MC1073A1 - Generateur,chaudiere thermodynamique - Google Patents

Description

La présente invention est relative aux dispositifs appelés pompes à chaleur ou générateurs thermodynamiques, et plus particulièrement celles dont 11évaporateur ou capteur de chaleur est alimenté en chaleur par une circulation d'air.

Dans de tels générateurs thermodynamiques, lorsque l'air dont on extrait la chaleur se trouve (avant passage dans la dite chaudière) à une température inférieure à une valeur approximative de + à + 7°C, on observe une condensation de l'eau contenue dans cet air et un givrage des ailettes de 1'évaporateur ou capteur de chaleur. Dès ^ue ce givrage apparaît, les qualités d'échange thermique dudit capteur diminuent brutalement, et la pompe à chaleur ne fonctionne plus*

Jusqu'à ce jour, aucune solution satisfaisante n'a encore été proposée pour pallier cet inconvénient.

En effet, les solutions actuellement utilisées sont les suivantes :

a) le cycle de la pompe à chaleur est inversé périodiquement, 1'évaporateur se transformant en condenseur et vioe-versa. De cette manière 1'évaporateur, en se réchauffant se dégivre, après quoi la pompe est remise en fonctionnement normal jusqu'à ce qu'elle givre à nouveau, et le cycle recommence.

b) la pompe à chaleur ou générateur thermodynamique est mise hors service dès que le givrage est observé et des résistances électriques chauffent directement le fluide que la chaudière thermodynamique est destinée à chauffer.

c) une troisième solution enfin, consisterait à augmenter la surface chute d'échange de 1'évaporateur et le pas d'ailettes de celui-ci de manière à permettre d'évaporer le fluide de travail à une température négative, notablement plus basse et de récupérer ainsi de la chaleur sur l'air (même à très basse température) traversant 1'évaporateur.

Ceci oblige évidemment à sur-dimensiormer ti\. s fortement cet évaporateur et à utiliser un compresseur plus puissant, ce qui implique des frais de fabrication et de fonctionnement nettement plus élevés.-

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Quant aux solutions a) et b), si elles ne sont pas beaucoup plus chères que les pompes à chaleur classiques,, à la fabrication, elles deviennent inefficaces ou très chères d'emploi, au moment où le générateur thermodynamique est le 5 plus nécessaire, c'est-à-dire lorsque la température de l'air atmosphérique, dont on extrait la chaleur, tombe sous la valeur déjà mentionnée de 4- 3°0 à + 7°C.

Le générateur thermodynamique selon la présente invention pallie ces inconvénients.

10 Elle est remarquable en ce que la circulation d'air d'où est extraite la chaleur passe, avant son entrée dans 1'évaporateur ou capteur de chaleur, dans un échangeur de chaleur destiné à élever sa température à une valeur telle que le givrage dudit capteur ne puisse se produire et 15 donc de conserver les propriétés de récupération dâ calories dudit évaporateur» Le dit échangeur de chaleur étant lui-même chauffé par un fluide bénéficiant de la chaleur délivrée par ledit générateur.

L'invention sera mieux comprise en se référant 20 aux dessins joints, où des éléments identiques sont représentés par les mêmes numéros de référence.

- la figure 1 représente un schéma d'une variante de pompes à chaleur selon l'invention,

- la figure 2 représente un schéma d'une autre 25 variante de pompe à chaleur selon l'invention.

En se référant à la figure 1, on voit, à l'intérieur du cadre 1, en trait interrompu, un générateur thermodynamique classique extrayant sa chaleur d'un flux d'air représenté par les ELèches 2 et traversant le capteur de chaleur 3 ou 30 évaporateur de la chaudière. Le flux d'air ayant traversé

1'évaporateur et y ayant cédé de la chxLeur, est représenté par les flèches 2'. Il est renvojé à l'atmosphère. La chaudière thermodynamique comprend encore le compresseur 4 et le condenseur 5 où le fluide de travail circulant selon la flèche 6 35 cède, en se condensant, la chaleur qui lui a été fournie par 1'évaporateur 3 (ainsi que celle qui lui a été cédée par l'intermédiaire du travail du compresseur 4). La chaleur de condensation du fluide de travail est récupérée par le fluide circulant grâce au circulateur 8 aelon les flèches 9 dans le j

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circuit 7 (non représenté) et qui peut être, par exemple, mais non exclusivement, composé de radiateurs à eau de chauffage domestique.

