Brevet FR2626066A1 — publié le 19890721

La présente invention concerne un générateur de chaleur thermodynamique, du genre en soi connu destiné à fonctionner selon le principe de La pompe à chaleur et à être utilisé en remplacement d'une chaudière classique, notamment pour le chauffage de locaux et La production d'eau chaude domestique. On sait qu'une pompe à chaleur classique comprend ordinairement, à l'intérieur d'un circuit parcouru par un fLuide réfrigérant, un évaporateur dans lequel ledit fluide absorbe de la chaleur par échange avec une source froide, un condenseur dans lequel ce même fluide fournit, par échange, de La chaleur à un fLuide secondaire quelconque propre à assurer la distribution de la chaleur produite, et un compresseur apte à aspirer le fluide réfrigérant en provenance de l'évaporateur et à le refouler sous plus haute pression dans le condenseur. Le retour du fluide réfrigérant depuis le condenseur vers l'évaporateur s'effectue à travers un détendeur thermostatique associé à un by-pass pour constituer un dispositif automatique de réglage. Les fluides réfrigérants qui sont couramment utilisés à L'heure actuelle dans les installations de pompes à chaleur sont des dérivés fluoro-chlorés du méthane, connus sous les marques de fabrique "FREON" ou "FORANE", 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 ; il peut également s'agir 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 de l'air (extérieur ou vicié) et où les fluides réfrigérants sont du type de ceux mentionnés ci-dessus, La production de chaleur se trouve limitée par une saturation au niveau de l'évaporateur ; en effet la presence 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. On est donc amené à adjoindre à ce dernier un système de dégivrage qui complique L'instaLLation et consomme de l'énergie. La présente invention vise à éLiminer ces inconvénients, son but étant de fournir un générateur de chaleur thermodynamique du type précité, mais 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 réfrigérant qui se trouve à l'état sous-refroidi à la sortie du condenseur est injecté à l'entrée de l'évaporateur au niveau du by-pass du dispositif automatique de réglage, sous l'action d'une vanne commandée par un capteur de température prévu à la sortie de l'évaporateur. Grâce à cette particularité, le givrage ou prise en glace de l'évaporateur est évité et la puissance calorifique d'échange est augmentée. Avantageusement, le fluide réfrigérant choisi est un mélange azéotrope de dichlorodifluorométhane CC 12 F2 et de difluoroéthane H3 CHF2. Le choix de ce fluide réfrigérant permet un fonctionnement de l'installation sans modification notable des pressions, tout en ayant recours à un compresseur étudié pour ne fonctionner qu'avec du dichlorodiflurométhane CC 12 F2. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiquesqu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est un schéma montrant l'agencement général d'un générateur suivant l'invention. Fig. 2 montre le branchement du by-pass dans un générateur classique. Fig. 3 est un diagramme de fonctionnement enthalpique se rapportant au générateur suivant l'invention. Le bénef -r représenté en fig. 1 comprend un circuit parcouru par un fluide réfrigérant, sur lequel sont montés un évaporateur 1, un condenseur 2 et un compresseur 3 placé sur la canalisation reliant l'évaporateur 1 au condenseur 2. L'évaporateur 1 utilise, comme "source froide", l'air extérieur et/ou l'air vicié extrait du bâtiment recevant l'installation décrite. On a supposé en fig. 1 qu'il s'agissait de L'air vicié amen à L'évaporateur 1 par une gaine 5 associée à un ventilateur 6. Le condenseur 2 est réalisé sous la forme d'un échangeur thermique multi-tubulaire, dans lequel le fluide réfrigérant issu du compresseur 3 à l'état chauffé et comprimé cède de la chaleur à un circuit d'eau primaire 7 sur lequel sont montés un circulateur 8 et un ballon 9 pour L'équilibrage des pressions. Le circuit d'eau primaire 7 alimente d'une part des radiateurs 10 pour le chauffage de locaux, d'autre part et au travers d'une vanne à trois voies 11, une dérivation qui aboutit à un chauffe-eau à accumulation 12 utilisé pour le chauffage d'eau chaude sanitaire et associé à un circuit d'utilisation 13. Comme à l'accoutumée, sur ta canalisation 14 reliant le