Brevet FR2503841A1 — publié le 19821015

La présente invention a pour objet une pompe à chaleur pour le chauffage de bâtiments. Les pompes à chaleur sont actuellement de plus en plus utilisées pour le chauffage de bâtiments en raison du caractère économique de leur exploitation. Une pompe à chaleur fonctionne par circulation en circuit fermé d'un fluide frigorigène dans une installation1 selon le cycle thermodynamique de Carnot. Cette installation comprend, dans le sens de circulation du fluide, et comme montré à la figure 1 du dessin schématique annexé, un compressuer 2, un condenseur 3 dans lequel le fluide frigorifique passe, en raison de la compression, à l'état liquide par une réaction exothermique. C' est au niveau du condenseur que sont récupérées des calories dues à la réaction exothermique, en vue du chauffage du bâtiment. En aval du condenseur 3 est disposé un réservoir 4, puis un détendeur 5 assurant le passage du fluide de ltétat liquide à ltétat gazeux dans un évaporateur 6, au cours d'une réaction endothermique qui va provoquer l'absorption par le fluide d'un certain nombre de calories appartenant au milieu extérieur. Le cycle frigorifique traditionnel est représenté en traits mixtes à la figure 3 où sont portées en abscisses les valeurs de itenthalpie et en ordonnées les valeurs du logarithme de la pression au cours du cycle de Carnot. Les différents changements d'états indiqués précédemment se produisent entre les points A B C D. L'effet frigorifique de l'installation résulte de la différence d'enthalpie de la vapeur et de celle du liquide dans la situation CD. La présente invention vise à fournir une pompe à chaleur dont le rendement est amélioré A cet effet, la pompe qu'elle concerne du type comprenant une installation dans laquelle circule, en circuit fermé, un fluide frigorigène, comprenant notamment un compresseur, un condenseur, un réservoir, un détendeur et un évaporateur, est équipée d'une tubulure reliant la partie haute du réservoir à la canalisation d'aspiration du compresseur, d'un régulateur de pression en amont du réservoir, et d'un régulateur de pression sur la tubulure reliant la partie haute du réservoir à la canalisation d'aspiration du compresseur. Cet agencement permet d'abaisser la température du fluide frigorigene sortant du condenseur en provoquant ltévaporation d'une partie de ce fluide à l'intérieur du réservoir, les gaz résultant de cette évaporation étant absorbés au compresseur par l'intermédiaire de la tubulure reliant la partie haute du réservoir à la canalisation d'aspiration de celui-ci. La valeur de cette évaporation est fonction du réglage des régulateurs de débit, chacun de ceux-ci contrôlant la pression en amont de lui, et ne s'ouvrant que lorsque cette pression est supérieure ou égale à la valeur de réglage. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ôvaporateur de l'installation est disposé dans un caisson alimenté en air, d'une part, par des volets s'ouvrant sous l'effet d'une dépression due à un ventilateur et assurant l'extraction d'air hors du caisson et, d'autre part, par un collecteur de 1'air extrait des pièces sanitaires, le ventilateur étant susceptible de deux régimes de fonctionnement, à savoir : un régime rapide en période normale, et un régime lent en période de dégivrage, un dispositif de contrôle de l'ôtant de formation du givre sur la batterie de L'évaporateur étant prévu qui, en période de dégivrage, commande l'arrêt du compresseur, le fonctionnement en régime lent du ventilateur d'extraction et la fermeture des volets à dépression. En conditions normales de fonctionnement, l'air est admis, d'une part, par les volets à dépression et, d'autre part, par le collecteur d'extraction d'air des pièces sanitaires. Le compresseur frigorifique fonctionne, et le ventilateur de circulation d'air est animé d'une vitesse rapide. Lorsqu'il convient de dégivrer ltévaporateur, le détecteur de givre provoque l'arrêt du fonctionnement du compresseur, le passage du ventilateur en vitesse lente et la fermeture des volets à dépression. De ce fait, seul de l'air chaud extrait des pièces sanitaires est admis à vitesse lente au niveau de l'évaporateur, ce qui assure la fonte rapide du givre formé sur les ailettes de celui-ci. L'opération de dégivrage terminée, le contrôleur de dégivrage remet la pompe à chaleur en fonctionnement normal. Avantageusement, le caisson contenant l'évaporateur de l'installation est situé dans les combles du bâtiment à équiper, et les murs de celui-ci sont munis, à proximité de leur face extérieure, de canaux verticaux débouchant, d'une part, à la partie inférieure des murs et, d'autre part1 dansles combles. Cet agencement est intéressant en ce sens que l'évapo- rateur se trouve dans une zone chauffage par les déperditions calorifiques provenant du plafond de l'habitation, des extractions sanitaires, et de l'effet des rayons solaires sur la toiture. Dans le cas d'une construction nouvelle, les canaux disposes dans les murs de celle-ci permettent une récupération des déperditions calorifiques au niveau des murs. L'air caloporteur nécessaire au transfert des calories provenant des déperditions, sera repris à ltextérieur et son volume sera déterminé en fonction de la puissance calorifique nécessaire au chauffage de cette habitation. Dans le cas de l'installation de l'évaporateur en combles, le reste de l'installation et notamment le compresseur et le condenseur peuvent être situés en soussol, le seul impératif étant le passage de tubulures de transport du fluide frigorigène entre les combles et le sous-sol. