"Système de chauffage"
Parmi les systèmes de chauffage qui chauffent un agent fluide
à l'aide d'un échangeur de chaleur et fournissent l'agent échauffé
à un serpentin intérieur pour le chauffage des locaux, on connaît
particulièrement bien des appareils de chauffage utilisant de l'eau chaude en tant qu'agent chauffant.
Toutefois, les appareils de chauffage du genre dépendant des variations de la température de l'eau ou de la chaleur sensible pour le transfert d'énergie thermique, exigent une vitesse élevée de circulation de l'agent de chauffage pour leur capacité de chauffage. Par conséquent, ils requièrent des pompes de circulation à forte consommation de puissance et des tuyauteries
de grand diamètre pour la circulation de l'agent de chauffage.
Un autre inconvénient est le caractère encombrant de la tuyauterie impliquée.
D'un autre côté, des systèmes de refroidissement et de chauffage du type dit à pompe de chaleur qui utilisent le cycle de réfrigération ordinaire sont utilisés en tant qu'installations tirant parti des variations de phase de l'agent chauffant pour recevoir et fournir de la chaleur, en effectuant donc la circulation de cet agent avec un débit réduit. L'équipement du type à pompe de chaleur, qui utilise l'air en tant que source de chaleur, offre une limitation en ce sens que sa capacité de chauffage diminue alors que la température de l'air extérieur se réduit. Etant donné qu'en général plus basse est la température extérieure et plus élevée est la charge demandée au chauffage, le système à pompe de chaleur offre l'inconvénient fatal d'une capacité de chauffage insuffisante lorsqu'il fait très froid à l'extérieur.
De plus, étant donné que les installations à pompe de chaleur classiques utilisent l'air extérieur en tant que source de chaleur et aspirent le réfrigérant à basse pression évaporé à
un niveau de température inférieur à la température de l'air extérieur, le volume spécifique de la vapeur de réfrigérant ainsi introduit dans un compresseur servant de pompe de circulation
est trop important et le débit est trop faible par comparaison avec le volume du cylindre. Ces inconvénients se combinent avec une forte différence de pression qui survient entre l'entrée et la sortie du compresseur pour augmenter la consommation de puissance du compresseur de manière exagérée pour sa capacité de chauffage.
La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients précités des systèmes existants.
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tilise un réfrigérant sous la forme d'un gaz d'hydrocarbure fluoré ou analogue en tant qu'agent de chauffage et qui comporte un échangeur de chaleur installé sur le côté de succion d'une pompe
de circulation afin d'échanger de la chaleur avec une source de chaleur à une température supérieure à celle de l'air extérieur, tout en incorporant également un serpentin intérieur installé
sur le côté de refoulement de la pompe afin de produire la capacité de chauffage nécessaire quelle que soit la température extérieure.
Un autre but de l'invention est d'offrir un système dans lequel la résistance à l'écoulement du réfrigérant entre un serpentin intérieur et un échangeur de chaleur n'est égale qu'à la résistance de la tuyauterie ou telle que la pression du réfrigérant à l'entrée de l'échangeur de chaleur soit au moins supérieure à la pression de saturation correspondant à la température de l'air autour de l'échangeur de chaleur, et le liquide réfrigérant est vaporisé par cet échangeur de chaleur de telle sorte que la vapeur du réfrigérant à haute pression et à haute température soit aspirée par une pompe de circulation pour un fonctionnement à haute pression avec un faible rapport de compression et un fort débit de gaz,
de telle sorte qu'une pompe de circulation de petite dimension soit capable de fournir une capacité de chauffage élevée tout en apportant un gain appréciable dans sa consommation de puissance.
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Toujours un autre but de l'invention est d'offrir un système qui comprend également, au voisinage de la sortie de l'échangeur de chaleur, soit un séparateur de liquide, soit une soupape de commande de surchauffe afin de détecter le degré de surchauffe de la vapeur de réfrigérant aspirée dans la pompe de circulation et afin d'ajuster la vitesse de circulation pour maintenir l'agent à une surchauffe prédéterminée, en protégeant par conséquent la pompe de circulation contre une aspiration de liquide réfrigérant par succion et de tout endommagement qui peut provenir sans cela d'une compression de liquide.
Encore un autre but est d'offrir un système dans lequel un compresseur existant utilisé dans un appareil de réfrigération est mis en oeuvre en tant que pompe de circulation et un serpentin extérieur pour l'échange de chaleur avec l'air extérieur, des moyens de dilatation pour le refroidissement équipés de circuits de dérivation, etc sont installés de telle manière qu'un circuit de refroidissement soit formé et travaille suivant un cycle de réfrigération connu soit pour refroidir, soit pour chauffer un espace suivant les désirs.
Toujours un autre but de l'invention est d'offrir un système capable de fonctionner à la fois pour refroidir et pour chauffer, en utilisant une soupape à quatre voies en tant que moyens de commande directionnels des circuits de refroidissement et de chauffage pour une commutation avant-arrière du sens d'écoulement du réfrigérant, de telle sorte que les circuits sont simplifiés et que le mécanisme de commande directionnel est rendu
peu onéreux.