Selon la présente invention^ afin d'éviter de givrer 1'évaporateur 3, un échangeur de chaleur 10 est disposé dans le flux d'air de chauffage 2, en amont de 11évaporateur 3. Son rôle est de chauffler le flux d'air 2 jusqu'à ce qu'il atteigne une température suffisante, supérieure à + 3°C à + 7°C pour éviter le givrage du capteur 3 et permettre un échange# L'échangeur 10 est chauffé par un fluide bénéficiant de la chaleur délivrée par ladite chaudière thermodynamique. Dans le cas présent, ce fluide est le fluide chauffé par la chaudière et circulant dans le circuit 7* qui est pourvu d'une dérivation 11 servant à l'alimentation en liquide chaud de 1'échangeur 10 et dans laquelle le fluide chaud circule selon les flèches 9'*

Une vanne 15 commandée par une sonde thermométrique située dans le flux d'air 2, s'ouvre dès que la température de l'air 2 descend sous une valeur prédéterminée (+ 7°C par exemple), met en fonctionnement le dispositif selon l'invention, par circulation du fluide chaud dans la dérivation 11 selon les flèches 9', de manière à éviter la formation de givre sur 1'évaporateur 3* Pour une température d'air 2, supérieure à la dite valeur prédéterminée, la vanne 15 reste évidemment fermée, de manière à éviter la circulation 9', qui n'a dans ce cas pas lieu d'être.

Dans le cas, selon la figure 2, oîi le fluide à chauffer ne cii^cule pas dans un circuit fermé étanche 7,

mais peut être un flux d'air 12, traversant le condenseur 5 pour s'y chauffer, le flux 12' sortant du condenseur e^t envoyé vers l'utilisation. Deux réalisations équivalentes sont possible dans le cadre de la présente variante de l'invention»

L'une consiste à disposer sur le circuit de fluide de travail de la pompe, une dérivation 13, pour amener ledit fluide de travail vers 1'échangeur 10 selon les flèches 6', de manière à chauffer ledit échangeur (variante représentée sur la figure 2).

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le dit échangeur de chaleur n'est alimenté par le fluide de travail de la chaudière (selon la figure 2) que lorsque les besoins de chauffage demandés par le circuit 9 sont satisfaits, le ou les compresseurs s'arrêtent, le ventilateur de 5 1'évaporateur continue, ce n'est qu'après l'arrêt, commandé par la sonde du circuit 9, que le fluide dé travail du générateur-chaudière thermodynamqieue est envoyé dans 1'échangeur de chaleur placé contre et avant 1'évaporateur.

Si le dégivrage est insuffisant, la sonde de contrôle 10 du givrage placée derrière 1'évaporateur 3 commande alors la mise en route de la chaudière thermodynamique, et ferme une électro-vanne afin que le circuit de chauffage 9 ne soit pas alimenté et permette ainsi que toute la puissance calorifique du fluide de travail dà la chaudière pénètre dans 1'échangeur 15 de chaleur 10, de manière à réaliser ainsi un dégivrage très rapide du capteur dé chaleur 3- L'avantage très important de cette solution réside dans le fait qu'elle ne diminue pratiquement pas le coefficient de psi'forrcanoo du r^n-Srateur-chaudière thermodynamique conforme à 1!inverti on, ce qui n'est pas le cas 20 des solutions classiques.

Le dispositif de dégivrage selon l'invention ne fonctionne que quelques minutes, très rarement durant tout l'hiver, et seulement lorsque la demande de chauffage du circuit 9 ne se fait pas.

