Brevet FR2561758A1 — publié le 19850927

Pompe de chaleur associée à un récupérateur statique. La présente invention concerne une pompe de chaleur associée à un récupérateur statique notamment dans une application à la déshumidification et au chauffage d'un flux d'air qui est repris d'une enceinte, déshumidifié et chauffé avant d'être réinfecté dans ladite enceinte. Les machines de ce type sont en général, et comme illustré dans la figure 1, construites autour d'un échangeur qui constitue le récupérateur statique, échangeur dont les deux moitiés sont traversées respectivement par le flux chaud à refroidir et à déshumidifier et par le flux froid à réchauffer. Avec ce premier échangeur statique est combinée une pompe de chaleur qui comporte deux échangeurs avec le flux gazeux, savoir l'évapo- rateur qui emprunte des calories au flux gazeux pour évaporer l'agent frigorigene et le condenseur dans lequel l'agent frigo rigêne comprimé se liquéfie en fournissant au flux gazeux les calories correspondant à la chaleur de vaporisation.Le flux gazeux chaud et humide traverse successivement la première moitié de l'échangeur statique sur laquelle il se refroidit, l'évaporateur de la pompe de chaleur sur lequel il se refroidit avec condensation des vapeurs qu'il transporte, la seconde moitié de l'échangeur statique et le condenseur de la pompe de chaleur sur lesquels il se réchauffe et, éventuellement, une batterie d'appoint formant échangeur pour compenser les pertes thermiques et atteindre la température finale recherchée. Du fait que l'échangeur statique est monobloc, le circuit du fluide comporte deux flux-en paralièle circulant à contre-courant comme représenté.De ce fait, l'ensemble de l'installation a une section égalé à deux fois la section de passage du flux et sa longueur est égale à la somme des épaisseurs des quatre éléments d'echange thermique : évaporateur, échangeur statique, condenseur et batterie d'appoint, augmentée de la largeur de ces éléments du fait du coude-dlinver- sion du flux. La présente invention a pour but de réaliser un ensemble comportant une pompe de chaleur associée à un récupérateur statique d'encombrement réduit dont la section est sensiblement égale à la section de passage du flux, la longueur de la zone des batteries d'échange thermique étant sensiblement conservée, voire légèrement réduite. L'invention permet egalement d'utiliser des batteries d'échange-thermique comportant des faisceaux tubulaires standards. Le but est atteint, conformément à l'invention, par le fait que l'échangeur statique est du type à transfert de chaleur par un fluide circulant entre une zone chaude où il se charge de calories et une zone froide où il abandonne lesdites calories, la zone froide et la zone chaude étant réalisées par deux batteries d'échange thermique séparées. De ce fait les deux batteries de l'échangeur statique peuvent être montées en série dans le canal du flux gazeux à déshumidifier et-chauffer en étant réunies par des canalisations de circulation du fluide. De préférence, l'échangeur statique est du type caloduc, le fluide se condensant dans la zone froide en abandonnant sa chaleur de vaporisation et se vaporisant dans la zone chaude en absorbant des calories pour sa vaporisation. Les batteries d'échange thermique sont constituées par des plaques parallèles entre elles et parallèles à la direction de passage du flux gazeux, avec des tubes parallèles entre eux et perpendiculaires auxdites plaques pour la circulation du fluide d'échange thermique, la règle de connexion entre les tubes d'une batterie étant déterminée pour assurer l'échan- ge thermique optimal en fonction des conditions d'échange thermique dans cette batterie et/ou dans les batteries avec lesquelles elle coopère. Du fait que le flux gazeux refroidi passe en ligne directe de la batterie d'échange thermique assurant la température la plus basse à la batterie amorçant le rechauffage, des gouttelettes d'eau condensées par le refroidissement sur la der nière batterie de refroidissement peuvent entre entratnées mécaniquement dans le volume desbatteries de réchauffage alors que, dans le dispositif ancien, elles pouvaient se séparer pendant le trajet correspondant au changement de direction du flux gazeux. Pour y remédier, il rentre dans le cadre de l'invention de prévoir dans la zone des batteries de refroidissement ou entre celles-ci et la première batterie de réchauffement, une séparation mécanique des gouttelettes d'eau en suspension.Une telle batterie de condensation peut comporter notamment des plaques formant ailettes de déviation du flux pour précipiter par centrifugation les gouttelettes d'eau sur lesdites surfaces. La batterie de condensation peut être incorporée dans la batterie d'échange thermique de refroidissement en délimitant le passage du flux gazeux par des plaques ondulées munies éventuellement de rigoles collectrices. Il est également possible de réaliser la séparation des gouttelettes par subdivision du flux global en flux partiels qui sont centrifugés. L'invention sera décrite plus en détail ci-après sous forme d'exemples de réalisation avec référence aux dessins ciannexés dans lesquels La figure 1 est une vue schématique en plan d'un déshumidificateur avec pompe de chaleur et récupé rateur thermique de l'art antérieur, la figure 2 est une vue correspondante à plus grande échelle d'un déshumidificateur conforme à l'invention et la figure 3 en est une vue en élévation partielle avec schématisation des connexions possibles entre les tubes des batteries. Dans le déshumidificateur réchauffeur de l'art antérieur, l'air est aspiré dans la