin de refroidissement, qui est entouré concentriquement autour du stator du moteur élec- trique, sont disposés dans une enveloppe cylindrique herméti- quement fermée qui est revêtue d'une couche de calorifugeage et d'insonorisation et dont le volume interne est relié par l'intermédiaire du séparateur mentionné d'huile directement au refoulement du compresseur, de sorte que la pression de condensation du circuit de refroidissement règne à l'inté- rieur de l'enveloppe du groupe. Le groupe de condensation de la pompe de chaleur conforme à l'invention représente donc un groupe de montage qui est enfermé dans une enveloppe calori- fugée et insonorisée et comportant les raccords au circuit de la pompe de chaleur. L'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limi- tatifs et sur lesquels: - - la figure 1 est un schéma du circuit connu de refroidissement de vapeur; - la figure 2 est une coupe longitudinale d'un groupe de condensation de la pompe de chaleur selon la ligne II-II de la figure 3; - la figure 3 est une vue en bout du groupe de condensation de la pompe de chaleur dans le sens de la flèche III de la figure 2, l'isolation et.l'extrémité correspondante de l'enveloppe étant enlevées; 4. - la figure 4 est une vue en plan de l'intérieur du groupe de condensation de la pompe de chaleur dans le sens de la flèche IV de la figure 2, la partie supérieure de l'isolation et celle de l'enveloppe cylindrique étant enle- vées; et - les figures 5a, 5b, 5c représentent schémati- quement un groupe de condensation de base et l'assemblage de deux, trois ou davantage de ces groupes d'une pompe de chaleur selon l'invention en un groupe compact et agrandi, - hermétiquement fermé. La figure 1 illustre à titre de rappel un schéma d'un circuit connu de refroidissement de vapeur qui se compose d'un compresseur K dont le refoulement est relié au condenseur C dans lequel les vapeurs du fluide de refroidis- sement sont condensées et qui délivre la quantité de chaleur Qc. La sortie du condenseur C est reliée par l'intermédiaire d'une soupape d'étranglement Rv à un évaporateur E dans lequel le fluide condensé -par exemple liquide-est vaporisé et qui prélève la chaleur Qc (sur son environnement immédiat), la sortie de l'évaporateur étant reliée à la tubu- lure d'aspiration du compresseur qui reçoit l'énergie Wk pour sa commande. Le groupe de condensation, qui fait l'objet de l'invention, est entouré d'une ligne brisée dans ce schéma et comprend donc le compresseur K ainsi que sa commande et le condenseur C. Les modules X et C de la figure 1 sont réunis conformément à la solution technologique nouvelle de l'inven- tion à l'intérieur d'une enveloppe commune cylindrique 1 qui est hermétiquement fermée et revêtue d'une matière de calori- fugeage et d'insonorisation 15, cette enveloppe logeant par ailleurs d'autres modules nécessaires et étant décrite ci- après plus en détail en regard des figures 2, 3 et 4. Comme le montre ces dernières figures mention- nées, le groupe de condensation de la pompe de chaleur selon l'invention comprend une enveloppe cylindrique 1 qui est hermétiquement fermée et entourée d'une matière 15 de calori- fugeage et d'insonorisation, cette enveloppe renfermant un motocompresseur 3, 2 raccordé à la canalisation d'aspiration 5. ainsi qu'à un conduit sous pression 6 qui le fait communi- quer avec un séparateur d'huile 7. Un conduit 12 de sortie des vapeurs épurées de refroidissement relie directement ce séparateur 7 au volume interne de l'enveloppe cylindrique 1 et un conduit 8 relie ce séparateur à un collecteur d'huile 9 raccordé d'une part à une pompe de lubrification 10 montée sur le compresseur 2 et, d'autre part, à un conduit de reflux 11. Le groupe de condensation de la pompe de chaleur comprend par ailleurs un serpentin 13 de refroidissement du condenseur qui est enroulé en au moins une couche, mais si possible en plusieurs couches autour du stator du moteur électrique 