Brevet FR2672970A1 — publié le 19920821

L'invention a pour objet une installation de deshumidification à circuits multiples d'évaporation-condensation, et à pompe à chaleur. On connait déjà des installations de deshunidification ou sé chage comportant une pompe à chaZeur, c'estadire, un compresseur de fluide frigorigène, un échangeur jouant Ze rôZe d'évaporateur, un échan geur jouant Ze rôZe de condenseur et un organe de détente. Lorsqu'une teZZe instaZZation est prévue pour la deshumidifi cation d'un milieux gazeux par exemple pour une piscine couverte, Ze coéfficient de performance - rapport de la puissance calorifique produi te à la puissance absorbée - est faible, en raison de l'importance de la puissance absorbée eZZe-même due aux irréversibiZités des échanges thermiques. On a déjà proposé, pour pallier l'inconvénient lié aux fortes irréversibilités des échanges thermiques, de fractionner l'installation, c'est-à-dire de constituer ceZle-ci suivant plusieurs étages de pompe à chaleur. On a égaZement proposé de rempZacer un étage de pompe à chaleur par un récupérateur statique. De telles installations ne sont pas toutefois entièrement satisfaisantes, car la récupération de chaZeur étagée séffectue toujours dans des appareils différents, ce qui conduit, d'une part, à des fuites d'air entre Zes deux flux gazeux et à des pertes de charge importantes sur Zes circuits aérauliques, et, d'autre part, à de graves problèmes pour l'évacuation des condensats.Par aiZZeurs, Zes dispositifs de réguZation de récupérateur statique sont toujours complexes. Dans Zes installations de deshumidification par systeme de pompe à cha leur, des problèmes importants de surchauffe de Z'air envoyé dans Ze Zo caZ existent, des dispositifs complexes de régulation ont été proposés mais ne donnent pas satisfaction. C'est , d'une manière générale, un but de Z'invention de four nir une installation qui ne présente pas Zes inconvénients, rappelés cidessus, des instaZZations connues. C'est, en particulier, un but de Z'invention de fournir une installation dont la récupération de chaZeur sur la source froide s'effectue dans un évaporateur monobloc muitizone. C'est aussi un but de Z'invention de fournir une telle instaZ- Zation qui ne fasse appel qu'à un condenseur monobloc muitizone pour Ze chauffage de la source chaude. C'est encore un but de Z'invention de fournir une installation dans ZaqueZZe la circulation de fluide frigorigène entre Ze condenseur multizone et l'évaporateur multizone s'effectue partiellement ou totalement par thermosiphon avex changement d'état physique du fluide. Une installation de deshumidification selon l'invention, comprenant des échangeurs multizones, et caractérisée en ce que Zes zones des échangeurs de chaleur sont diposées,respectivement, en série et adjacentes Zes unes aux autres sur Zes flux gazeux baZayant respectivement Zes dites zones des échangeurs. Chaque échangeur est empZi d'un fZuide frigorigène . Selon une autre caractéristique de l'invention, un premier miZieu gazeux balaie successivement Zes zones de l'échangeur jouant Ze rôZe d'évaporateurs de la première zone, de la seconde, de la troisième, etc... de la nième zone, tandis qu'un second miZieu gazeux baZaie successivement Zes zones de Z'échangeur jouant Ze rôle de condenseurs de la n lème zone, de la n-2ème zone, etc...de la troisième zone, de la seconde zone, de la première zone et de la nième zone, la circulation du fluide frigorigène entre Ze condenseur et l'évaporateur des zones 1 à n-1 s'effectuant par circulation naturelle, aZors de la circuZation de fluide de la nième zone s'effectue par l'intermédiaire d'un compresseur. L'invention sera bien comprise par la description qui suit, faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans ZequeZ : - la figure 1 est un schéma d'une installation seZon Z'invention - la figure 2 est un schéma analogue à celui de la figure 1 mais pour une variante permettant des entrées et