Un autre but de l'invention est d'offrir un système dans lequel, sur le côté du serpentin extérieur servant d'entrée au cours du fonctionnement du chauffage, des moyens de dilatation ou d'expansion pour le fonctionnement de chauffage sont ajoutés et un.circuit de dérivation est installé afin de permettre à l'agent de chauffage de contourner l'échangeur de chaleur lors d'un chauffage d'espace, de telle sorte que le fonctionnement soit commuté sélectivement du chauffage dépendant de l'échangeur de chaleur pour une fourniture de chaleur suivant l'invention au chauffage suivant un cycle de pompe de chaleur connu utilisant l'air extérieur en tant que source de chaleur, ou vice versa,
de telle sorte que quand cette dernière solution entraîne des frais d'exploitation inférieurs à la première, on peut effectuer une sélection du fonctionnement de chauffage suivant le principe d'une pompe de chaleur.
Toujours un autre but de l'invention est d'offrir un système de refroidissement et de chauffage divisé entre un ensemble extérieur comprenant un compresseur, un échangeur de chaleur, un serpentin extérieur et des moyens de dilatation ou d'expansion fonc-
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intérieures dont chacune comprend un serpentin intérieur et des moyens de dilatation ou d'expansion, ces unités intérieures étant connectées en parallèle entre elles à l'ensemble extérieur, de telle sorte qu'on puisse effectuer un refroidissement ou un chauffage de locaux multiples.
Un autre but important de l'invention est d'offrir un système dans lequel un échangeur de chaleur est installé dans un réservoir à eau équipé d'un circuit d'alimentation en eau chaude, de telle sorte qu'au cours de l'opération de chauffage, l'agent dans l'échangeur de chaleur soit chauffé par l'eau dans le réservoir et pendant l'opération de refroidissement, l'action de chauffage de l'échangeur de chaleur est arrêtée et, inversément, la chaleur latente de la condensation du réfrigérant est transmise à l'eau dans le réservoir, ce qui rend possible l'utilisation de la chaleur perdue lors de l'opération de refroidissement en tant que source de chaleur pour une fourniture économique d'eau chaude.
Un but supplémentaire de l'invention est d'offrir un système de refroidissement et de chauffage pour un local unique ou plusieurs locaux, qui utilise en tant que source de chaleur pour un échangeur de chaleur, l'eau chauffée par un chauffe-eau associé
à un circuit d'alimentation en eau chaude, de telle sorte que le système puisse fonctionner pour refroidir ou chauffer un espace
et pour fournir de l'eau chaude.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitàtif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 est un schéma de tuyauterie d'un système de chauffage suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe verticale d'un séparateur de liquide utilisé dans la forme de réalisation de la figure 1.
Les figures 3 et 4 sont des diagrammes de Mollier illustrant les cycles de chauffage du système de chauffage suivant l'invention et d'une conception de système classique.
Les figures 5 et 6 sont des schéma de tuyauterie d'autres formes de réalisation de l'invention.
Bien que la présente invention concerne un système de chauffage, elle peut être incorporée également en combinaison avec un système de refroidissement. Elle sera par conséquent décrite ciaprès telle qu'appliquée à un système combiné de refroidissement et de chauffage de locaux.
En se référant tout d'abord à la figure 1, on a représenté un système de refroidissement et de chauffage combiné utilisant
un hydrocarbure fluoré gazeux, du gaz ammoniac ou analogue en tant que réfrigérant. Il s'agit d'une construction de type divisé constituée d'une façon générale par un ensemble extérieur A et trois unités intérieures B, C, D mises en communication mutuelle par des conduites E pour refroidir ou chauffer un espace, suivant les désirs. Le système peut être mis en oeuvre sélectivement pour le chauffage sur la base du nouveau principe conforme à l'invention, ou pour refroidir ou chauffer de manière classique suivant le principe de la pompe de chaleur. Au dessin, la référence 1 désigne une pompe de circulation d'agent de chauffage sous la forme d'un compresseur de réfrigérateur de type connu.
La référence 2 désigne une soupape à quatre voies, la référence 3 un serpentin extérieur, la référence 4 des moyens d'expansion ou de dilatation pour l'opération de chauffage, la référence 5 un collecteur de liquide et la référence 6 un accumulateur. Ces éléments sont reliés, dans l'ordre précité, par une conduite à réfrigérant 7 entre les orifices intermédiaires 2a et 2b de la soupape à quatre voies 2.
A partir de la conduite à réfrigérant 7, une conduite à liquide 71 est connectée à trois tuyaux de dérivation 8 par l'intermédiaire d'un collecteur et une conduite à gaz 72 est de même connectée à trois tuyaux de dérivation 9 par l'intermédiaire d'un collecteur.
