Brevet FR2538089A1 — publié le 19840622

Circuit frigorifique réversible à compression. La présente invention concerne un circuit frigorifique réversible à compression. De tels circuits sont utilisés, soit pour des pompes à chaleur dans lesquelles une inversion de cycle autorise un dégivrage et/ou un rafratchissement, soit pour des appareils de climatisation dans lesquels l'inversion de cycle autorise un dégivrage et/ou un chauffage, soit enfin pour des appareils de réfrigération à inversion de cycle à fin de dégivrage. Les circuits frigorifiques à compression connus comprennent comme on le sait un compresseur, un condenseur, un détendeur de régime direct et un évaporateur traversés dans cet ordre par le fluide frigorigène (ou caloporteur) lors des cycles de fonctionnement direct. Ils comprennent de plus généralement un détendeur de régime inverse et, lors des cycles de fonctionnement inversé, le frigorigène traverse successivement le conIpresseur, l'évaporateur fonctionnant en condenseur, le détendeur de régime inverse et le condenseur fonctionnant en évaporateur. Un clapet antiretour est associé à chaque détendeur en dérivation de celui-ci t le r61e de ces clapets est de bipasser le détendeur associé lorsque celuici est inutilisé. De tels circuits réversibles connus présentent certains inconvénients ; en particulier la présence des clapets antiretour prévus en bipass des organes de dd- tente peut entraîner des risques non négligeables soit par manque d'4tanchditd causant un passage de fluide liquide, soit par blocage du clapet en position ouverte ou fermée. De plus les inversions de cycle impliquent par la brutalité du changement de phase et de température du frigorigène introduit dans les échangeurs du circuit des contraintes mécaniques qui peuvent & re à l'origine de leur vieillissement prématuré. L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients précédernment rappelés des circuits frigorifiques réversibles au moyen d'un agencement simple et fiable. La présente invention consiste à disposer en dérivation du détendeur de régime direct d'un circuit frigorifique réversible à compression un conduit tel qu'un tube comprenant un capillaire et à associer à ce tube un moyen de chauffage fonctionnant seulement lors du cycle direct du circuit pour vaporiser le frigorigène alimentant le capillaire. Il en résulte que lors d'un cycle direct le tube à capillaire véhicule un frigorigène gazeux de débit massique extrêmement faible assimilable à une simple fuite et que l'on peut donc supprimer le clapet antiretour habituellement disposé en dérivation du détendeur de régime direct. Ce léger bipassage de vapeur transitant par le capillaire peut améliorer l'efficacité de l'évaporateur ; de plus, au début d'un régime de cycle direct, du fait que le tube de réchauffage est encore froid, le capillaire concourt à la réalimentation de l'évaporateur et permet ainsi de réduire le délai habituel de mise en régime.Lors d'un cycle inverse, le détendeur bloque le passage du frigorigène tandis que celui-ci circule librement en phase liquide dans le tube à capillaire. I1 convient de noter qu'au début d'un cycle inverse le frigorigène est brièvement réchauffé au cours de son passage dans le tube échangeur associé au capillaire de sorte que l'on atténue au condenseur le choc thermique entrai- né par un brutal changement de température. Dans un mode de réalisation très simple et fiable, le moyen de chauffage est de préférence formé par une liaison thermique entre le conduit à capillaire et le tube reliant la vanne d'inversion au condenseur du circuit frigorifique de pompe à chaleur ou de réfrigération. La liaison thermique peut s'obtenir par une simple soudure entre le conduit d'alimentation du capillaire. et le tube reliant la vanne d'inversion au condenseur. D'autres caractéristiques et avantages de l-'invention ressortiront de la description ci-dessous relative à des modes-de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs en se référant aux dessins annexés qui font partie intégrante de cette description. La figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation d'un circuit de pompe à chaleur à compression conforme à l'invention. Les figures. 2 et 3 montrent deux variantes de réalisation d'un circuit de pompe à chaleur. te circuit de pompe à chaleur illustré sur la figure 1 comprend un évaporateur (1), un compresseur (2), un condenseur (3) et un détendeur (4) de régime direct. Une vanne à 4 voies (5) permet d'inverser le cycle de fonctionnement en vue de dégivrer l'évaporateur. Un capillaire (9) est associé à un tube (10) placé en dérivation du détendeur de régime direct (4) et en liaison thermique avec le tube (8) qui raccorde la vanne d'inversion à l'entrée du condenseur. Le tube à capillaire relie la sortie du condenseur à un point du circuit situé entre la sortie du détendeur et l'entrée de l'évaporateur. Le chauffage du tube à capillaire en régime normal pourrait bien entendu s'effectuer au moyen d'une résistance électrique ou de toute autre source de chaleur. Dans le mode de réalisation préféré ici décrit, le moyen de liaison thermique (16) est très simplement constitué par une soudure tendre entre les tubes (8) et (10). Le circuit peut comprendre également un filtredéshydrateur (lia) et un filtre (11b) tels qu'indiqués. Le circuit de pompe à chaleur illustré par la figure 1 fonctionne de-la manière suivante - en régime normal, le fluide caloporteur ou frigorigène circule dans le sens indiqué par les flèches en traits pleins. Le frigorigène contenu dans le tube (10) associé au capillaire (9) est chauffé par la liaison thermique avec le tube (8) et il est évaporé ; il en résulte que le débit massique de frigorigène empruntant la dérivation (10) pour alimenter