Brevet FR2518720A1 — publié le 19830624

CIRCUIT FRIGORIFIQUE A MOTOCOMPRESSEURS, ET POMPE A CHALEUR MUNIE D'UN TEL CIRCUIT La présente invention concerne un circuit frigorifique à moto- compresseur, et une pompe à chaleur munie d'un tel circuit frigori- fique. Un circuit frigorifique à motocompresseur comprend habituel- lement en circuit fermé, principalement, un motocompresseur, un condenseur, un détendeur, un évaporateur et le plus souvent une bouteille anti-coup disposée entre cet évaporateur et le moto- compresseur Cette bouteille anti-coup bien qu'elle augmente le prix du circuit empêche le réfrigérant liquide d'entrer directement dans le motocompresseur et d'y provoquer des dommages mécaniques. Dans un circuit frigorifique, le réfrigérant gazeux refoulé par le motocompresseur entraîne habituellement avec lui du lubrifiant destiné à ce dernier Ce lubrifiant vagabond est souvent piégé dans la partie basse pression du circuit, en aval de l'évaporateur et y reste. Il en résulte qu'après un certain temps de fonctionnement, le motocompresseur devient insuffisamment lubrifié. Dans une application à une pompe à chaleur notamment celle destinée au chauffage de locaux, ce circuit frigorifique est associé, à travers un échangeur thermique, à un circuit de liquide calo- porteur Le circuit frigorifique de la pompe à chaleur est dans ce cas soit organisée dans sa disposition en deux parties, l'une restant à l'intérieur des locaux comprenant principalement un motocompres- seur, un condenseur et un échangeur thermique et l'autre installée à l'extérieur de ces locaux comprenant principalement un évaporateur soit organisée suivant une disposition compacte, en un seul bloc, propre à être installé à l'extérieur des locaux Le circuit frigorifique d'une telle pompe à chaleur doit présenter des caractéristiques de sécurité, de résistance aux agressions mécaniques et d'intempéries, d'acoustique, d'efficacité, d'encombrement etc 18720 La présente invention permet de réaliser un circuit frigori- fique perfectionné, économique qui présente d'excellentes caracté- ristiques dans son application à une pompe à chaleur et notamment à celle contribuant au chauffage des locaux, et ne comporte pas des inconvénients rappelés dans des paragraphes précédents L'invention a également pour objet la réalisation d'une pompe à chaleur éco- nomique, solide, efficace dans sa contribution à un chauffage des locaux. Selon l'invention, le circuit frigorifique à motocompresseur ayant en circuit fermé, principalement un condenseur, un détendeur, un évaporateur, un collecteur d'aspiration disposé entre cet évapo- rateur et le motocompresseur, comprend un collecteur composite vertical d'aspiration, jouant en plus de son rôle propre de collecteur d'aspiration, le rôle d'une bouteille anticoup et celui d'un pulvéri- sateur-pompe réalisant un retour au motocompresseur et sans dommages à ce dernier, du lubrifiant et du réfrigérant liquide piégés dans le circuit. Pour mieux faire comprendre l'invention, on décrit ci-après un certain nombre d'exemples de réalisation, illustrés par des dessins ci-annexés dont la figure 1 représente une vue schématique d'un circuit frigorifique réalisé selon l'invention, la figure 2 représente -une vue schématique d'une partie du circuit de la figure 1, la figure 3 représente une vue schématique du circuit frigorifique de la figure 1 appliqué à une pompe à chaleur réalisée selon l'invention, la figure 4 représente une vue schématique et partielle d'une coupe longitudinale d'une partie de l'échangeur thermique de la pompe à chaleur indiquée dans la figure 3, et la figure 5 représente une vue schématique et partielle d'une coupe verticale de la pompe à chaleur indiquée dans la figure 3. Un circuit frigorifique 1 réalisé selon l'invention comprend en circuit fermé principalement un motocompresseur 2, un condenseur 3, un capillaire 4 servant de détendeur et un évaporateur 5. Dans ce circuit frigorifique, le réfrigérant gazeux est com- primé par le motocompresseur 2, refoulé dans le condenseur 3 o le réfrigérant se condense sous forme de liquide et cède de la chaleur. Ce réfrigérant liquide traverse un détendeur constitué par un capillaire 4, se détend dans l'évaporateur 5 o il absorbe de la chaleur autrement dit produit du froid avant de retourner au motocompresseur 2 sous l'action d'aspiration de ce dernier. Selon une caractéristique importante de l'invention, *un col- lecteur composite vertical d'aspiration 6 est monté dans ce circuit frigorifique 1, entre le motocompresseur 2 et l'évaporateur 5 Ce collecteur vertical 6 joue en plus de son rôie propre de collecteur d'aspiration, le rôle d'une bouteille anti-coup et celui d'un pulvéri- sateur-pompe réalisant sans dommage au mofiocompresseur 2, le retour à ce dernier, du lubrifiant et du réfrigérant liquide piégés dans le circuit. En effet, le réfrigérant gazeux détendu dans l'évaporateur 5, traverse le collecteur