25 Dans l'hypothèse très exceptionnelle ou le dégivrage du capteur 3, serait simultané avec la demande de chauffage du circuit 9, deux possibilités de dégivrage selon l'invention peuvent intervenir ;

- le circuit 9 n'est plus alimenté et réchauffé, 30 provisoirement (de quelques seondes ou quelques minutes maximum) par le fluide de travail, le temps que ce dernier envoyé sur 1'échangeur 10, la ventilation continuant, le dégivrage soit terminé» La sonde de dégivrage, commande alors l'ouverture du circuit 9, le chauffage des locaux ou séchage 35 etc.. Le cycle peut recommencer sans que cet arrêt momentané ait pu se ressentir sur la température ambiante, étant donné que l'inertie thermique des locaux est suffisamment importante pour qu'un, arrêt du chauffage de quelques minutes ne soit ressenti.

le circuit 9 continue d'être alimenté par le fluide de travail de la chaudière-générateur thermodynamique mais une partie de ce fluide de travail où du fluide caloporteur du circuit est dévié sur 1'échangeur 10, pour dégivrer l'évapo-5 rateur capteur de chaleur.

le dégivrage selon les variantes ci-dessus sera peu fréquent, car, selon une particularité du générateur-chaudière thermodynamique conforme à l'invention qui. le caractérise par rapport aux pompes à chaleur connues est, qu'il est étudié pour 10 fournir la puissance calorifique totale en fonction de chaque marché ou réalisation et, de ce fait, il fonctionne comme une chaudière classique (fuel, gaz, charbon, etc..) c'est-à-dire par intermittence selon les besoins calorifiques.

Les pompes à chaleur actuelles sont le plus souvent 15 étudiées sans tenir compte du phénomène de foissonnerient dans les demandes calorifiques d'un atelier, d'une serre, d'un immeuble, d'un pavillon ou autre.

Par ailleurs le fait ô1 équiper le générateur-chaudière thermodynamique confcrrie à l'invention, de manière à 20 ce qu'il donne toute la puissance exigée, n'augmente p-:..s son prix de revient, tout en permettant, en période d'hiver, un fonctionnement intermittent, ce qui présente l'avantage durant la quasi totalité de l'hiver, d'empêcher le capteur de chaleur 3 de givrer et de donner au géE.érateur-chaudière thermodynamique 25 conforme à l'invention, un coofficient de performances largement supérieur aux pompes à chaleur classiques.

L'autre consiste à difposer dans le flux 12' l'air chauffé par son passage dans 1® condenseur 5, une dérivation 14 amenant une partie de l'air chaud produit, au moyen 30 de conduits (non représentés) dans le flux 2 où il se dilue et quSJ. réchauffe jusqu'à la température de + 3°C à + 7°C, nécessaire pour l'empêcher de givrer lors de son passage dans l'évèporateui- 3. -D§jaa ce cas, c'est le condenseur 5 qui joue le rôle de 1'échangeur 10 pour la partie 14 du flux 12'. 35 Ainsi qu'il est possible de s'en rendre compte par la description qui précède, le générateur thermodynamique selon la présente invention, évite tous les inconvénients des axï-utions a), b) et c) selon l'état de la technique.

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Les coûts, aussi bien de fabrication que de mise en oeuvre sont maintenusf grâce à l'adjonction d'un simple échangeur de chaleur et à l'emploi de la chaleur économique fournie par la chaudière thermodynamique à un niveau très bas. 5 La présente invention possède également l'avantage supplémentaire de maintenir le fluide de travail dans une zone de température où le compresseur, dans l'état actuel dé sa technologie, travaille avec le meilleur rendement.

La présente invention ouvre de très importants 10 et nouveaux champs d'applications aux pompes à chaleur récupérant les oaiories de l'air ou de tout mélange gazeux traversant 1'évaporateur. C'est ainsi que les chaudières à cowwustion ou autres, les générateurs d'air chaud existants, peuvent être remplacés avantageusement par les pompes à 15 chaleur équipées du dispositif selon la présente invention,

ce que les pompes à chaleur non équipées du présent dispositif, ne peuvent pas faire à cause du givrage de leurs évaporateurs. De plus, dans le cas du dispositif selon la figure 1, il est possible dans le cadre de la présente invention, de monter 20 sur le circuit 9 un réchauffeur (non représente), équipé de thermoplongeurs électriques de faible puissance, de manière à permettre une mise en température de départ plus rapide et également de compenser le refroidissement du fluide circulant dans le circuit 9 lorsque la température est inférieure à 25 celle ayant servi au calcul de l'installation ot de l'appareil.

