CH251077A

CH251077A - Installation de pompe de chaleur.

Info

Publication number: CH251077A
Authority: CH
Inventors: Renaut Paul-Emile
Original assignee: Renaut Paul Emile
Priority date: 1943-03-17
Filing date: 1944-02-25
Publication date: 1947-10-15

Description

Installation de pompe de chaleur. La présente invention est relative à une installation de pompe de chaleur du type dans lequel un fluide intermédiaire parcourt un cycle fermé entre deux échangeurs de chaleur fonctionnant l'un comme condenseur et l'autre comme évaporateur.

Cette installation est caractérisée en ce que les canalisations de liaison .entre les appareils de l'installation sont munies de vannes dis- posées de façon à permettre d'inverser le sens d'écoulement du fluide intermédiaire dans au moins une partie de son circuit,

de telle manière qu'au moyen de l'installation on puisse, à volonté, soit transporter -des calories d'un milieu dans lequel se trouve l'un des échangeurs à un milieu d'utilisation dans le quel se trouve l'autre échangeur qui f onc- tionne alors comme condenseur,

soit trans- porter des calories du milieu d'utilisation dans lequel se trouve ce dernier échangeur au milieu dans lequel se trouve le premier qui alors, à son tour, fonctionne comme conden seur.

Une telle installation est susceptible de nombreuses: applications: elle peut, notam ment, être utilisée pour chauffer des locaux d'habitation ou autres en hiver et pour les refroidir en été.

Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'inven- tion.

La fig. 1 est un schéma de cette forme d'exécution; la fig. 2 est une vue partielle de profil d'un .élément d'échangeur.dispos:é dans le mi lieu d'utilisation;

les fig. 3 et 4 montrent respectivement une élévation correspondant à la fig. 2 et une coupe selon la ligne IV-IV de la fig. 3;

la f\ig. 5 montre à plus grande échelle la disposition du faisceau de tubes coupé suivant la même ligne IV:-1V de la fig. 3.

L'installation représentée .comprend: Un échangeur de chaleur 2 baignant dans de l'eau die rivière, par exemple. Cet échan geur présente un faisoeau de tubes verticaux s'étendant entre un collecteur supérieur 3 et un collecteur inférieur 4 reliés ,de plus par un tube 6 de relativement gros diamètre.

Ce tube 6 pourrait toutefois être supprimé .dans le cas où le milieu baignant est de l'eau; un appareil régulateur de niveau 8 fonc tionnant en même temps comme sécheur de va peur et comprenant une cuve à niveau constant 9 pour le fluide intermédiaire en phase liquide et une .chambre cylindrique ou prismatique 10 de séchage de vapeur .surmontant cette cuve.

La cuve 9 contient un flotteur 12 commandant un robinet à pointeau 13 débouchant lat6ra- lement; un compresseur 15;

une série d'éléments d'échangeur de cha leur 17, 17', 17", 17"' disposés, par exemple, dans des chambres .d'habitation. Ces éléments d'échangeur comprennent chacun un faisceau de tubes verticaux 18 reliant entre eux un collecteur supérieur 19 et un collecteur infé rieur 20, ces collecteurs, étant reliés en outre par un tube 21 de - diamètre relativement important.

La construction de ces éléments d'échangeur est illustrée de façon plus détaillée aux fig. 2 à 5. On voit sur ces dernières que les tubes du faisceau 18 sont de faible diamètre (de l'ordre de 1 cm), très rapprochés les uns des autres et disposés en quinconce comme le montre la fig. 5.

Ces tubes verticaux 18 se racmrdient à leurs extrémités, certains par -une partit recourbée, à une série de tubes horizontaux supérieurs. 22 et à une série de tubes horizontaux inférieurs 23 obturés à leurs: deux bouts.

Les, tubes, 18 présentent en- semble la plus grande partie de la. surface d'échange de chaque élément et l'échange de chaleur se fait directement, à travers les pa rois & , l'élément, entre le fluide intermédiaire et l'atmosphère du local dans lequel est dis,- posé l'élément d'échangeur de chaleur.

Les tubes collecteurs supérieur 19 et infé rieur 20 s'étendent diagonalement respective ment au@dmsus et au-dessous des tubes 22 et 23. Deux séries de gros tubes verticaux 25 et 26 relient respectivement les tubes collecteurs 19 et 20 aux tubes 22 et 23. Letube vertical 21 dont il a été question ci-dessus est sensiblement de même diamètre que les tubes collecteurs 19 et 20.