vertical d'aspiration 6 avant de retourner au motocompresseur 2, à travers une conduite de liaison 7. La partie de lubrifiant du motocompresseur 2, entratnée par le courant de réfrigérant et le réfrigérant liquide résiduel tendent, à la sortie de l'évaporateur 5, à se séparer du réfrigérant gazeux et à tomber vers le bas dans la partie inférieure 8 du collecteur vertical 6 Le collecteur 6 permet ainsi au réfrigérant gazeux de se débarrasser préalablement de réfrigérant liquide et de retourner seul sous forme gazeuse au motocompresseur 2 Les dommages mécaniques risquant d'être provoqués par un liquide pénétrant dans le compresseur sont de ce fait évitées Le collecteur composite vertical d'aspiration 6 joue ainsi en dehors de son rôle propre de collecteur d'aspiration, également le rôle d'une bouteille anti-coup et la remplace avantageusement. Selon l'invention, le collecteur composite vertical 6 comprend d'une part un corps allongé 9 ayant une section transversale plus grande que celle de la conduite de liaison 7, fermé à son extrémité inférieure 8, rétréci à son extrémité supérieure 10 au niveau de son raccordement à cette conduite de liaison 7 et en communication en un ou plusieurs points de sa paroi latérale avec l'évaporateur 5 et d'autre part dans l'enceinte de ce corps 9 et sur la presque totalité de la longueur de ce dernier, un capillaire 11 dont le bout inférieur est immergé dans la masse de lubrifiant et de réfrigérant liquide piégés dans l'extrémité inférieure 8 du collecteur 6 et le bout supérieur disposé coaxialement dans la partie rétrécie 10 de l'extré- mité supérieure de ce collecteur La partie rétrécie 10 dé l'extré- mité supérieure du collecteur 6 et le bout supérieur du capillaire Il créent durant le passage du réfrigérant gazeux appelé par le motocompresseur 2, un venturi qui aspire du lubrifiant et du réfrigérant liquide, piégés dans la partie 8 du collecteur 6, les pulvérise et les mélange au courant de réfrigérant gazeux retour- nant au motocompresseur 2 Ce retour de réfrigérant liquide et de lubrifiant pulvérisés n'endommage pas le motocompresseur 2 mais élimine par ailleurs le défaut ou l'insuffisance de lubrification du motocompresseur rencontré dans les circuits frigorifiques connues. Dans son application à une pompe à chaleur 12 représentée à la figure 5 et indiquée par un rectangle en traits discontinus dans la figure 3, le circuit frigorifique 1 comprend un condenseur 3 qui forme avec un circuit indépendant de fluide caloporteur 14, un échangeur thermique 13 indiqué par un rectangle en traits dis- continus L'échangeur thermique 13 est selon l'invention constitué de préférence par deux circuits coaxiaux distincts 3 et 14 de deux fluides différents dont l'un est le réfrigérant comprimé chaud refoulé par le motocompresseur 2 et l'autre est un fluide caloporteur constitué de l'eau par exemple Le circuit de fluide caloporteur 14 est constitué (figure 4) par une canalisation 15 montée coaxialement -dans une conduite 16 formant le condenseur 3 La canalisation 15 dans laquelle circule le -fluide caloporteur est, dans cet échangeur 13, entourée complètement par du réfrigérant comprimé chaud évo- luant dans la conduite 16 du condenseur 3 -L'échange thermique entre ces deux fluides peut ainsi se faire d'une manière efficace. Cette efficacité est renforcée quand le courant 17 de fluide caloporteur et le courant de réfrigérant comprimé chaud indiqué par les flèches 18 se dirigent dans des direction opposés L'échangeur 13 constitue alors un échangeur à contre courants. Dans une contribution à un chauffage des locaux le circuit de fluide caloporteur 14 est raccordé, à travers deux vannes 19 et 20, par ses deux extrémités à l'entrée et à la sortie d'une vanne 21 d'un circuit de chauffage de locaux 22 Le circuit de chauffage 22 comprend par exemple une centrale connue de chauffage 23 qui envoie du fluide caloporteur chauffé, par des canalisations d'aller 24 et de retour 25 à un réseau de radiateurs 26. Quand la vanne 21 est fermée et les deux vannes 19 et 20 sont ouvertes, le fluide caloporteur venant du réseau des radiateurs 26 peut traverser à la fois l'échangeur 13 de la pompe à chaleur 12 et la centrale de chauffage 23 pour avoir un double apport de calories, avant de retourner aux radiateur 26 Si la centrale 23 est au repos, la pompe à chaleur 12 peut assurer seule le chauffage et quand la pompe à chaleur 12 est au repos, la centrale 23 peut également assurer seule le chauffage L'isolement du circuit de Péchangeur 13 de la pompe à chaleur peut être réalisé en fermant les vannes 19 et 20, la vanne 21 étant alors ouverte pour permettre au circuit de chauffage 22 de fonctionner normalement avec la centrale 23 Des circulateurs 27 et 28 peuvent être montés sur les circuits de l'échangeur 13 et de chauffage 22 pour accélérer la circulation du fluide caloporteur. La pompe à chaleur 12 réalisée sous une forme compacte, monobloc