Brevet FR2509443A1 — publié le 19830114

2509-443 La présente invention concerne un montage pompe à chaleur- absorbeur à fonctionnement bivalent en parallèle, comprenant un brûleur produisant des fumées qui sont transmises à un éjectèur ali- menté par une solution riche de fluide frigorigène, ainsi qu'un con- denseur, un évaporateur, un absorbeur et une conduite de liaison du fluide caloporteur entre l'absorbeur et la conduite aller Un tel montage avec pompe à chaleur, à fonctionnement bivalent en parallèle canme chaudière et pompe à chaleur à absorbeur, est décrit dans la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne P 30 18 705 4. La conduite aller du fluide caloporteur contient un échangeur de cha- leur fumées-fluide caloporteur, dont le circuit de fumées est en série avec l'éjecteur Un tel montage avec pompe à chaleur et fonction- nement bivalent en parallèle présente l'avantage que les besoins en chaleur de chauffage d'un immeuble par exemple peuvent être couverts pendant toute l'année par le seul montage pompe à chaleur-absorbeur, avec une consommation de combustible minimale. L'invention vise à améliorer le rendement d'un montage avec pompe à chaleur du type précité. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un échan- geur de chaleur fumées-fluide caloporteur est inséré dans la conduite de liaison et alimenté directement en fumées par l'intermédiaire d'un organe d'isolement. Un avantage de l'invention réside dans le fait que compte tenu de la transmission directe de chaleur entre les fumées et le fluide calo- porteur, les surfaces échangeuses peuvent être maintenues relativement petites, en particulier dans les pièces fortement sollicitées et coû- teuses telles que l'éjecteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le brûleur pré- sente au moins deux niveaux de puissance et la commutation sur le niveau de puissance supérieur ouvre l'organe d'isolement des fumées. Selon une autre caractéristique de l'invention, le brûleur présente au moins deux niveaux de puissance et la commutation sur le niveau de puissance supérieur ferme l'organe d'isolement du fluide caloporteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, après avoir traversé l'éjecteur, les fumées sont transmises à un second échangeur de chaleur fumées-fluide caloporteur, inséré dans la conduite aller du fluide caloporteur Ces caractéristiques présentent l'avantage d'une adaptation automatique du montage à la demande instantanée en puis- sance calorifique. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'éjecteur ali- mente l'absorbeur en solution pauvre par l'intermédiaire d'un échan- geur de chaleur de solution pauvre et d'un détendeur; et une conduite de solution pauvre, en dérivation sur ledit échangeur de chaleur, est munie d'une vanne qui ouvre la conduite en dérivation quand la tempé- rature extérieure tombe à une valeur prédéterminée Cette forme de réalisation présente l'avantage additionnel suivant: pour une même puissance totale du montage avec pompe à chaleur, il est possible de dimensionner l'échangeur de chaleur fumées-fluide caloporteur pour une puissance plus faible, c'est-à-dire de réduire son coût et son encom- brement En d'autres termes, pour un même dimensionnement de l'échan- geur de chaleur fumées-fluide caloporteur, les dispositions selon l'invention augmentent la puissance totale du montage avec pompe à chaleur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente le schéma de principe de l'installation; et la figure 2 représente une forme de réalisation constructive avanta- geuse. Les conduites et circuits des divers fluides sont caractérisés comme suit sur la figure 1. Le fluide frigorigène gazeux, NH 3 par exemple, est indiqué par deux lignes parallèles; une ligne en trait plein est utilisée pour le fluide frigorigène en phase liquide Une telle ligne munie de points indique une conduite de solution pauvre; une ligne en points et tirets indique une solution riche Une ligne en grand tireté indi- que une conduite de fluide caloporteur, c'est-à-dire de l'eau chaude de préférence, et une ligne en petit tireté une conduite d'air Les conduites de fumées sont repérées par de petits traits obliques sur toute leur longueur. Le brûleur 1 alimente, par la conduite de fumées 2, l'éjecteur 3 de structure connue, avec rectificateur 4 et déphlegnateur 5. L'éjecteur 3 fournit du fluide frigorigène gazeux au condenseur 6, qui est inséré dans la conduite 7 de retour d'eau chaude et dans lequel la chaleur de condensation libérée est fournie à l'eau chaude constituant le fluide caloporteur Le