Une sonde 16 plongeant dans le fluide du circuit 9, commande la mise en route du réchauffeur lorsque la température du fluide du circuit 9 descend sous la valeur prévue dans les dits calculs et affichée sur la sonde. Un tel montage accompa-30 gné d'un circulateur tel que 8 et d'un vase d'expansion a permis la conception ot la réalisation, grâce à la présente invention, d'une véritable chaudière thermodynamique monobloc, appareil qui, jusqu'à présent n'existe pas sur la marché. Cet appareil peut, dans toute installation de chauffage 35 classique existante, prendre la place de la chaudière alimentant cette installation, par simple raccordement sur les tuyauteries existantes et sur une simple prise de courant.

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Plus généralement, la présente invention permet d'utiliser les pompes à chaleur pout toutes les utilisations, seuls ou combinées entre elles, de chauffage, de séchage, de deshumidification ou de climatisation ou tout autre utilisa-5 tion. En effet, l'air passant dans 1'évaporateur, perd en tout ou en partie i'eau qu'il contient.

La présente invention est encore utilisable dans tous les cas où un mélange gazeux traversant 1'évaporateur possède un composant condensable.

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Claims (1)

1. REVENDICATIONS

   1~ Générateur thermodynamique dont 1 ' évaporateur ou capteur de chaleur es& alimenté en chaleur par une circulation d'air, caractérisé en ce que ladite circulation d'air 5 passa, avant son entrée dans le capteur de chaleur, dans un échangeur de chaleur destiné à élever sa température à une valeur telle que le givrage dudit capteur ne puisse se produire ledit échangeur de chaleur étant chauffé pair un fluide bénéficiant de la chaleur délivrée par ladite chaudière, le 10 ài± échangeur de dégivrage n'est alimenté par le fluide de travail que lorsque cesse l'appel de calories nécessaire au chauffage des locauxf de manière à assurer un dégivrage très rapide, un fonctionnement intermittent et d'obtenir un coefficient de performances ot de mérite particuilièrement 15 intéressant*;2- Générateur chaudière thermodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide chauffant l'échangeur de cha.leur est le fluide de travail de la chaudière, à travers son passage à travers le compresseur de 20 ladite chaudière»;3- G-énérateur chaudière thermodynamique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que 1'échangeur de chaleur est alimenté, en parallèle avec le condenseur de la chaudière en fluide de travail.;25 4- Chaudière thermodynamique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que dans le cas où le condenseur de la chaudière cède sa chaleur à de l'air, une partie de cet air ainsi chauffé est envoyée et diluée,;en amont de 1'évaporateur, dans ladite circulation d'air 30 d'oiS. est extraite la chaleur, le condenseur jouant dans ce cas, le rôle d'échangeur.;5- Chaudière thermodynamique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que, dans le cas où le condenseur do la chaudière cède sa chaleur à un fluide,;35 une partie de ce dernier sert a chauffer 1'échangeur de chaleur.;6- Chaudière thermodynamique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que 1'échangeur;I /I;/;) ^;9;/ de chaleur élève la température cle ladite circulation d'air à une valeur supérieure à 0° et donc + 3°C et +7°C,;7.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par l'assemblage dans un ensemble 5 monobloc, d'une pompe à chaleur, équipée duucispositif selon l'invention, d'un réchauffeur du fluide du circuit (9), de circulateurs, de vases d'expansion, d'un compresseur toujours placé devant 1'évaporateur capteur de chaleur (3) et d'un ensemble de vannes 3 voies permettant l'inversion du fluide 10 caloporteur.;8- Récupérateur de calories, caractérisé par un ou plusieurs échangeurs> réalisés de préférence en tube en matière plastique du type P*V»C., plongés dans le lisier de procs ou tout autre fumier ou compost, d'origine végétale ou 15 animale. Le ou les échangeurs sont parcourus en circuit fermé par un fluide qui récupère les calories dégagées par la fermentation des fumiers ou composts. Le fluide en passant sur 1'échangeur de 1'évaporateur laisse au passage, audit évaporateur, les calories puisées dans le lisier desporcs, 20 fumiers ou compost. Ces calories sont transmises à 1'échangeur du condenseur du générateur ou chaudière thermodynamique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7. Ce dispositif permet d'améliorer considérablement le rendement du générateur ou chaudière thermodynamique et de ce fait, 25 contribue à augmenter l'économie d'utilisation des dits appareils oonformes à l'invention. U

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