l'évaporateur (1) via le capillaire (9) est extrêmement faible et peut être assimilé à une simple fuite , l'alimentation réelle de l'échangeur (1) s'effectuant via le détendeur (4) - lors de l'inversion du cycle de fonctionnement pour dégivrer l'évaporateur (1), la vanne d'inversion (5) permute les liaisons entre d'une part les raccords BP et HP du compresseur et d'autre part l'évaporateur (1) et le condenseur (3). te frigorigène est dès lors mis en circulation dans le sens indiqué par les flèches en tirets et l'évaporateur fonctionne temporairement en condenseur ; le détendeur de régime direct (4) est fermé par la pression d'équilibrage ; le capillaire (9) est alimenté par le liquide issu de l'échangeur (1) le tube (8) se refroidit et refroidissant le tube (10) permet à un débit de liquide suffisant de passer par le capillaire (9) vers l'échangeur (3) qui fonctionne en évaporateur ; le tube à capillaire remplit alors la fonction de détendeur de régime inverse ; - au moment du retour au chauffage, tandis que le détendeur (4) de régime direct s'ouvre, le retour à l'alimentation normale de l'évaporateur (1) s'effectue d'autant plus vite que le tube (8) ne- se réchauffe que progressivement. De la sorte, la température du tube (10) s'élève progressivement et le capillaire (9) reste alimenté en liquide pendant un laps de temps qui permet un remplissage plus rapide de l'évaporateur (1). Le fonctionnement du détendeur (4) n'est pas altéré pendant cette opération et la surchauffe reste contrôlée. Il convient de noter que le léger bipassage de vapeur transitant par le capillaire (9) en régime normal améliore l'efficacité interne de l'évaporateur (1?, ceci compensant dans un certain sens, la perte thermique pourtant infime nécessaire à l'entretien d'une réserve de vapeur dans le tube (10) à l'entre du capillaire. De plus, dans un circuit classique, au moment d'une inversion effectuée en vue d'un dégivrage, le liquide frigorigène froid pénètre sans transition dans le condenseur (3) alors à sa plus haute température. Il en résulte au cours du fonctionnement du circuit des successions rapides de tensions contradictoires altérant la longévité de ces composants. Au contraire, dans le circuit de la figure 1, cet effet est atténué du fait que la vapeur de frigorigène est brièvement réchauffée au cours de son transit dans le tube (10) par l'échange calorifique réalisé entre les tubes (10) et (8). La variante de réalisation représentée sur la figure 2 vise un circuit de pompe à chaleur de faible puissance ; le détendeur de régime direct (4) est remplacé par un capillaire (12) associé au tube (13) qui sert au passage de la majeure partie du frigorigène du condenseur (3) vers l'évaporateur (1) en régime direct. Une liaison thermique est également prévue entre le tube (13) et le tube (14) reliant la sortie de l'évaporateur à la vanne d'inversion (5). De la sorte, en régime direct, le frigorigène. circule du condenseur (3) à l'évaporateur (1) en empruntant le capillaire (12) tandis que par le capillaire (9) ne transite qu'une légère fuite de vapeur. En régime inverse le capillaire (12) n'assure que le passage d'une légère fuite de vapeur (1) vers quasi-totalité de (1) vers (3) via le capillaire (9). Dans la variante représentée sur la figure 3, et destinée aux pompes à chaleur de plus grande puissance, il est prévu un tube à capillaire supplémentaire (15) en dérivation à la fois sur le détendeur (4) et sur la zone chauffée du tube (10) et son capillaire (9). Le capillaire (15) fonctionne dans les deux sens pour assurer l'écoulement d'une partie du débit de frigorigène en régime normal avec le détendeur (4) et en dégivrage avec le capillaire (9). Le fonctionnement du circuit frigorifique selon l'invention a été décrit pour des pompes à chaleur, mais il est bien entendu transposable aux appareils de climatisation ou de réfrigération et il suffit pour cela d'inverser la désignation des échangeurs. REVENDICATIONS 1. Circuit frigorifique réversible à compression, comprenant un compresseur (2), un condenseur (3), un détendeur de régime direct (4) et un évaporateur (1) traversEs dans cet ordre par le fluide frigorigène (ou caloporteur) lors des cycles de fonctionnement direct, ainsi qu'une vanne d'inversion (5) disposée de manière à permuter la liaison de l'entrée (BP) et de la sortie (HP) du compresseur avec l'évaporateur t le condenseur de manière à inverser le sens de circulation du fluide frigorigène dans le circuit; caractérisé par le fait qu'il est prévu en dérivation du détendeur de régime direct (4) un conduit (10) comprenant un capillaire (9) et par le fait qu'on associe à ce conduit (10) un moyen de chauffage mis en oeuvre seulement lors du cycle direct du circuit et prédéter-- miné de manière à vaporiser le fluide frigorigène du conduit lors du cycle direct. 2. Circuit frigorifique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de chauffage est constitué par une liaison thermique (16) entre le conduit (10) à capillaire (9) et le tube (8) reliant la vanne d'inversion (5) au condenseur (3). 3. Circuit frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le détendeur de régime direct (4) est constitué par un capillaire (12) faisant partie d-'un conduit (13) en liaison thermique avec le tube (14) reliant la vanne d'inversion (5) à l'évaporateur (1). 4. Circuit frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'un capillaire additionnel (15) est prévu en dérivation du détendeur de régime direct (4) et en dérivation de la zone chauffée du conduit (10) et du capillaire (9) 5. Pompe à chaleur équipée du circuit frogorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Appareil de climatisation ou de réfrigération équipé du circuit frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.