Tous les éléments dléchangeur de chaleur 17, 17', etc. sont montés en parallèle entre la canalisation 30 raccordée à tous les .collec teurs supérieurs 19 de ces éléments et la ca- nalisation 31 reliée à tous les collecteurs infé- rieurs 20.

La canalisation 30 se divise en deux bran ches dont l'une 33 aboutit à travers une vanne 34 au refoulement rdu compresseur 15 et l'autre 36 à travers une vanne 37 à la par tie inférieure de la chambre 10 de séchage de vapeur. La partie supérieure de cette chambre 10 est reliée par un conduit 39 à l'aspiration du compresseur 15.

La canalisation 31 se divise également en d'eux branches; une branche 40 qui aboutit à travers la vanne 41 au robinet à pointeau 13 de la cuve à niveau constant 9 et une autre branche 43 qui -est raccordée au fond .. de cette cuve 9 à travers une vanne 44.

Le collecteur supérieur 3 de l'échangeur de chaleur 2 est reliè par une canalisation 46 à travers une vanne 47 à la partie inférieure de la chambre 10 et par une canalisation 49 à travers une vanne 50 au refoulement :du compresseur 15.

Le collecteur inférieur 4 de ,ce même échangeur 2 est relié par une cana- lisation 52 à travers une vanne 53 au fond de la cuve à niveau constant 9 et par une canalisation 55 à travers une vanne 56 au robinet à pointeau 13.

Le fluide intermédiaire de l'installation est constitué par die l'ammoniaque, par exemple.

Pour le fonctionnement en installation de chauffage, les vannes 37, 44, 50 et 56 sont fermées et les autres vannes, c'est-à-dire 34, 41, 47 et 53 sont ouvertes. Le fluide inter médiaire circule dans le sens des flèches en traits pleins. L'échangeur 2 joue le rôle d'éva porateur du fluide intermédiaire qui, à basse pression et à basse température, absorbe les .calories du milieu baignant (eau ou autre).

Ce fluide est aspiré à la partie supérieure de l'échangeur par le compresseur 15 à travers la canalisation. 46, la chambre 10 de séchage de vapeur, dans laquelle le gaz passe à très faible vitesse, et la canalisation 39.

Après compression assurant une élévation de température, le fluide intermédiaire est refoulé par les canalisations 30 et 33 dans les collecteurs supérieurs 19 des éléments 17, 17', etc. Il traverse de haut en bas les faisceaux & tubes de ces éléments et se condense en cédant des calories à l'air circulant au con tact de ces faisceaux. Les éléments d'échan geur 17,

17' jouent ainsi le rôle de radiateurs. Le fluide intermédiaire condensé s'écoule vers la cuve 9 par les canalisations 31 et 40 et est détendu par laminage à travers le robinet à pointeau 13. Le liquide est ramené au collec- teur inférieur 4 de l'échangeur 2 par la ca: nalimtion 52.

Le tuyau 6 de grand diamètre assure le retour dans le collecteur inférieur 4 du liquide entraîné par les bulles gazeuses lors de l'évaporatio.n. .

L'air circulant entre les tubes 18 des élé ments d'échangeur formant ,radiateurs con serve une vitesse sensiblement constante et la perte de charge est presque limitée à la valeur utile à l'échange calorifique.

De fait;, et malgré une circulation d'air réduite, daxlc silencieuse, on obtient au moyen des éléments d'échangeur décrits un coeffi cient d''rchange élevé de l'erdr,- de 40 calo ries par mètre carré -et par heure. La clis#po- s:ition adoptée assure une très grande surface d'échange pour un faible volume (par. exem ple 25 m2 pour '/$ de mètre cube) de sorte que l'encombrement des éléments 17, 17', etc.

est très réduit.

L'écart de température entre l'air des lo caux réchauffés et le fluide intermédiaire se condensant dans. les éléments 17, 17', etc. est très faible et de l'ordre de 10 centribgrades. Il se produit de ce fait une égalisation auto matique de température entre les divers lo- ea.ux chauffés par ces, éléments montés en pa rallèle.

En effet, toute différence de tempé rature dans l'une des pièces crée une aug mentation de l'écart en cause relativement importante et se traduit par une variation concomitante de l'apport de chaleur jusqu'à la réalisation de l'équilibre. On voit donc qu'une fois le réglage initial réalisé par adap- tation -du débit d'air à la demande de calories,

ce réglage se maintient sans qu'il soit besoin d'avoir recours à des vannes .de réglage créant toujours des dangers de fuite.

