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La présente invention concerne les générateurs d'eau chaude, et plus particulièrement ceux du type à "pompe de chaleur";, généralement constitués par un réservoir vertical d'eau chaude, comportant une connexion d'admission d'eau froide, montée sur la partie inférieure de ce dernier, et une de sortie d'eau chaude montée sur sa partie supérieure ainsi qu'un appareil de réfrigération, du type compresseur-condenseur évaporateur. Le condenseur est immergé dans l'eau du réservoir et réparti uniformément de haut en bas.
Bien que les appareils usuels de ce type fonctionnent d'une ma- nière satisfaisante, ils sont toutefois l'objet de diverses critiques.
Il y a tout d'abord danger de contamination., par le réfrigérant, de la con- duite d'alimentation en eau, connectée au réservoir d'eau chaude, en cas de rupture du condenseur, puisque ce dernier est directement immergé dans l'eau du réservoir. En second lieu, le chauffe-eau n'a pas la caractéris- tique désirable de récupération de température, puisque le condenseur du: '- réfrigérant est, dans sa totalité, uniformément réparti entre le sommet et le bas du réservoir d'eau chaude, de telle sorte qu'il faut assez longtemps pour en obtenir à la température d'utilisation, dans la partie supérieure de ce réservoir.
En conséquence, l'invention a pour objet :
1 - d'améliorer d'une manière générale le système dit à "pompe de chaleur", et de le disposer de telle sorte qu'il n'y ait aucun danger de contaminer la conduite d'alimentation connectée au réservoir d'eau chaude, consécutivement à une fuite du condenseur de réfrigérant, monté en échangeur de chaleur avec ce réservoir, et de telle sorte aussi que, la partie supérieure de ce dernier ait une caractéristique de récupération totale rapide de température.
2 - de prévoir dans un tel système, une disposition améliorée des premier et second condenseurs de réfrigérant; montés en position satisfaisante d'échange de chaleur avec les parties supérieure et inférieure du réservoir d'eau chaude, ainsi qu'un système perfectionné de commande de température de l'appareil de refroidissement, de telle manière que la totalité du gaz réfrigérant, issu du compresseur, soit fournie au premier condenseur jusqu'à ce que l'on obtienne une restauration totale de la température de l'eau dans la partie supérieure du réservoir, et de telle sorte que la totalité du gaz réfrigérant comprimé soit fournie au second condenseur jusqu'à restauration totale de la température de l'eau dans la partie inférieure de ce réservoir.
3 - de disposer des thermostats des premier et second réservoirs en bonne condition d'échange de chaleur, respectivement avec les parties supérieure et inférieure du réservoir d'eau chaude, et de les placer respectivement au-dessus, en les espaçant, du premier et second condenseur de réfrigérant, de manière à constituer le système de commande de température auquel on a fait allusion.
4 - de prévoir un équipement du type décrit., dans lequel chacun des condenseurs de réfrigérant, placé en bonne condition d'échange de chaleur,comporte un système composite perfectionné d'un tel échange en ce qui concerne sa construction et sa disposition.
D'autres caractéristiques de l'invention se rapportent à un montage particulier des éléments de l'ensemble, grâce auxquels sont réalisées les particularités précitées et d'autres ayant trait au fonctionnement.
L'invention sera mieux comprise par la lecture de la description qui suit et par l'examen des dessins annexés; où : - la figure 1 est une coupe verticale partielle d'un appareil conforme à 1/invention.
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- la figure 2 est une coupe verticale fragmentée, à plus grande échelle, d'une partie du condenseur supérieur de réfrigérant et de la paroi verticale du réservoir d'eau chaude,, dans le sens des flèches, suivant ligne 2-2 de la figure 1.
- la figure 3 est un schéma combiné, électrique et mécanique du système de commande thermique, incorporé dans l'appareil présenté par la figure 1.
En se référant à cette dernière, on voit que cet appareil est constitué par un système de chauffage d'eau 10, comportant un réservoir d'eau chaude 11, dont la paroi cylindrique verticale est figurée en 12, son sommet et son fond en 13 et 14. Un coude d'admission d"eau froide 15 est monté de manière étanche sur une ouverture, au centre du fond 14, et connecté à la conduite 16 de la distribution, non représentée. Un coude de sortie d'eau chaude 17 est monté de la même manière sur une ouverture pratiquée au centre du sommet 13 et connecté à la conduite de sortie d'eau chaude 18, communiquant avec la plomberie non représentée.
