Brevet FR2609787A1 — publié le 19880722

"Générateur de chaleur thermodynamique" La présente invention concerne un générateur de chaleur thermodynamique, fonctionnant selon le principe de la "pompe à chaleur" et utilisable, en remplacement d'une chaudière classique, notamment pour le chauffage de locaux et la production d'eau chaude domestique. Une pompe à chaleur comprend principalement un circuit parcouru par un fluide refrigérant, avec un évaporateur dans lequel le fluide refrigérant absorbe de la chaleur par échange avec une "source froide", un condenseur dans lequel le fluide refrigérant fournit de la chaleur à un autre fluide par échange, cet autre fluide assurant la distribution de la chaleur produite, et un compresseur destiné à aspirer le fluide refrigérant en provenance de l'évaporateur et à refouler ce fluide sous plus haute pression vers le condenseur. Le retour du fluide refrigérant depuis le condenseur vers l'évaporateur s'effectue en passant par un détendeur thermostatique avec bi-pass, constituant un dispositif automatique de réglage. Les fluides réfrigérants, couramment utilisés à l'heure actuelle dans les installations de pompes à chaleur, sont des dérivés fluoro-chlorés du méthane, connus sous les dénominations commerciales "Fréon" ou "Forane" (marques déposées), notamment le monochlorodifluorométhane CH C1 F2 et le dichlorodifluorométhane CC12 F2. La "source froide", dans laquelle est puisée la chaleur, peut être constituée simplement par l'air extérieur. I1 peut s'agir aussi de l'air vicié extrait mécaniquement du bâtiment, ou encore d'une nappe d'eau souterraine. Dans le cas où la "source froide" est constituée par l'air extérieur, et avec les fluides refrigérants mentionnés ci-dessus, la production de chaleur se trouve limitée par une saturation au niveau de l'évaporateur: : la présence d'humidité dans l'air entraîne la formation de givre et de glace qui réduit ou empêche l'échange thermique au niveau de l'évaporateur. L'adjonction d'un système de dégivrage de l'évaporateur complique l'installation et consomme de l'énergie. Les installations de pompes à chaleur qui utilisent, comme "source froide", l'air vicié ou le puisage d'une nappe d'eau souterraine ont elles aussi une puissance calorifique limitée. Leur coefficient optimum de performance (C.O.P.) est égal au maximum à 4,2 dans le meilleur des cas. La présente invention vise à éliminer ces inconvénients, son but étant de fournir une installation de pompe à chaleur dont les performances sont améliorées, plus particulièrement par une augmentation de la puissance calorifique d'échange au niveau de l'évaporateur, tout en conservant un matériel d'un type disponible dans le commerce et en respectant les prescriptions en vigueur. A cet effet, l'invention a pour objet un générateur de chaleur thermodynamique, du genre "pompe à chaleur", dans lequel le fluide refrigérant est choisi de telle sorte qu'à l'entrée de l'évaporateur, au niveau du bi-pass, ce fluide refrigérant soit à l'état sous-refroidi. Grâce à cette particularité, la prise en glace de l'évaporateur est évitée et la puissance calorifique d'échange est augmentée. L'invention permet d'obtenir ainsi un coefficient optimum de performance (C.O.P.) égal à 7 environ. Avantageusement, le fluide refrigérant choisi est un mélange azéotrope de dichloradifluorométhane CC12 F2 et de difluoroéthane CH3 CHF2. Le choix de ce fluide refrigérant permet un fonctionnement de l'installation sans modification notable des pressions, et il peut ainsi être utilisé avec des compresseurs ordinaires, ce qui permet d'augmenter la puissance de l'installation pour un coût relativement faible et sans introduire de risque particulier. De toute façon, l'invention sera mieux 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 ce générateur de chaleur thermodynamique Figure 1 est une vue d'ensemble d'une installation de "pompe à chaleur" conforme à l'invention; Figure 2 est un diagramme de fonctionnement enthalpique, se rapportant à l'installation objet de l'invention. La figure 1 montre, à titre d'exemple, une pompe à chaleur utilisée pour le chauffage de locaux et la production d'eau chaude sanitaire. L'installation comprend un circuit 1 parcouru par un fluide réfrigérant, avec un évaporateur 2, un condenseur 3, un compresseur 4 placé sur le trajet allant de l'évaporateur 2 vers le condenseur 3, et un détendeur 5 intercalé sur le trajet de retour vers l'évaporateur 2. Cet évaporateur 2 utilise, comme "source froide", I'air extérieur et/ou l'air vicié extrait du bâtiment recevant l'installation décrite. On a indiqué, sur le dessin, une gaine 6 de soufflage d'air vicié et un moyen 7 de ventilation mécanique pouvant être associés à l'évaporateur 2. Le condenseur 3 est réalisé sous la forme d'un échangeur