Brevet FR2563616A1 — publié le 19851031

L'invention que nous allons décrire est du domaine des pompes à chaleur et des échangeurs. Les pompes à chaleur classiques permettent d'avoir de l'eau de chauffage à une température de l'ordre de 500C maximum en sortie de pompe. l'es derniers progrés connus de la technique portent sur la cré ation d'un nouveau fluide frigorigène le "Frimip" qui permettrait d'atteindre des températures de l'ordre de 550C et d'avoir ainsi un gain de capacité thermique de 20 à 25% par rapport à une pompe classique fonctionnant au R22. Notre invention ne porte pas sur la nature Qu gaz mais sur une optimisation du cycle de Carnot-Hirn=Rankine. La machine selon l'invention permet d'utiliser les pertes de calories de manière utile et contrairement aux machines classiques utilise un cycle largement deplacé vers le haut du diagramme de MOLLIER (pression/enthalpie). La machine,selon l'invention, utilise le domaine utile des temperatu- res supercritiques.l"analyse mathématique d'un cycle thermodynamique montre qu'il est souhaitable,non pas de se trouver sur la courbe de liquéfaction en fin de condensation mais le plus au-delà possible. L'étude détaillée des relations entre température d'évaporation(#ev) ) 0V température d'admission du fluide au détendeur (9 d) et production frigorifique (Pf) rapportée au m3 de gaz aspirés, montre qu'il y a tout intérêt à avoir une température d'admission au détendeur faibles Nous proposons les relations approximatives mais pratiques et assez bien vérifiées (pour le R22) suivantes:: Pfs -a(&commat;ad) + 52I4,52 en KJ/M3 pour 0 C# iad avec a 0,92I (9ev) + 29,155 pour -5 0 # #ev # + 15 C Ces relations montrent qu'il est particulièrement intéressant d'avoir une température d'évaporation élevée et une température admission du fluide au détendeur faible. Sur une pompe à chaleur,cette condition ne coute rien et est facilement réalisable:il suffit de surdimensionner le condenseur ou mieux, d'en mettre un second en série. Notre originalité réside dans la création d'un appareil qui permette d'effectuer simultanément la fonction de refroidissement du fluide haute pression et l'augmentation de la température de la source froj de donc de la température d'évaporation (&commat; ( ). ev Cet appareil sera par la suite appelé évaporateur å réchauffeur incorporé ou plus simplement évaporéchauffeur (ER). notre machine planche I > se compose d'un compresseur (C),d'un condenseur (Cd),d'un évaporéchauffeur (ER),d'une bouteille (3),d'un dé- tendeur (D),d'un déshydrateur (Dh),de robinets ou vannes thormostati ques (ThI,Th2) et pressostatiques ainsi que des servitudes électri- ques et frigorifiques.Cette machine est caractérisée par une simplicité et une compacité poussées. L'évaporéchauffeur peut être schématisé par le dessin de la planche II.Le principe de fonctionnement est le suivant Puisque nous utilisons un cycle à haute temnerature de condensation 65 ou 700C par esemple,le fluide frigorigène (P22 par exemple) au sortir du condenseur (Cd) aura une température de l'ordre de 40/5ooc Il arrive alors dans le circuit haute pression (HP) de l'évaporéchauf four pour en ressortir à une température de 11 ordre de I50C. Àprés avoir été détenda il passe dans le circuit basse pression (BP) de l'évaporéchauffeur (ER).Ce super refroidissement du fluide frigori gène à pour conséquence immédiate un réchauffement de l'eau primaire et par conséquent de la température d'évaporation du circuit 8P de L'évaporéchauffeur. L' ensemble de la mise au point de la machine nécessite un réglage minutieux des vannes thermostatiques (ThI) et (Th2) en fonction des paramétres directeurs (température d'évapora tion... ) .On prevoit également un contrôle de pression (SC) avec les servitudes correspondantes. I1 est évident que l'invention admet toutes les variantes possibles d'évaporéchauffeur,tant sur la forme (helice,lineaire,parois...) oue sur la constitution. l'e schéma 3 planche II donne un autre exemple d'évaporechauffeur. Les deux modèles diffèrent par la séparation des échangeurs HP et BP sur le séma 2 alors que les deux mimes échangeurs sont intégrés dans le schéma 3. I1 ressort de cette description que notre évaporéchauffeur a également une fonction d'économiseur d'eau primaire ou plus généralement de fluide primaire ce qui dans le cas de l'air permet un fonctionnement basses températures extérieures. I1 est également à noter que nous relions le détendeur (D) au circuit de charge basse pression du compresseur (C) par un égaliseur de pression (Ep) (capillaire par exemple) ce qui permet au fluide,lors de l'arrêt du compresseur de subir une détente inverse et de se refroidir. L'invention que nous venons de decrire présente un intéret,pour le Pays,evident en matière d'economie d'energie.Les applications industrielles sont nombreuses:chauffage des usines,des locaux; séchage du bois.... REVENDICAllONS 1) Machine destinée, en utilisant le principe fondamental du pansage calorifique, à la production d'eau de chauffage (ou de tout autre fluide) à, haute température et caractérisée en ce que le compres- seur (C) carprinre le gaz et le "chauffe" vers 115 à 125 C., le di rige vers le condenseur (Cd), où il se transforme en liquide avant d'arriver dans 1 'évaporéchauffeur (ER), régulé par les vannes ther mostatique (Th1) et (Th2) par une servitude de pression (SC) et par le détendeur (D) où il subit un super-refroidissement, réchauffe le fluide primaire et s'évapore pour être aspiré par le carpresseur (C) - l'égaliseur de pression (Ep) assure l'6quilibre des pressions lors de l'arrêt par libre détente. 2) Machine, suivant la revendication 1) caractérisée par l'utilisation d'un évaporéchauffeur (ER). 3) Machine, selon la revendication 1) caractérisée en ce que l'évapo- réchauffeur (ER) récupère les calories et les utilise simultanément. 4) Machine1 suivant l'ensemble des revendications précédentes ou l'une quelconque d'entre elles, caractérisée par l'utilisation d'un éva poréchauffeur (ER) à circuits HP et BP séparés avec régulation par (Th1) et/ou (Th2). 5) Machine, suivant l'ensemble des revendications précédentes ou l'une quelconque d'entre elles, caractérisée par l'utilisation d'un éva poréchauffeur (ER) dont les circuits (HP) et (BP) sont intégrés (Fig. 3). 6) Machine, suivant l'ensemble des revendicatilons précédentes ou l'une quelconque d'entre elles, caractérisée par l'utilisation d'un éva poréchauffeur (ER) réalisé entièrement ou partiellement en matière synthétique (polyéthylène, polybutylène etc...) ou métallique. 7) Machine, suivant la revendication 1) caractérisée par le fait que l'égalisateur (bop) soit relié directement au circuit de charge du compresseur (C). 8) Machine, en particulier pompe à chaleur ou machine thermodynamique suivant l'ensemble des revendications précédentes ou l'une quelcon que d'entre elles, caractérisée par i l'utilisation d'un évaporé- chauffeur (ER) alimenté par n'importe quelle source froide (eau, air ...)