L'appareil 10 comporte également un réfrigérateur du type com- presseur-condenseur=évaporateur scellés, et constitué par un moto-compresseur enfermé dans une enveloppe 19, le moteur étant représenté en 20; ce réfrigérateur comporte aussi un évaporateur 21, un récepteur 22, une valve de détente 23, un premier et second condenseur 24 et 25, disposés de manière à assurer un très bon échange de chaleur, respectivement avec les parties supérieure et inférieure de la paroi cylindrique 12 du réservoir 11, comme on le décrira par la suite avec plus de détails.
De préférence, le moto-compresseur 19, l'évaporateur 21, le récepteur 22 et la valve de détente 23, sont montés-au-dessus du sommet 13 du réservoir 11, et supportés par une plate-forme 26, ainsi que par des consoles appropriées 27. Cette plate-forme 26 supporte aussi un ventilateur 28, actionné par un moteur électrique 29; ce ventilateur travaillant en conjonction avec les éléments 19, 22, 21, comme on le décrira plus complètement par la suite. De plus, le réservoir 11 comporte un certain nombre de pieds-supports 30, fixés de toute manière appropriée au fond 14.
L'enveloppe 31 de l'appareil 10 est constituée par une feuille métallique, ou en toute matière équivalente, définissant : un compartiment inférieur 32, dans lequel sont inclus le réservoir 11, ainsi que les condenseurs 24, 25, et un compartiment supérieur 33 enfermant les éléments 19, etc... montés sur la plate-forme 26. Une couche d'un matériau isolant de la chaleur 34, tel que de la laine de verre, appliquée à l'intérieur du compartiment 32, au-dessous de la plate-forme 26, entoure le réservoir 11 et les condensateurs 24 et 25.
L'orifice de sortie du moto-compresseur 19 est connecté à une conduite 35, se prolongeant vers le bas, à partir du compartiment 33, vers le compartiment 32; cette conduite 35 fournissant le gaz réfrigérant comprimé et sélectivement distribué aux condenseurs 24 et 25, comme on le décrira plus amplement par la suite, le liquide réfrigérant, issu des condenseurs 24 et 25, étant ramené, par une conduite 38 dans le compartiment 33 et au récepteur 22, ce dernier est directement connecté à la valve de détente 23, reliée par un tube de décharge 39 à l'orifice d'admission à l'évaporateur 21. Enfin, l'orifice de sortie de celui-ci est connecté par une conduite 0 au moto-compresseur 19.
En cours de fonctionnement de l'appareil à eau chaude 10, le moteur de ventilateur 28 établit une circulation d'air dans le compartiment 33, au-dessus du moto-compresseur 19, du récepteur 22 et de l'évaporateur 21, par conséquent, de la chaleur est fournie à l'évaporateur 21, les faces opposées de l'enveloppe 31 munies d'un jeu d'ouvertures 41 et 42 assurant le passage du courant d'air. Le moteur 20 entraine le compresseur non représenté, qui comprime le réfrigérant et le fournit à la conduite 35, de
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laquelle il est amené dans l'un ou l'autre des condenseurs 24 ou 25.
Le liquide réfrigérant issu de ces derniers est dirigé par la conduite 38, dans le récepteur 22, et de là, après détente, dans la valve 23, vers le tu- be à décharge 39, qui l'injecte dans l'évaporateur 21, où il se vaporise complètement en absorbant la chaleur du courant d'air qui passe au-dessus; ce gaz détendu est ramené par la conduite 40 au moto-compresseur 19 où s'a- chève le cycle.