thermique multi-tubulaire, dans lequel le fluide refrigérant chauffé et comprimé cède de la chaleur à un circuit d'eau primaire 8, sur lequel sont montés un circulateur 9 et un ballon 10 d'équilibrage des pressions. Le circuit d'eau primaire 8 alimente des radiateurs 11 pour le chauffage de locaux. Ce circuit 8 alimente aussi, au travers d'une vanne à trois voies 12, une dérivation 13 qui aboutit à un chauffe-eau à accumulation 14, utilisé pour le chauffage d'eau chaude sanitaire parcourant un circuit d'eau secondaire 15. Le compresseur 4 appartient à un type courant pour ce genre d'installation. I1 peut s'agir, notamment, d'un compresseur adapté pour une installation fonctionnant avecdu dichlorodifluorométhane CC12 F2. Le détendeur 5 est associé à un bi-pass 16 avec une vanne 17 d'égalisation des pressions. Cet ensemble est relié à un capteur de température 18 placé vers la sortie de l'évaporateur 2, pour constituer un dispositif automatique de réglage. Selon l'invention, le fluide refrigérant remplissant le circuit 1, pour prélever de la chaleur à l'évaporateur 2 et céder de la chaleur dans le condenseur 3, est un mélange azéotrope de dichlorodifluorométhane CC12 F2 et de difluoroéthane CH3 CHF2. Il peut s'agir, notamment, d'un mélange connu sous la dénomination commerciale "Forane 500" (marque déposée), composé de 73,8 % de CC12 F2 et de 26,8 % de CH3 CHF2. La figure 2 illustre le fonctionnement de la pompe à chaleur, avec ce genre de fluide refrigérant, sous la forme d'un diagramme enthalpique où l'enthalpie (exprimée par exemple en Kj/Kg) est portée en abscisses, et la pression P est portée en ordonnées. Le diagramme montre en S la courbe de saturation, délimitant les domaines "liquide" (L), "vapeur" (G) et "liquide + vapeur" (L + G). Le cycle thermodynamique C subi par le fluide refrigérant passe par les points I,II,III et IV, et se décompose comme suit - De I en Il : le fluide est détendu de la pression de condensation à celle d'évaporation. - De II en III: le fluide s'évapore et absorbe de la chaleur. - De III en IV : le fluide est comprimé par le compresseur 4 qui l'aspire. - De IV en I: le fluide se condense et fournit de la chaleur au circuit d'eau 8. On note que, dans cette dernière phase, le fluide initialement gazeux atteint un point de condensation V (première intersection avec la courbe de saturation S), puis est "sous-refroidi", la zone liquide sous-refroidie (au-delà de la seconde intersection avec la courbe de saturation S) étant indiquée en SR. Le fluide refrigérant, sous-refroidi par exemple de 70"C environ, permet d'augmenter la puissance calorifique de l'installation, en évitant la prise en glace de l'évaporateur 2. L'installation de pompe à chaleur, décrite précédemment, est utilisable en remplacement d'une chaudière traditionnelle au gaz, au fuel ou à bois, comme générateur de chaleur pour le chauffage de locaux et la production d'eau chaude sanitaire, dans le domaine des bâtiments d'habitation et de l'industrie. Commè il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce générateur de chaleur thermodynamique qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe, quels que soient, notamment, la structure et la puissance du matériel mis en oeuvre (evaporateur, condenseur, compresseur). De même, le fluide refrigérant particulier, cité dans la description, est remplaçable par tout fluide équivalent en ce qui concerne ses caractéristiques thermodynamiques. REVENDICATIONS 1. Générateur de chaleur thermodynamique, du genre "pompe à chaleur", comprenant un circuit (1) parcouru par un fluide refrigérant avec un évaporateur (2) dans lequel le fluide refrigérant absorbe de la chaleur par échange avec une "source froide", un condenseur (3) dans lequel le fluide refrigérant fournit de la chaleur à un autre fluide (circuit 8) par échange, cet autre fluide assurant la distribution de la chaleur produite, un compresseur (4) destiné à aspirer le fluide refrigérant en provenance de l'évapo- rateur (2) et à refouler ce fluide sous plus haute pression vers le condenseur (3), et un détendeur thermostatique (5) avec bi-pass (16) sur le retour du fluide refrigérant depuis le condenseur (3) vers l'évaporateur (2), caractérisé en ce que le fluide refrigérant est choisi de telle sorte qu'a l'entrée de l'évaporateur (2), au niveau du bi-pass (16), ce fluide refrigérant soit à l'état sous-refroidi. 2. Générateur de chaleur thermodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide refrigérant est un mélange azéotrope de dichlorodifluorométhane CC12 F2 et de difluoroéthane CH3 CHF2. 3. Générateur de chaleur thermodynamique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide refrigérant est un mélange composé de 73,8 % de dichlorodifluorométhane CC12 F2 et de 26,8 % de difluoroéthane CH3 CHF2.