représentée dans la figure 5 comprend au centre le motocompresseur 2 et l'échangeur 13 et dans la périphérie l'évapo- rateur 5 L'évaporateur 5 est protégé extérieurement par une grille 29 Un ventilateur 30 est monté au dessus du motocompresseur 2 et de l'échangeur 13, coaxialement avec l'évaporateur périphérique 5, pour engendrer un courant d'air 31, 32 qui traverse cet évaporateur Une grande masse d'air est de ce fait mise en contact avec l'évaporateur 5 qui y puise de la chaleur L'air est déplacé laté- ralement suivant les flèches 31 à travers l'évaporateur 5 et refoulé 18720 axialement vers le haut suivant les flèches 32 Un capot ajouré 33 coiffant l'évaporateur 5, isole le ventilateur 30 de l'environnement extérieur et contribue à guider le courant d'air 31, 32 engendré Ce capot 33 et la grille 29 assurent une protection mécanique de la pompe à chaleur. Selon une caractéristique de l'invention, le motocompresseur 2 et l'échangeur 23 sont montés sur un socle thermiquement isolant 34 et fermés hermétiquement par une cloche également thermiquement isolante 35 Toute la chaleur provenant du travail mécanique du motocompresseur 2 et de la compression du réfrigérant gazeux est maintenue prisonnière dans l'enceinte isolante définie par ces socle 34 et cloche 35 pour augmenter le potentiel d'échange thermique avec le fluide caloporteur circulant dans Péchangeur 13. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cloche iso- lante 35 comprend un bord 36 qui, épousant la forme du socle 34 et coiffant ce dernier par un rebord périphérique saillant 37, forme avec ce socle une jointure étanche à l'air et à l'humidité Le rebord 37 formant autour de ce socle 34, une jupe déflectrice qui force tout écoulement de liquide sur la surface extérieure de la cloche 35 à se diriger vers l'extérieur de ce socle 34 Une infiltration de liquide suivant le long de la surface du socle 34 et vers l'intérieur de la cloche 35 est ainsi efficacement évitée. La pompe à chaleur 12 ainsi construite est solide et peut résister aux agressions mécaniques et d'intempéries tout en réalisant une excellente performance dans son fonctionnement, et restant économique dans sa fabrication par la simplicité de sa structure. REVENDICATIONS 1 Circuit frigorifique à motocompresseur, ayant en circuit fermé principalement un condenseur ( 3), un détendeur ( 4), un évapo- rateur ( 5) et un collecteur d'aspiration disposé entre cet évaporateur et le motocompresseur ( 2), caractérisé en ce qu'il comprend, un collecteur composite vertical d'aspiration ( 6) jouant en plus de son rôde propre de collecteur d'aspiration, le rô 181 e d'une bouteille anti- coup et celui d'un pulvérisateur-pompe réalisant un retour au motocompresseur ( 2) et sans dommages à ce dernier, du lubrifiant et du réfrigérant liquide piégés dans le circuit. 2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur composite vertical d'aspiration ( 6) comprend d'une part un corps allongé ( 9) fermé à son extrémité inférieure ( 8), rétrécie à son extrémité supérieure ( 10) au niveau de son raccordement à une conduite de liaison ( 7) avec le motocoinpresseur ( 2), et en com- munication, en au moins un point de sa paroi latérale, avec l'évaporateur ( 5), et d'autre part dans l'enceinte de ce corps ( 9) un capillaire ( 11) dont le bout inférieur est immergé dans la masse de lubrifiant et de réfrigérant liquide piégés dans l'extrémité inférieure ( 8) de ce corps et le bout supérieur disposé coaxialement dans la partie rétrécie ( 10) de l'extrémité supérieure de ce corps ( 9) pour créer avec ce dernier un venturi qui, durant le passage du réfrigé- rant gazeux appelé par le motocompresseur ( 2), aspire et pulvérise les lubrifiant et réfrigérant liquide piégés. 3 Pompe à chaleur caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit frigorifique de l'une des revendications 1 et 2 dont le condenseur ( 3) forme avec un circuit indépendant de fluide calo- porteur ( 14), un échangeur thermique ( 13). 4 Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend dans l'échangeur thermique ( 13), un circuit indépendant de fluide caloporteur ( 14) constitué par une canalisation ( 15) montée coaxialement dans une conduite ( 16) formant le condenseur ( 3). coaxialement dans une conduite ( 16) formant le condenseur ( 3). 251 t 720 Pompe selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que le motocompresseur ( 2) et l'échangeur ( 23) sont montés sur un socle thermiquement isolant ( 34) et fermés hermétiquement par une cloche thérmiquement isolante ( 35). 6 Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que la cloche thermiquement isolante ( 35) comprend un bord ( 36) épousant la forme du socle isolant ( 34) et coiffant ce dernier par un rebord périphérique saillant ( 37) formant une jupe déflectrice qui force tout écoulement de liquide sur la surface extérieure de cette cloche à se diriger vers l'extérieur de ce socle ( 34).