De préférence, le réservoir 10 est essentiellement constitué par une tôle d'acier entièrement galvanisée intérieurement et extérieure- ment, et, ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 2, la paroi latérale 12 du réservoir 11 est constituée par une tôle d'acier 43, galvanisé en 44 et
45 respectivement. Le condenseur 24 est essentiellement constitué par des tubes aplatis 46, enroulés en serpentin autour de la partie supérieure ad- jacente de la paroi cylindrique 12, en bonne condition d'échange de chaleur mutuelle et continu, entre la valve 36 et la conduite 38; de même, le con- denseur 25 est constitué par un serpentin analogue autour de la partie inférieure adjacente de la paroi cylindrique 12, en bonne condition d'échange continu de chaleur;entre la valve 37 et la conduite 38.
Les intervalles entre les spires 46, constituant le condenseur 24, sont remplis par du métal fondu 47, (soudure, etc), de manière à con - stituer un système composite en bonne condition d'échange de chaleur avec la partie supérieure adjacente de la paroi latérale 12 ; de même, le condenseur 25, en ce qui concerne la partie inférieure adjacente de cette paroi 12.
A titre d'exemple, on indiquera que le réservoir d'eau 11 peut avoir une capacité de 180 litres; d'où il résulte que son diamètre extérieur est d'environ 40 centimètres, et sa hauteur entre le sommet et le fond 13 et 14, d'environ 1 m, 10. Dans ce cas, et en se référant à la figure 1, la distance A entre le fond 14 et l'extrémité inférieure du condenseur 25 est de 50 millimètres environ ; cecondenseur 25 est constitué par 21 spires en- viron, de telle sorte que la distance B entre ses extrémités inférieure et supérieure est d'environ 25 centimètres ; distance C entre l'extrémité su- périeure de ce condenseur 25 et l'extrémité inférieure du condenseur 24, est d'environ 36 centimètres ;
lecondenseur 24 comporte 21 spires et sa dis- tance D entre ses extrémités supérieure et inférieure est d'environ 25 centimètres ; la distance E entre l'extrémité supérieure de ce condenseur 24 et l'extrémité supérieure est d'environ 30 centimètres. Dans cet exemple, le condenseur 24 occupe environ 20% de la surface totale de la paroi latérale 12 adjacente à sa partie supérieure; et de même, le condenseur 25 occupe environ 20% de la totalité de la surface de cette paroi 12 adjacente et sa partie inférieure.
De plus, le compresseur de réfrigérant doit présenter une capacité d'environ une demi-tonne, afin d'obtenir une puissance de chauffage appropriée au réservoir d'eau chaude 11, et dans ce dispositif, le gaz réfrigérant comprimé dans la conduite 35 peut atteindre une température d'environ 90 C. et le liquide réfrigérant environ 74 C.
Un premier thermostat de réservoir est fixé de toute manière appropriée à la partie supérieure de la paroi latérale 12, immédiate- au-dessus du condenseur 24, de telle sorte qu'il se trouve en bonne condition d'échange de chaleur avec la paroi latérale 12 et ne soit pas directement influencé par la température du condenseur 24, afin que le thermostat du réservoir48 soit sensible à la température de l'eau de la partie supérieure du réservoir 11.
De même,un second thermostat de réservoir 49 est convenablement fixé à la partie inférieure de la paroi latérale 12, immédiatement au-dessus du sommet du condenseur 25, de telle sorte qu'il soit en bonne condition d'échange de chaleur avec les parois latérales 12, et ne soit pas directement influencé par la température du condenseur 25, afin que le thermostat du réservoir 49 soit sensible à la température de l'eau de la partie inférieure du réservoir 11.
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Plus particulièrement, le thermostat 48 peut être réglé au préa- lable, de manière à fonctionner à partir de la position "froid" vers la po- sition "chaud" quand l'eau de la partie supérieure adjacente du réservoir
11 se trouve à la température désirée, d'environ 66 C. le thermostat 48 fonctionnant de la position "chaud" vers la position "froid" consécuti- vement à une température, légèrement inférieure à 66 C de l'eau de la par- tie supérieure adjacente du réservoir 11..
De même, le thermostat 49 peut être réglé au préalable, de telle sorte qu'il fonctionne, à partir de la position "froid" vers la position
Il chaud Il,quand l'eau contenue dans la partie inférieure adjacente du réservoir 11 est à la température désirée, d'environ 67 C, le thermostat 49 fonc- tionnant de sa position "chaud vers sa position "froid, consécutivement à une légère variation de température, au-dessous de 67 C, de l'eau de la partie inférieure adjacente du réservoir 11.