sorties d'air intermédiaires - Zes figures 3 et 4 représentent un éZément constitutif de l'installa- tion - Zes figures 5 et 6 en sont une variante. Une installation de deshumidification selon Z'invention lOi figure 1, comprend une entrée d'air humide a. L'air humide est refroidi par Zes évaporateurs statiques 15, au cours de ce refroidissement, iZ se forme une première condensation de Z'eau contenue dans L'air humide a. L'air est ensuite admis sur un évaporateur 16 formant partie constitutive d'une trompe à chaleur. Sur cet échangeur, Z'air humide est refroidi à nouveau, de façon plus intense, ce qui permet de condenser la plus grande partie de l'eau contenue dans l'air. Les condensats sont recueillis dans un bac d et sont évacués par l'intermédiaire de la tuyauterie c. Après deshumidification, Z'air froid est admis en partie supérieure de l'appareil où iZ recueiZZe dans Zes condenseurs statiques il la chaleur qui a été prélevée par Zes évaporateurs statiques 11. L'air réchauffé est ensuite admis sur Ze condenseur 12 du circuit de pompe à chaleur, Z'air chaud et sec est ensuite soufflé dans Ze ZocaZ, par l'intermédiaire du ventiZateur 13. Le circuit de la pompe à chaleur comporte un deuxième condenseur 26 permettant d'évacuer sur un autre circuit extérieur entrée sortie la chaZeur excédentaire qui n'est pas utiZe pour le ZocaZ à traiter. Pour une piscine couverte, la pompe de circulation 27 commandée par la régulation de température du ZocaZ permettra la mise en route de ce deuxième condenseur. Le condenseur 26 pourra être égaZement installé après Ze condenseur 12 ( sur la figure 1, iZ est placé avant ). Dans une variante, Ze fluide frigorigène contenu dans Ze circuit de la pompe à chaZeur pourra être un mélange de fZuide non azéotropique, ce qui permettra d'améliorer Zes performances en utiZisant des échangeurs 12 et 16 à contre courant et à température variable de condensation et d'évaporation. Dans une autre variante, la pompe à chaZeur peut etre équipée de deux ou trois circuits indépendants, Zes échangeurs 12 et 16 sont alors séparés en deux ou trois parties adjacentes Zes unes aux autres permettant ainsi une récupération de chaZeur étagée, d'une manière analogue à celle assurée par les circuits multiples du récupérateur comportant Zes échangeurs 11 et 25. L'installation de deshumidification selon Z'invention comporte un dispositif 11 de transfert de chaleur et un dispositif 15 de captation de chaleur, figures 3 et 4. Le condenseur il estc3nstitué d'une série de condenseurs 111 , 112 , 113 , etc..., adjacents les uns aux autres. Chaque éZément se compose d'un ensemble de tubes horizontaux superposés 351v 352 353J etc... reliés entre eux par des coudes 361, 362,363, etc... de manière à former un serpentin de condensation. Les tubes 35, en cuivre,aZumi- nium,ou autre, sont Zisses ou poreux intérieurement, et extérieurement garnis d'aiglettes verticales 39 généralement en aluminium.L'évaporateur 15 est constitué d'une série d'évaporateurs 151,152,153, etc... adjacents Zes uns aux autres. Chaque élément se compose d'un ensemble de tubes horizontaux superposés 3?î, 3?2, 373, etc... reliés entre eux par des coudes 381, 382,383, etc... de manière à former un serpentin d'évaporation. Les tubes 37, en cuivre, aluminium, ou autre, sont Zisses ou poreux intérieurement, et extérieurement garnis d'ailettes verticales 41, ce qui facilite l'écoulement des condensats. Les éléments respectifs de condenseurs 21 et d'évaporateurs 15 sont reliés entre eux par des tuyauteries 17 et 18 afin de former des circuits fermés tel que représenté figure 3. Chaque circuit est équipé d'un orifice de tirage au vide et de remplissage 34 constitué d'une valve ou plus simplement d'un tube pincé soudé apres remplissage. Le Ziquide frigorigène descend dans l'évaporateur par la tuyautreie 18 et un siphon 33. La chialeur puisée à Z'air humide fait entrer le liquide en ébullition à l'intérieur des tubes 37, Zes vapeurs