3, les deux extrémités du serpentin de refroidissement 13 abou- tissant aux raccords d'entrée et de sortie C et D du fluide en circulation (par exemple de l'eau). Un raccord B du conduit d'aspiration 5 relié à l'aspiration du compresseur 2 ainsi qu'un autre raccord A du conduit 14 d'évacuation du condensat sont montés sur la carcasse de l'enveloppe 1. Comme le montre la figure 3, l'enveloppe 1 supporte par ailleurs les chambres 20 de connexion du moteur électrique 3. Le groupe de condensation de la pompe de chaleur fonctionne de la manière suivante: Le compresseur 2 aspire les vapeurs du fluide de refroidissement sur l'évaporateur non représenté et donc ces vapeurs arrivent par le raccord B dans le sens de la flèche dans le conduit 5 d'aspiration du compresseur 2, celui-ci comprimant les vapeurs et les refoulant par le conduit 6 (figures 2 et 4) dans le séparateur d'huile 7 dans lequel la majeure partie de cette huile est éliminée des vapeurs du fluide de refroidissement. L'huile séparée tombe sur le fond du séparateur 7 d'o elle s'écoule d'elle-même par la canali- sation 8 dans le collecteur 9. L'huile aspirée sur le collec- teur 9 au moyen de la pompe 10 est refoulée par l'arbre creux 4 de commande vers les différents points de lubrification. La pression maximale nécessaire est réglée dans le conduit de reflux 11 qui déverse l'excès d'huile dans le collecteur 9. Les vapeurs épurées du fluide de refroidissement quittent le séparateur 7 par.le conduit de sortie 12 et donc s'écoulent dans le sens de la flèche F dans le volume interne de l'enve- 6. loppe 1 dans laquelle elles se condensent sur le serpentin de refroidissement 13. Le condensat (fluide liquide de refroi- dissement) tombe sur le fond de l'enveloppe cylindrique 1. Le liquide quitte l'enveloppe 1 dans le sens de la flèche E par la canalisation d'évacuation 14 et le raccord correspondant A pour être renvoyé dans le circuit de la pompe de chaleur qui n'est pas représenté sur la figure 2. L'eau de refroidissement du serpentin 13 du condenseur arrive par le raccord C et sort par le raccord D. Il apparaît clairement d'après les dessins et la description qui précède que la solution technologique du groupe de condensation de la pompe de chaleur selon l'inven- tion permet de réduire à un minimum les pertes de chaleur avec une disposition dans laquelle tous les éléments sont renfermés avec un faible encombrement dans une enveloppe cylindrique commune 1 qui est hermétiquement fermée et raccordée comme décrit plus haut au circuit de la pompe de chaleur, cette enveloppe étant bien isolée extérieurement à l'aide d'une matière correspondante 15 de calorifugeage et d'insonorisation, ce mode d'exécution pouvant être réalisé de manière simple en raison de la forme cylindrique de l'enve- loppe. Le groupe de condensation de base de la pompe de chaleur selon l'invention, tel que représenté sur les figures 2, 3 et 4 et décrit cidessus, peut être assemblé conformément à l'invention en des groupes de condensation plus importants qui sont juxtaposés et logés dans une enve- loppe cylindrique commune 1 dont les dimensions sont en conséquence supérieures, de la manière représentée schéma- tiquement sur les figures 5a, 5b et 5c. 7. REVENDICATION Groupe de condensation de pompe de chaleur, se composant d'un motocompresseur, d'un séparateur, d'un collecteur d'huile ainsi que d'un condenseur, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs motocompresseurs (2, 3) et leur système propre, partiellement fermé, de lubrification (7, 8, 9, 10, 11) ainsi que le tuyau de refroidissement (13) enroulé en serpentin et concentriquement autour du stator du moteur électrique (3) sont logés dans une enveloppe cylindrique (1) qui est hermétiquement fermée et revêtue d'une matière (15) de calorifugeage et d'insonorisation et dont le volume interne est relié par l'intermédiaire du séparateur d'huile (7) directement au refoulement du compresseur (2).