Comme on l'a représenté sur la figure 3, le circuit électrique de commande du chauffe-eau 10 comporte la ligne d'alimentation à 110 volts, à courant alternatif monophasé, et un interrupteur principal 50, à commande manuelle.
La valve 36 est du type électromagnétique, comportant un méca- nisme de commande de débit 51, namalement sollicité en position de fermeture et s'ouvrant sous l'action d'un solénoide associé 52. La valve 37 est aussi . du type électromagnétique, et comporte un mécanisme de commande de débit53 normalement sollicité en position de fermeture et s'ouvrant sous l'action d'un solénoïde associé 54. L'interrupteur thermostatique 48 est du type, monopolaire, à double action, comportant une pièce mise en shunt 55, sus- ceptible d'occuper les positions supérieure et inférieure, commandant res- pectivement les paires supérieure et inférieure de contacts, tandis que l'interrupteur thermostatique 49 est du type monopolaire à simple action, comportant une pièce mobile de mise en shunt 56 de la paire associée de con- tacts.
On décrira maintenant le fonctionnement général du chauffe-eau
10, et l'on supposera que le réservoir 11 est plein d'eau, à la température ambiante, soit environ 10 C, les interrupteurs thermostatiques 48 et 49 se trouvant sur leurs positions "froid".
Plus particulièrement, l'interrupteur thermostatique 48 se trou- ve sur cette position "froid" de telle sorte que la pièce 55 ferme la paire supérieure de contacts, préparant le fonctionnement du moto-compresseur 20 et du moteur de ventilateur 29. A ce moment, quand on ferme l'interrupteur principal, le moto-compresseur 20 et le moteur de ventilateur 29 démarrent.
Le solénoïde 52 est également alimenté et le mécanisme de commande de débit
51 de la valve 36 passe de la position de fermeture à celle d'ouverture; toutefois, le solénoïde 54 cessant d'être alimenté, le mécanisme 53 de com- mande de débit de la valve 37 reste en position de fermeture. En conséquence, le condenseur supérieur 24 est connecté à la conduite 35, et le condenseur inférieur 25 en est déconnecté, avec ce résultat que le compresseur 20 éta- blit la circulation du réfrigérant dans le circuit comportant le condenseur supérieur 24, à l'exclusion du condenseur inférieur 25.
Le moteur du ven- tilateur 29 établit une circulation d'air dans le compartiment 33, de telle sorte que la chaleur soit absorbée par l'évaporateur 21, et dissipée par le condenseur supérieur 24, dans la partie supérieure adjacente du réservoir
11 où l'eau s'échauffe.
Après un certain temps, elle passe de la tempéra- ture ambiante de 10 C, à celle de réglage préalable -65 C - de commande,avec ce résultat que le thermostat supérieur 48 passe de la position "froid" à la position "chaud"., de sorte que la pièce 55 ouvre la paire supérieure de contacts et ferme la paire inférieure, respectivement, coupant ainsi l'ali- mentation du solénoïde 52 et alimentant le solénoïde 54. Quand le solénoïde a cessé d'être alimenté le mécanisme de commande de débit 51 de la valve
36 revient en position de fermeture; et quand le solénoïde 54 est alors ali-
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menté, le mécanisme de commande de débit 53 de la valve 37 se met en posi- tion d'ouverture.
En conséquence, à cet instant, le condenseur supérieur 24 est déconnecté de la conduite 35, et le condenseur inférieur 25 est connecté de cette dernière. Le moto-compresseur 20 et le ventilateur 29 continuent à tourner, et il en résulte que l'eau de la partie inférieure du réservoir
11 s'échauffe. Après un temps assez long, elle passe de la température am- biante (10 C) à celle de 65 C, de réglage préalable, d'en.il résulte que le thermostat 49 est actionné et passe de la position "froid" à la position "chaud", la pièce 56 ouvrant la paire associée de contacts, et coupant l'a- limentation : du solénoïde 54, du moto-compresseur 20 et du moteur de ven- tilateur 29.
Le solénoide 54 cessant d'être alimenté, le mécanisme de commande de débit 53, de la valve 37 revient sur sa position de fermeture.