ainsi formées montent dans Ze condenseur par Ze tuyauterie 17; Zes vapeurs se condensent dans Zes tubes 35 cédant ainsi de la chaleur à Z'air neuf, le liquide formé retourne gravitairement dans Z'évaporateur par la tuyauterie 18. Tous les éléments du condenseur 11, hormis Zes coudes 36, sont insérés dans une gaine 40 commune destinée à canaliser l'air; le (ou les) condenseur(s) 12 du (ou des) circuit(s) de pompe(s) de chaZeur peuvent avantageusement etre insérés dans la même gaine 40 formant ainsi une seule batterie ailettée. De même, tous Zes éléments de l'évaporateur 15, hormis les coudes 38, sont insérés dans une gaine 42 destinée à canaliser Z'air; Ze (ou ZesJ évaporateur(s) 16 du ( ou des) circuit(s) de pompe(s) à chaleur peuvent également etre insérés dans la même gaine 42 formant ainsi une seule batterie aiZettée. La disposition selon Z'invention permet ainsi une séparation phy sique complète par la plaque 25 entre Zes deux flux gazeux. Dans une autrevariante,le dispositif d'échange thermique formé par Zes échangeurs 21 et 15 est remplacé par Ze dispositif d'échange thermique à caloducs des figures 5 et 6. Dans ce dispositif l'échangeur est constitué d'une série de tubes verticaux 50 reliés en partie haute est en partie basse par des coudes 51. Chaque nappe de tubes comporte un orifice de remplissage 52. Une cloison 53 permet de séparer Zes deux flux d'air, air humide et chaud en partie basse, air froid et sec en partie haute. Le transfert de chaZeur s'effectue dans chaque tube par Z'évaporation du liquide frigorigène 54 dans Ze partie basse, Zes vapeurs remontent dans Ze tube en partie haute où elles se condensent sur les parois internes du tube réchauffant ainsi l'air du circuit supérieur. Le Ziquide retourne par gravité dans la partie basse de Z'échangeur pour former un nouveau cycle. L'invention n'est pas limitée bien sûr à son application pour la deshumidification des piscines ni pour Ze séchage de diverses denrées. L'invention est applicable également à la récupération de la cha Zeur de fluides gazeux au même titre que Zes récupérateurs de chaZeur traditionnels mais d'une façon plus intéressante. L'instaZZation peut etre utiZisée également pour Ze refroidissement de Z'air conditionné Zorsque les pompes à chaZeur sont du type à cycle réversible. REVENDICATIONS 1. Installation de deshumidification comprenant des moyens de transferts de chaleur, caractérisée en ce que Zes dits moyens sont constitués par une pluralité de circuits d'échange dont Zes échangeurs jouant le même rôle sont disposés en série et adjacents Zes uns aux autres, de manière que l'air humide balaie successivement l'évaporateur du premier circuit, puis du second circuit, etc... puis du nième circuit tandis que l'air deshumidifié balaie successivement Ze condenseur du n-lème circuit, du n-2eme, etc... jusqu'à celui du premier circuit, puis du nième circuit; la circulation naturelle du fluide frigorigene de transfert s'effectuant entre Zes évaporateurs et condenseurs respectifs, d'une manière indépendante, du ler au n-1ème. Le nième circuit étant celui d'une pompe à cha Zeur. 2. InstaZZation selon la revendication 1 caractérisée en ce que Ze circuit de pompe à chaleur comporte un deuxième condenseur destiné à évacuer à l'extérieur la chaleur excédentaire. 3. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que Zes tuyauteries de retour liquide des n échangeurs comportent un siphon en leur partie basse. 4. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que la pompe à chaleur utilise un mélange non azéotropique de fZuides frigorigènes. 5. Installation seZon la revendication 1 caractérisée en ce que Ze dispositif de pompe à chaleur comporte deux circuits indépendents, Zes condenseurs étant placés en série sur Ze circuit d'air sec et Zes évaporateurs placés en série sur Ze circuit d'air humide. 6. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que la ou les pompe(s) à chaleur sont à cycle réversible.