direction de la flèche F dans une enceinte en U 1 par un ventilateur 2 qui le refoule selon la flèche F1 après déshumidification et réchauffage. Le flux d'air chaud et humide traverse d'abord la partie d'échange- 3a du récupérateur statique 3 qui peut être la zone d'évaporation d'un caloduc, puis une batterie d'échange thermique 4 qui constitue l'évaporateur d'une pompe à chaleur non repré sentée. Le flux gazeux qui a abandonné une partie de ses calories sur la batterie d'échange thermique du récupérateur statique 3 est encore refroidi sur l'évaporateur 4 de la pompe à chaleur et l'humidité qu'il contient se condense et est extraite et évacuée. Le flux gazeux froid et plus sec traverse alors, selon un flux ayant une direction de circulation de sens inverse, la partie 3b du récupérateur statique 3 qui peut être la zone de condensation d'un caloduc où il se réchauffe, puis la batterie d'échange thermique 5 constituant le condensateur de la pompe à chaleur qui relève encore sa température et enfin une batterie d'échange thermique 6 alimentée par une source d'appoint pour amener le flux gazeux à la température finale à laquelle il doit être insufflé dans l'enceinte. On voit que le dispositif présente une largeur g égale à deux fois la largeur du canal de circulation du flux et une longueur L qui, outre l'encombrement du ventilateur 2, comprend quatre fois l'épaisseur unitaire d'une batterie d'échange thermique et le rayon du leude de raccordement assurant l'inversion du sens de circulation du flux. Dans le mode de réalisation conforme à l'invention illustré dans la figure 2, le flux gazeux à sécher est aspiré en F2 et refoulé en F1 après avoir été séché et réchauffé. Les mêmes références que dans la figure 1 désignent les mêmes batteries d' échange thermique. Comme illustré les cinq batteries d'échange thermique 3a, 4, 3b, 5 et 6 sont montées en parallèle dans un caisson parallélipipédique 7 dans lequel l'air chaud. et humide est aspiré en F2 et refoulé en F1 par le ventilateur 2. Le caisson 7 a une largeur t1 sensiblement égale à t/2 et une longueur L1 qui est du même ordre ou inférieure à L. Les deux batteries d'échange thermique 3a et 3b fonctionnent en échangeur statique du type caloduc. Comme illustré à la figure 3 à titre d'exemple, une nappe horizontale de tubes 8 de la batterie d'échange thermique 3a est connectée à la nappe horizontale de tubes 9 de la batterie d'échange thermique 3b se trouvant à un niveau supérieur par un tube 10 qui transfère à l'état de vapeur, l'agent caloporteur vaporise dans les tubes 8, aux tubes 9 où il abandonne des calories en se condensant, le condensat étant ramené par un tube 11 à la batterie d'échange thermique 3a. La pompe de chaleur comporte, de façon connue, outre l'évapo- rateur 4 et le condenseur 5, un compresseur 12 et un détendeur 13. L'évaporateur 4 est, à titre d'exemple, représenté comme comportant des faisceaux de quatre tubes 14 alimentEs par une tubulure de répartition 15 dont seul un élément est représenté, le fluide frigorigène vaporisé étant collecté par un collecteur 16 qui aboutit au compresseur 12, les gaz comprimes étant condensés dans le serpentin 17 constitué par les tubes de la batterie d'échange thermique 5. Le condensat est transmis par le détendeur 13 aux faisceaux de la batterie d'échance thermique 4 fonctionnant comme évaporateur. Les tubes de la batterie d'échange thermique 6 sont -onnectés pour former deux faisceaux parallèles dans lesquels circule de bas en haut le fluide chaud admis en 18 et évacué en 19 qui apporte les calories d1appoint destinées à chauffer l'air jusqu'à la température recherchée. Les interconnexions des tubes dans les differentes batteries d'échange thermiques sont- illustrées à titre d'exemples pour montrer que des interconnexions différentes entre des tubes ayant la même disposition dans un faisceau constitué par les tubes 20 et les plaques parallèles 21 permettent de réaliser des faisceaux d'échange répondant à chaque roule particulier. Revendications 1. Un ensemble d'échange thermique comportant une pompe de chaleur associée à un récupérateur statique du type à transfert de chaleur par un fluide circulant entre une zone chaude où il se charge de calories et une zone froide où il abandonne lesdites calories, caractérisé en ce que la zone froide (3b) et la zone chaude (3a) du récupérateur statique sont réalisées par deux batteries d'échange thermique séparées. 2. Un ensemble d'échange thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux batteries (3a et 3b) de l'échan- geur statique sont montées en série dans le canal (7) du flux gazeux à déshumidifier et chauffer en étant réunies par des canalisations (10-11) de circulation du fluide. 3. Un ensemble d'échange thermique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'échangeur thermique est du type caloduc, le fluide se condensant dans la zone froide (3b) en abandonnant sa chaleur de vaporisation et se vaporisant dans la zone chaude (3a) en absorbant des calories pour sa vaporisation. 4. Un ensemble d'échange thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les batteries d'échange thermiques sont constituées par des plaques (21) parallèles entre elles et parallèles à la direction (F2 - F1) de passage du flux gazeux, avec des tubes (11) parallèles entre eux et perpendiculaires auxdites plaques (12) pour la circulation du fluide d'échange thermique, la règle de connexion entre les tubes d'une batterie étant déterminée pour assurer l'échange thermique optimal en fonction des conditions d'échange thermique dans cette batterie et/ou dans les batteries avec lesquelles elle coopère.