A ce moment,les moteurs 20 et 29 s'arrêtent puisque le réservoir 11 est alors complètement plein d'eau chaude à la température de réglage préalable (65 C).
En cas de prélèvement d'une faible quantité d'eau chaude dans la partie supérieure du réservoir 11 par la conduite de sortie 18, de l'eau froide est fournie par la conduite d'admission 16, à la partie inférieure du réservoir 11.
En conséquence, à cet instant, il y a encore de l'eau chaude à 65 C dans la partie supérieure du réservoir 11, de telle sorte que le thermostat supérieur 48 reste sur sa position "chaud", toutefois, l'eau froide introduite dans la partie inférieure du réservoir 11 se mélange à l'eau chaude qu'il contient, ce qui provoque de nouveau le fonctionnement du thermostat inférieur 49, qui passe de la position "chaud" à la position "froid", de telle sorte que le moto-compresseur 20 et le ventilateur 29 sont remis en marche, et le solénoide 54 de nouveau alimenté pour actionner le mécanisme de commande de débit 53 de la valve 37, et le mettre en position d'ouverture.
Donc,à cet instant, le gaz réfrigérant comprimé est de nouveau fourni au condenseur inférieur 25 pour un intervalle de temps approprié, jusqu'à ce que l'eau contenue dans la partie inférieure du réservoir 11 s'échauffe de nouveau, jusqu'à la température de 65 C, réglée au préalable, avec ce résultat que le thermostat inférieur 49 passe encore de la position "froid" à la position "chaud"; le moto-compresseur 20 et le ventilateur 29 s'arrêtent et le solénoide 54 cesse d'être alimenté, ce qui ramène en position de fermeture le mécanisme de commande de débit 53 de la valve 37.
Dans le chauffe-eau 10, que l'on vient de décrire : on peut porter 180 litres d'eau, de la température ambiante, (10 C) à celle de réglage (65 C), en 6 heures, dans une pièce à 21 C, pour un taux d'humidité de 40%.
Bien que le délai nécessaire pour ramener l'eau de 10 à la température d'utilisation soit de 6 heures, comme on vient de le dire, le thermostat supérieur 48 n'est influencé que par le quart supérieur du volume du réservoir 11, d'où il résulte que ce thermostat passe de la position "froid" à la position "chaud".. en une demi-heure, seulement le thermostat inférieur 49 passant de la position "froid" à la position "chaud" après un délai supplémentaire de 4 h 1/2.
En conséquence, on notera que la caractéristique de récupération de l'appareil 10 est très avantageuse, en ce sens que la partie supérieure de ce dernier, contenant environ 45 litres d'eau,peut passer de 10 C à 65 C, en une heure et demie seulement, par conséquent, on peut disposer dans le réservoir 11 d'eau chaude, convenant à l'usage normal, après cette durée relativement courte de fonctionnement de l'appareil.
Ce résultat avantageux tient à l'alimentation préférentielle, en gaz réfrigérant, à partir du compresseur, vers le condenseur supérieur 24, à l'exclusion du condenseur inférieur 25, jusqu'à ce que l'eau de la partie supérieure du réservoir 11 ait atteint la température de réglage
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préalable (65 C), pour permettre de disposer, dans la partie supérieure du réservoir 11,-d'une modeste quantité d'eau chaude utilisable.
On notera de plus que, puisque les serpentins des condenseurs 24 et 25 sont exposés à l'extérieur, et isolés de l'eau du réservoir 11 par la paroi latérale 12, il n'y a aucun danger de contamination de cette eau par le réfrigérant, et en conséquence de celle de la canalisation, en 'cas de fuites sur l'un quelconque de ces condenseurs 24 et 25.
Le danger de contamination par le réfrigérant, de l'eau chaude contenue dans le réservoir 11, est donc complètement éliminé.
Par ce qui précède, on voit que l'invention permet la réalisation d'un chauffe-eau du type "pompe de chaleur", dont la construction et la disposition sont telles que l'on élimine le danger courant de contamination par le réfrigérant, de l'eau chaude du réservoir, en cas de fuites sur le condenseur associé, et que d'autre part, la caractéristique de récupération de température est extrêmement avantageuse.