Pour le fonctionnement en. réfrigérant, les vannes 34, 41, 47 et 53 sont fermées et les autres vannes, c'est-à-dire37, 44,50 et56 sont ouvertes. Le fluide intermédiaire circule dans le sens des flèches en pointillés.

Les éléments d'échangeur 17, 17', ete., sont alors des évaporateurs. dans lesquels le fluide intermédiaire, circulant Ue bas en haut, s'évapore en absorbant des calories. Les par- ticules de liquide entraînées sont ramenées par les tuyaux 21 de grande section au col lecteur inférieur de chaque élément, comme exposé ci-dessus au sujet de l'échangeur 2.

L'écart de température avec l'air ambiant reste faible et la compensation s'opère comme pour le chauffage.

La vapeur -est aspirée à travers le conduit 36, la chambre de séchage de vapeur 10 et le conduit 39, par le compresseur 15 qui la refoule par le conduit 49 vers le collecteur supérieur 3 de l'échangeur 2 qui fonctionne comme condenseur cédant des calories au milieu baignant.

Le liquide retourne alors par la canalisation 55 à la cuve 9 à travers le ro binet 13 le détendant par laminage. Le con duit 31. assure l'amenée de ce liquide aux collecteurs inférieurs des éléments d'échan geur 17, 17', -etc.

On remarque que, dans l'installation dé crite, l'appareil régulateur de niveau 8 joue le même rôle dans les deux utilisations. Il en résulte une simplification de cette installa tion diminuant la possibilité de fausses ma, naeuvres, et une réduction de son prix, de son encombrement ainsi. que des risques de fuite par les joints, etc.

Aux endroits. où les, cana- lisationssont reliées à l'appareil 8, le sens de l'écoulement du fluide reste constant, quel que soit le sens dans lequel fonctionne l'instal lation.

Claims

REVENDICATION Installation de pompe de chaleur -du type dans lequel un fluide intermédiaire parcourt un cycle fermé entre deux échangeurs -de cha leur fonctionnant l'un comme condenseur et l'autre comme évaporateur, caractérisée en ce que les.

canalisations de liaison entre les appa reils .de l'installation sont munies ,de vannes disposées de façon à permettre d'inverser le sens d'écoulement du fluide intermédiaire dans au moins une partie de son circuit, de telle manière qu'au moyen de l'installation on puisse, à volonté,

soit transporter des calo ries d'un milieu dans lequel se trouve l'un des échangeurs à un milieu .d'utilisation dans lequel se trouve l'autre échangeur qui fonc- tionne alors comme condénseur, soit transpor ter des, calories du milieu d'utilisation dans lequel se trouve ce dernier échangeur au mi lieu dans lequel se trouve le premier qui alors, à son tour, fonctionne comme conden seur.

SOUS-REVENDICATIONS: 1. Installation suivant la revendication, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur disposé dans le milieu d'utilisation comprend plusieurs éléments munis chacun d'un faisceau de tubes verticaux présentant ensemble la plus grande partie de la surface d'échange de cet élément et reliant entre eux des collecteurs supérieur et inférieur, et au moins un tube de diamètre beaucoup plu, important reliant les dits collecteurs.

2. Installation selon la revendication, ca ractérisée par un appareil régulateur de ni veau à pointeau, fonctionnant en même temps comme sécheur de vapeur.

. Installation sielon la sous-reven.dica- tion 2, caractérisée en ce que l'appareil régu lateur de niveau comprend une cuve pour le fluide en phase liquide et une chambre de séchage de vapeur surmontant cette cuve. cet appareil ,étant relié aux échangeurs:

et à un compresseur par .des canalisations dans les quelles le sens de l'écoulement du fluide est constant à l'endroit où ces canalisations sont reliées à l'appareil, quel que soit le sens dans lequel fonctionne l'installation. 4.

Installation selon la revendication, des tinée à servir dans un local habité, caracté- risée en ce que, dans l'échangeur disposé dans le milieu d'utilisation constitué par l'atmo- sp@hère interne -de ce local,

l@échange de cha leur se fait directement à travers les parois de l'échangeur, entre le fluide intermédiaire et cette atmosphère. 5. Installation selon la so#-revendication 4, caractérisée en ce que l'échangeur disposé dans le milieu d'utilisation comprend plu sieurs éléments montés en parallèle.

6. Installation selon la sous-revendication 4, -caractérisée en ce que l'échangeur disposé dans le milieu d'utilisation comprend plusieurs éléments munis chacun ,un faisceau de tubes de faible .diamètre disposés eu quinconce,

ces tubes présentant ensemble la plus grande partie de la surface d'échange de cet élément.