circuit d'eau chaude contient également l'échangeur de chaleur constituant le déphlegmateur 5 pré- cité. Le fluide frigorigène liquéfié dans le condenseur 6 est transmis par l'échangeur de chaleur 8 à l'évaporateur 9, dont les principaux éléments sont la vanne 10 et l'échangeur de chaleur 11 En aval de la vanne 10, le fluide frigorigène liquide d'alimentation subit une détente de par exemple 18 à 2 bars environ Un apport de chaleur se produit dans l'échangeur 11, notamment par prélèvement de chaleur à l'air d'alimentation 12, de sorte que le fluide frigorigéne gazeux pénètre dans l'échangeur de chaleur 8 à une température d'environ -5 a 10 oc et dans l'absorbeur 13 à environ 7-20 'OC Une solution pauvre est transmise de l'éjecteur 3 à l'absorbeur 13 par l'échangeur de cha- leur 14 et le détendeur 15, qui réduit la pression de par exemple 18 bars environ à 2 bars environ; l'absorbeur 13 fournit une solution riche à l'éjecteur 3 par la pompe 16 et l'échangeur de chaleur 14 pré- cité La chaleur libérée par l'absorption est absorbée par l'eau chaude circulant dans le serpentin 17 de l'absorbeur 13. Le trajet des fumées présente une importance particulière dans le cadre de l'invention A la sortie de l'éjecteur 3, elles traver- sent d'abord l'échangeur de chaleur fumées-eau chaude 18, et chauffent ainsi fortement l'eau chaude provenant du serpentin 17 de l'absorbeur 13, puis sont transmises par la conduite 19 dans la cheminée ou un dispositif similaire. Le montage décrit jusqu'à présent est celui faisant l'objet de la demande de brevet précitée. Dans le montage selon l'invention, l'échangeur de chaleur fumées- eau chaude 22, que la conduite de fumées 23 alimente directement en fumées, c'est-à-dire à partir du brûleur 1, est inséré dans la con- duite de liaison entre l'absorbeur 13 et la conduite aller d'eau chaude 21, qui contient aussi l'échangeur de chaleur fumées-eau chaude 18 précité Cette conduite de fumées 23 contient un organe d'isolement constitué par le registre de fumées 24, que le servomoteur ouvre quand le brûleur 1 est commuté sur sa puissance maximale, comme l'indique la ligne d'action 26. Afin que l'eau chaude ne circule pas dans l'échangeur de cha- leur fumées-eau chaude 22 pendant les périodes de fonctionnement o ledit échangeur n'est pas alimenté en fumées, sous peine de produire des pertes thermiques gênantes, la conduite 27 en dérivation sur l'échangeur 22 est munie d'un organe d'isolement constitué par la vanne 28 Comme l'indique la ligne d'action 29, la manoeuvre de la vanne 28 s'effectue au synchronisme avec la commutation du brûleur 1 sur son niveau de puissance supérieur Le servomoteur 25 est égale- ment utilisable pour ce faire La manoeuvre des deux organes d'iso- lement 24 et 28 s'effectue en sens contraire La commutation du brû- leur 20 sur son niveau de puissance supérieur ouvre le registre de fumées 24, de sorte que des fumées circulent dans l'échangeur 22, tandis que la vanne 28 est fermée, de sorte que toute l'eau chaude circule également dans l'échangeur 22. Le trajet des fumées est indiqué sur la figure 2 Des flèches en trait plein caractérisent les fumées qui traversent les parties du montage constituant la pompe à chaleur proprement dite, tandis que les flèches en tireté indiquent les fumées qui circulent en fonctionnement bivalent en parallèle. Les pièces de la figure 2 identiques à celles de la figure 1 portent les mêmes références On voit que l'éjecteur 3 d'une part et un montage en série des deux échangeurs de chaleur fumées-eau chaude 18, 22 sont disposés parallèlement ou côte à côte sur le brûleur 1. L'échangeur de chaleur 22 se trouve à proximité immédiate du brûleur 1, auquel il est relié par la conduite de fumées 23, tandis que les fumées alimentent l'éjecteur 3 par la conduite de fumées 2 Au- dessus de l'échangeur de chaleur 22 se trouve la conduite de fumées qui introduit dans l'échangeur de chaleur 18 les fumées ayant cir- culé dans l'éjecteur 3 Toutes les fumées sont ainsi utilisées deux fois Dans le fonctionnement en pompe à chaleur pure, l'échangeur de chaleur 22 est isolé par le registre de fumées 24, mais les fumées circulant dans l'éjecteur 3 atteignent aussi l'échangeur de chaleur 18 Dans le fonctionnement bivalent en parallèle, c'est-à-dire quand le registre de fumées 24 est ouvert, les fumées circulant dans l'échangeur de chaleur 22 atteignent aussi l'échangeur 18 et subissent ainsi un prélèvement de chaleur en deux endroits. Sur la figure 1, la conduite 40 de solution pauvre, en dériva- tion sur l'échangeur de chaleur 14, comprend la vanne 41 que des signaux