condenseur 2 à l'évaporateur î est monté un détendeur 15 qui est associé d'une part à un capteur de pression 16 prévu à La sortie dudit évaporateur 1 pour former le dispositif automatique de réglage de L'ensemble, d'autre part à un by-pass 17 commandé par une vanne pressostatique 18 pour assurer la régulation du dégivrage. Toutefois, alors que dans La technique classique telle qu'illustrée en fig. 2, la canalisation 19 qui alimente la vanne pressostatique 18 est branchée en derivation sur La canalisation 20 qui relie le compresseur 3 au condenseur 2 et qui-est en conséquence parcourue par des gaz chauds, dans le générateur suivant l'invention (fig. 1) cette canalisation 19 est branchée sur la canalisation 14 sus-mentionnée et est commandée par une électrovanne 21 actionnée par un capteur de température 22 placé, comme le capteur de pression 16, sur la canalisation 23 qui relie L'évaporateur 1 au compresseur 3. Ce compresseur 3 est de type courant ; il s'agira préférablement d'un compresseur adapté pour une installation fonctionnant avec du di chlorodifluorométhane CC12 F2. Par contre, suivant l'invention, le fluide de réfrigérant qui remplit le circuit de la pompe à chaleur est un mélange azéotrope de dichlorodifluorométhane CCî2 F2 et de difluoroéthane CH3 CHF2, notamment celui connu dans Le commerce sous La Marque de Fabrique "FORANE 500" qui est composé de 73,8X de CC12 F2 et de 26,2% de CH3 CHF2. Dans ces conditions, dès que la température à la sortie de ltévapo- rateur 1 s'abaisse et qu'il y a donc risque de givrage au niveau de celui-ci, le capteur 22 actionne la vanne 21, si bien que le by-pass 17 injecte à l'entrée dudit évaporateur un mélange vapeur + liquide qui constitue un apport de calories et qui évite Le givrage. Fig. 3 illustre le fonctionnement du générateur sous La forme d'un diagramme enthalpique où l'enthalpie (exprimée par exempLe en kj/kg) est portée en abscisses, tandis que la pression P est portée en ordonnées. Le diagramme montre en S La courbe de saturation velimitant les domaines "liquide" (L), "vapeur" (G) et "Liquide + vapeur" (L + G). Le cycle thermodynamique C subi par Le fluide réfrigérant passe par Les points I, Il, III et IV, et se compose comme suit : - de I en Il : le fluide est détendu de la pression de condensation à celle d'évaporation ; - de Il en III : Le fluide s'évapore et absorbe de la chaleur ; - de III en IV : le fluide est comprimé par le compresseur 3 qui l'aspire ; - de IV en I : le fluide se condense et fournit de la chaleur au circuit d'eau 7. 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 sousrefroidie (au-delà de la seconde intersection avec La courbe de saturation S) étant indiquée en SR. Le fluide réfrigérant, sous-refroidi par exemple de 150C environ pour une température de 750C de condensation, permet d'augmenter la puissance calorifique de l'installation, en évitant la prise en glace de l'évaporateur 1. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E N D I C A T I O N S 1. Générateur de chaleur thermodynamique, du genre destiné à.fonc- tionner selon Le principe de La pompe à chaleur, comprenant un circuit (14-23-20) parcouru par un fluide réfrigérant et sur lequel sont montés un évaporateur (1) dans lequel Le fluide absorbe de la chaleur par échange avec une source froide (5), un condenseur (2) au niveau duquel ledit fluide fournit de la chaleur à un circuit de distribution de chaleur (7), un compresseur (3) propre à aspirer le fluide réfrigérant qui provient de l'évaporateur (1) et à le refouler sous haute pression vers le condenseur (2) précité, et un détendeur thermostatique (15) prévu entre ce condenseur (2) et L'évaporateur (1), lequel détendeur (15), placé sous la dépendance d'un capteur de pression (16) disposé à la sortie de l'évaporateur (1), est associé à un by-pass (17) commandé par une vanne pressostatique (18), caractérisé en ce que le by-pass (17), alimenté en fluide réfrigérant sous-refroidi à partir de la canalisation (14) reliant le condenseur (2) au détendeur (15), est commandé par une électrovanne (21) associée à un capteur de température (22) prévu à la sortie de L'évaporateur (1). 2. Générateur suivant La revendication 1, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant est un mélange azéotrope de dichlorofluorométhane CC12 F2 et de difluroéthane CH3 CHF2.