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette installation Figure 2 est une vue schématique de cette pompe à chaleur Figure 3 est une vue du cycle thermodynamique de la pompe à chaleur Figure 4 est une vue de l'installation de cette pompe dans un bâtiment ; Figure 5 est une vue d'un montage de l'évaporateur. Outre les éléments traditionnels d'une installation frigorifique, l'installation représentée à la figure 2 du dessin schématique annexé comporte une tubulure 7 reliant la partie haute du réservoir 4 à la canalisation d'aspiration du compresseur 2. En amont du réservoir 4 et sur la tubulure 7 sont montés deux régulateurs de pression, respectivement 8 et 9, destines à permettre l'évaporation d'une partie du fluide à l'intérieur du réservoir. Les différentes références 13 B', B" et et D', portées sur le schéma, permettent de mieux comprendre le cycle thermodynamique de l'installation, représenté à la figure 3. Si l'on considère que l'installation fonctionne avec un fluide frigorigène constitué par du difluoromonochlorométhane connu sous la marque de fréon 22, effet frigorifique de l'installation traditionnelle résulte de la différence des enthalpies respectives dans la zone CD de la vapeur, à la température de - 4,50C et de celle du liquide à la température de + 470 C. i à - 4,50C = 149 Kcal/Kg i à + 470C = 115,2 Kcal/kg Le cycle thermodynamique représenté en traits pleins au dessin correspond à celui d'une installation conforme à celle de figure 2. Il faut considérer,d'une part, l'effet frigorifique à l'évaporateur et, d'autre part, l'effet frigorifique au réservoir. L'effet frigorifique à l'évaporateur est donné par la différence des enthalpies respectives dans la zone CD de la vapeur à - 4,3C et du liquide à + 20,3 C i à - 4,30C = 149,01 Kcal/Kg i â + 20,3eC = 106,15 Kcal/Kg L'effet frigorifique au niveau du réservoir résulte de la différence des enthalpies respectives dans la zone 1311 D' de la vapeur à la température de + 180C et du liquide à la température de + 52,50C. i à 180C = 151 Kcal/Kg i à 52,5+C = 117 Kcal/Kg Il ressort de cet exemple que le rendement calorifique de l'installation est augmenté d'une valeur de 15 à 30 % selon les cas, c'est-à-dire selon que le fluide caloporteur utilisé au niveau de chauffage est à une température relativement basse, de l'ordre de 3O0C, ou à une température plus élevée, de l'ordre de 550 à 600C. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 4, ltévaporateur est monté à l'intérieur d'un caisson 10 placé dans les combles de l'habitation. Ceci permet de récupérer des calories provenant du plafond du local chauffé, de l'effet du soleil sur la toiture, ainsi que des déperditions au niveau des murs, les calories perdues à ce niveau étant récupérées par des tubulures 12 s'étendant verticalement à l'intérieur des murs. Le caisson 10 contenant ltévaporateur 6, est équipé d'un ventilateur 13 rejetant l'air à l'extérieur, cet air étant admis, d'une part, par des volets 14 s'ouvrant sous l'effet de la dépression créée par le ventilateur 13 et, d'autre part, par un collecteur 15 de l'air extrait des différentes pièces sanitaires Le ventilateur 13 est susceptible de deux regimes de fonctionnement, à savoir un regime rapide et un régime lent, les volets 14 comportant, pour leur part, des moyens susceptibles d'assurer leur maintien en position fermée. D'un point de vue pratique, lorsque l'évaporateur doit être dégivré, le détecteur de givre commande l'arrêt du compresseur 2, le maintien des volets 14 en position fermée et le fonctionnement du ventilateur en vitesse lente. Seul de l'air chaud amené par le collecteur 15 passe à faible vitesse sur les ailettes de I'évaporateur 6, assurant la fonte rapide du givre. En fin de dégivrage, l'installation fonctionne de nouveau en régime normal. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant une pompe à chaleur de conception simple susceptible d'un rendement sensiblement supérieur à celui des installations traditionnelles, ce qui est particulièrement intéressant au niveau de ltéconomie réalisée lors de son exploitation. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette installation, décrite ci-dessus a titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. - REVENDICATIONS 1. - Pompe à chaleur pour le chauffage de bâtiments, du type comprenant une installation dans laquelle circule, en circuit fermé, un fluide frigorigène, comprenant notamment un compresseur (2), un condenseur (3), un réservoir (4), un détendeur (5) et un évaporateur (6), caractérisee en ce qu'elle est équipée dune tubulure (7) reliant la partie haute du réservoir (4) à la canalisation d'aspiration du compresseur (2), d'un régulateur de pression (8) en amont du réservoir, et d'un régulateur de pression (9) sur la tubulure reliant la partie haute du réservoir à la canalisation d'aspiration du compresseur. 2. - Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'évaporateur (6) de l'installation est disposé dans un caisson (10) alimente en air, d'une part, par des volets (14) s'ouvrant sous l'effet d'une dépression due à un ventilateur (13) et assurant l'extraction d'air hors du caisson et, d'autre part, par un collecteur (15) de l'air extrait des pièces sanitaires, le ventilateur (13) étant susceptible de deux régimes de fonctionnement, à savoir : un régime rapide en période normale, et un régime lent en période de dégivrage, un dispositif de contrôle de l'état de formation du givre sur la batterie de l'évaporateur étant prévu qui, en période de dégivrage, commande l'arret du compresseur (2), le fonctionnement en régime lent du ventilateur d'extraction et la fermeture des volets à dépression. 3. - Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le caisson (10) contenant l'évaporateur (6) de l'installation est situé dans les combles du bâtiment à équiper, et les murs de celui-ci sont munis, à proximité de leur face extérieure, de canaux verticaux (12) débouchant, d'une part, à la partie inférieure des murs et, d'autre part, dans les combles.