d'une sonde non représentée de la température de l'air extérieur, ou la température aller réglée et représentant une mesure de cette tem- pérature extérieure, commandent de façon que la conduite de dériva- tion 40 s'ouvre, c'est-à-dire agit quand la température extérieure est tombée à une valeur prédéterminée A ce moment, soit par exemple pour une température extérieure de -10 O C, la solution pauvre pénètre directement dans l'absorbeur 13 en évitant l'échangeur de chaleur 14. La détente de la solution pauvre chaude à l'entrée de l'absorbeur pro- duit du gaz par détente en aval du détendeur 15 La solution se refroi- dit jusqu'à la température d'ébullition sous la pression de l'absorbeur. Le gaz produit par détente est de nouveau absorbé lors du refroidissement par l'eau chaude circulant dans le serpentin 17; cette chaleur d'absorp- tion est en outre transférée à l'eau chaude La conduite de dérivation ouverte à ces basses températures provoque ainsi le transfert à l'eau chaude dans le serpentin 17 de la chaleur qui est transmise intérieurement dans l'échangeur 14 en l'absence de la conduite de déri- vation 40 ou à des températures plus élevées produisant la fermeture de la vanne 41. La vanne 41 est complètement ouverte, manuellement ou automati- quement par un relais par exemple, en cas de défaillance de l'évapo- rateur 9 et refermée quand la température extérieure tombe au-dessous de la valeur précitée. Un exemple numérique illustre très clairement l'avantage de ces dispositions. En l'absence de la dérivation 40, un échangeur de chaleur fumées- eau chaude 22 doit être dimensionné pour une puissance de 13 k W et l'éjecteur 3 pour une puissance de 8,5 k W; la présence de la dériva- tion permet de dimensionner aussi l'échangeur 22 pour une puissance de 8, 5 k W par suite de la plus grande différence de température dans l'absorbeur 13 Il en résulte une diminution d'encombrement de l'échangeur de chaleur, sans perte de puissance. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1 Montage pompe à chaleur-absorbeur à fonctionnement bivalent en parallèle, comprenant un brûleur produisant des fumées qui sont transmises à un éjecteur alimenté par une solution riche de fluide frigorigène, ainsi qu'un condenseur, un évaporateur, un absorbeur et une conduite de liaison du fluide caloporteur entre l'absorbeur et la conduite aller, ledit montage étant caractérisé en ce qu'un échangeur de chaleur fumées-fluide caloporteur ( 22) est inséré dans la conduite de liaison ( 20) et alimenté directement en fumées par l'intermédiaire d'un organe d'isolement ( 24). 2 Montage avec pompe à chaleur selon revendication 1, caractérisé en ce qu'une dérivation ( 27) du fluide caloporteur, contenant un organe d'isolement ( 28),est en parallèle avec l'échangeur de chaleur ( 22). 3 Montage avec pompe à chaleur selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le brûleur ( 1) présente au moins deux ni- veaux de puissance; et la commutation sur le niveau de puissance supérieur ouvre l'organe d'isolement ( 24) des fumées. 4 Montage avec pompe à chaleur selon une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le brûleur ( 1) présente au moins deux niveaux de puissance; et la commutation sur le niveau de puissance supérieur ferme l'organe d'isolement ( 28) du fluide caloporteur. Montage avec pompe à chaleur selon une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce qu'après avoir traversé l'éjecteur ( 3), les fumées sont transmises à un second échangeur de chaleur fumées-fluide caloporteur ( 18), inséré dans la conduite aller ( 21) du fluide caloporteur. 6 Montage avec pompe à chaleur selon revendication 5, caractérisé en ce que l'éjecteur ( 3) et le montage en série des deux échangeurs de chaleur ( 18, 22) sont disposés côte à côte sur le brûleur ( 1), l'échangeur de chaleur ( 22) du montage en série étant situé entre le brûleur ( 1) et l'embouchure d'une conduite de fumées ( 30) partant de l'éjecteur ( 3); et l'organe d'isolement ( 24) des fumées est inséré dans une tubulure ( 23) entre le brûleur ( 1) et l'échangeur de cha- leur ( 22). 7 Montage avec pompe à chaleur selon une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que l'éjecteur ( 3) alimente l'absor- beur ( 13) en solution pauvre par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur ( 14) de solution pauvre et d'un détendeur ( 15); et une con- duite de solution pauvre, en dérivation sur l'échangeur de chaleur ( 14), est munie d'une vanne ( 41) qui ouvre la conduite en dérivation ( 40) quand la température extérieure tombe à une valeur prédéter- minée.