Brevet FR2901015A1 — publié le 20071116

-1- Constat commercial : Le marché de la pompe à chaleur (Pac) est en pleine expention. Les énergies d'origine fossiles et dérivées posent des inconveignants : d'une part des augmentations permanentes des coûts d'achat ( fioule , gaz , bois , etc ...) de plus ces systèmes de chauffage demandent un entretient et un suivit permanent de leur installation (ramonage des cheminées , contrat d'entretien de l'installation par entreprise agrée) , d'autre part ces systèmes de chauffage nécessitent des emplacements pour le stockage du combustible(cuve à fioule, citerne pour le gaz , emplacement pour le stockage du bois etc ..) .Le système de la pompe à chaleur air /eau réversible ne présente pas tous ces problèmes , entretien nul ,stockage de combustible nul . Principalement les pays du nord et les pays à climats continentaux sont très demandeurs de ce produit cependant leurs limites de fonctionnement sont telles qu'elles nécessitent d'ètre élargies. Constat technique : Pour les groupes A / O réversibles à ce jour, avec une T c extérieure de -10 c la T c de sortie d'eau se situe vers les 48 c , avec un groupe bien réglé , une surchauffe de 6 c et un sous refroidissement nul . Dans ce type de groupe (air/ eau réversible ) on prend directement l'énergie sur l'air extérieur ,et plus il fait froid moins on capte de l'énergie . Au niveau du compresseur et du fonctionnement frigorifique on sait que pour une T c de condensation constante , plus la Bp est haute plus on a de puissance (de l'ordre de 15% pour une augmentation de la T c sat Bp de 5 c ). Objectif : Repousser les limites de fonctionnement vers les basses températures extérieures augmentation de la puissance calorifique du groupe , diminution du nombre de dégivrage ,fiabilisation du groupe , augmentation du coefficient de performance (COP) , amélioration du confort et réduction du coût de la facture énergétique , par rapport aux groupes standards présents sur le marché . Solution : Utiliser une source de chaleur disponible et gratuite de façon à faire grimper la Bp tout en sachant que la variation de puissance sur la T c sat Bp est supérieure à la variation de la puissance absorbée du compresseur et de part la même augmenter d'une part la puissance et d'autre part le rendement . Dans un premier temps on va suivre le cheminement du fluide frigorigène d'un groupe standard , tel qu'il est proposé actuellement sur le marché . FIG 1 les éléments non nécessaires à la compréhension de l'objet du brevet ne seront pas représentés sur les dessins .En fonction pompe à chaleur le fluide frigorigène sort du compresseur (C) par le refoulement (R) à l'état de gaz chaud et sous haute pression , il va se condenser et dispenser son énergie sur l'eau dans l'échangeur à plaques (E) via la vanne quatre voies (V) . Le fluide va sortir de l'échangeur (E) à l'état de liquide chaud (pouvant atteindre les 62 c au R410A) . Le fluide transite par le réservoir (L) servant à compenser la différence45 de charge entre la fonction Clim (fabrication d'eau froide) et Pac (fabrication d'eau chaude) , le fluide est détendu par le détendeur à égalisation externe de pression (D) d'ou il ressort à l'état mélange gaz / liquide , passe par le distributeur (DI) , la batterie (BF) où le fluide capte son énergie sur l'air . le fluide en ressort à l'état de gaz surchauffé et retourne à l'aspiration (A) du compresseur (C) via la vanne quatre voies (V) et le cycle recommence . L'invention présente consiste à réchauffer l'air que va rencontrer la batterie (BF) en fonction évaporateur , par le fluide à l'état de liquide chaud sortie du réservoir (L). Pour exemple on va considérer que notre batterie de base (BF) comporte deux nappes FIG 2 , batterie standard , classique . On va intercaler entre cette batterie (BF) et l'air , une batterie chaude (BC) indépendante sous forme d'élément rapporté (Kit) FIG 3 ou intégrée dans un bloc ailleté qui comprendra la batterie chaude (BC) et la batterie froide (BF) FIG 4 .Dans le cas de FIG 3 le gain énergétique ne sera apporté que par l'air surchauffé sortant de la batterie chaude indépendante (BC) . Dans le cas de la FIG 4 on profitera de la conductivité thermique des matériaux pour apporter de l'énergie supplémentaire à la batterie froide (BF). Ainsi nous arrivons à notre schéma frigorifique final , dont le bloc ailleté comprend une batterie chaude (BC) et une batterie froide (BF) , ensemble le plus performant , pour exemple la FIG 5 . Le fluide sort du compresseur (C) par le refoulement (R) à l'état de gaz chaud en haute pression , va se condenser dans l'échangeur à plaques (E) via la vanne quatre voies (V) pour en ressortir à l'état de liquide chaud sous haute pression .Le fluide va ensuite transiter par le réservoir (L) pour aller dans la partie chaude du bloc ailleté (BC) où il va réchauffer l'air destiné à faire évaporer le fluide circulant bans la partie froide du bloc ailleté (BF) parce que d'une part l'air va d'abord traverser la batterie chaude (BC) avant d'entrer en contact avec la batterie froide (BF) , et d'autre part la batterie froide (BF) sera réchauffée par l'effet de conductivité thermique dù aux aillettes du bloc ailleté, communes à la batterie chaude (BC) et à la batterie froide (BF) voir détail FIG 4.Le fluide va sortir de la batterie chaude (BC) sous forme de liquide chaud sous refroidi et sous haute pression . Il va ensuite , via le clapet (1) et le déshydrateur, ètre détendu par le détendeur (D) . Sortie du détendeur à l'état de mélange gaz / liquide , le fluide passe par le distributeur (DI) , passe par la batterie froide (BF) où il rencontre un air surchauffé . Il en ressort un fluide à l'état gazeux surchauffé à basse pression et retourne à l'aspiration (A) du compresseur (C) via la vanne quatre voies (V) . Voila pour le fonctionnement en mode pompe à chaleur . Comme le groupe cité en exemple est un groupe air / eau réversible il doit pouvoir remplir sa fonction de fabrication d'eau froide ( pour la climatisation) Pour cela on va se raprocher de la FIG 6 . Dans ce cas , le fluide sort du compressseur (C) par le refoulement (R) à l'état de gaz chaud sous haute pression et va se condenser dans la batterie (BF) après ètre passé par la vanne quatre voies (V) . Le fluide à l'état de liquide sous refroidi sorti de la batterie (BF) passe par le distributeur (Dl), va ètre ensuite détendu par le détendeur (D) d'où il ressortira à l'état de mélange gaz / liquide . II passe ensuite par le deshydrateur , le clapet (2) , le réservoir (L) et va passer à l'état de gaz surchauffé après avoir traversé l'échangeur à plaques (E) où il va prendre de l'énergie sur l'eau et donc la refroidir . Le fluide retoune ensuite à l'aspiration (A) du compresseur (C) via la vanne quatre voies (V) .Lors du passage de la fonction pompe à chaleur, fabrication d'eau froide et lors des inversions de cycle pour les dégivrages , le liquide contenu dans la batterie (BC) , va migrer dans le circuit par le clapet (1) car en fonction Pac la pression du fluide est supérieure du coté de la batterie (BC) par rapport à la pression en amont du clapet (2) . Revendications 1) Système de pompe à chaleur à récupération d'énergie sur l'air caractérisé par l'apport d'énergie sur une batterie en fonction évaporateur(BF) par l'intégration (FIG 4) ou l'adjonction (FIG 3 )d'une batterie chaude (BC) placée en amont de la batterie froide(BF) par rapport au sens de l'air.