Sur les trois tuyaux de dérivation 8 du côté à liquide et les trois tuyaux de dérivation 9 du côté de vapeur ou de gaz,
on a installé, respectivement, six soupapes à solénoïde SVB, SVC, SVD, à raison d'une pour chaque tuyau. Si ces soupapes à solénoîde sont du type réversible, trois d'entre elles seulement peuvent être utilisées pour l'un ou l'autre groupe des tuyaux côté vapeur 9 ou des tuyaux côté liquide 8.
Chacune des unités intérieures B, C, D connectées à l'ensemble extérieur A comprend un serpentin intérieur 11 qui sert d'évaporateur pendant l'opération de refroidissement et de con-denseur lors du chauffage, des moyens de dilatation 12 pour le refroidissement, un ventilateur 29 et un moteur de ventilateur
30, connectés entre eux par des tuyaux à réfrigérant 13. L'ensemble extérieur A et les unités intérieures B, C, D sont mis en communication mutuelle par des tuyaux de liaison E.
A la figure 1, la référence 31 désigne un premier circuit de dérivation qui permet au réfrigérant de contourner chacun des moyens de dilatation 12 au cours de l'opération de refroidissement, la référence 32 une soupape de retenue installée dans le circuit de dérivation afin de permettre l'écoulement du réfrigérant à partir de chaque serpentin intérieur 11 vers le réservoir à liquide 5 et d'interrompre l'écoulement inverse du réfrigérant, la référence 33 un troisième circuit de dérivation ou de contournement destiné à contourner les moyens de dilatation 4 et la référence 34 une soupape de retenue installée dans le circuit de contournement 33 afin d'empêcher l'écoulement du réfrigérant à partir du réservoir à liquide 5 vers le serpentin extérieur 3. Des soupapes 39, 40 sont prévues pour fermer les conduites à liquide et à vapeur.
La construction décrite précédemment est identique à celle d'un système de refroidissement et de chauffage connu du type
à pompe de chaleur. Lorsque la soupape à quatre voies 2 est commandée, soit le serpentin extérieur 3, soit les serpentins intérieurs 11 servent de condenseurs pour liquéfier le réfrigérant,
ce réfrigérant liquéfié étant dilaté à basse pression par les moyens de dilatation 12 ou 4 et ensuite évaporé par les serpentins intérieurs 11 ou le serpentin extérieur 3 servant d'évaporateur et, finalement, le réfrigérant vaporisé est renvoyé au compresseur 1. Ce cycle de réfrigération est répété en avant et
en arrière pour effectuer un refroidissement ou un chauffage d'espace. Comme indiqué précédemment, le système, au cours de l'opération de chauffage, ne peut supporter la charge de chauffage lorsque la température de l'air extérieur tombe en dessous d'une certaine limite, alors qu'il fonctionne de manière satisfaisante pour le refroidissement.
La présente invention concerne un système de refroidissement et de chauffage capable d'effectuer un chauffage d'espace d'une manière remarquable. Le système est basé sur la construction précitée de l'installation à pompe de chaleur mais n'offre pas l'inconvénient d'une capacité de chauffage décroissante avec la réduction de la température de l'air extérieur. Suivant l'invendans
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traire contourner le serpention extérieur 3 qui sert d'évaporateur au cours de l'opération de chauffage et il contourne également les moyens de dilatation 12 qui agissent lors du refroidissement et les moyens de dilatation 4 agissant lors du chauffage.
Ensuite, le réfrigérant liquéfié dans les serpentions intérieurs
11 est chauffé et évaporé par un échangeur de chaleur 15 qui utilise une source de chaleur à une température supérieure à celle de l'air extérieur, sans réduire de façon considérable la pression du réfrigérant comme c'est le cas avec le cycle de pompe de chaleur classique. Ensuite, le réfrigérant chaud est mis en circulation à travers le compresseur 1, les serpentins intérieurs 11, l'échangeur de chaleur et à nouveau le compresseur 1. Les serpentins intérieurs 11 condensent la vapeur de réfrigérant et libèrent la chaleur latente de condensation dans le but de chauffer un espace. De la manière décrite, on forme un circuit fermé conforme à l'invention.
Sa caractéristique d'importance particulière est que la résistance de la partie du circuit située entre les serpentins intérieurs 11 et l'échangeur de chaleur 15 est maintenue pratiquement inchangée sans utiliser une résistance sup-
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I
la résistance doit être augmentée, le système est conçu de telle sorte que la pression du réfrigérant à l'admission de l'échangeur de chaleur 15 ne soit pas inférieure à la pression de saturation correspondant à la température de l'air autour de l'échangeur de chaleur 15, de telle sorte que le réfrigérant liquide est vaporisé dans cet échangeur de chaleur 15 à une pression supérieure à la pression de saturation et ensuite le réfrigérant à haute pression est aspiré dans le compresseur 1 par succion. Ceci permet au compresseur 1 de fonctionner à une pression anormalement élevée, d'aspirer une plus grande quantité de vapeur de réfrigérant ou de travailler avec un rapport de compression inférieur par rapport aux compresseurs classiques des installations à pompe de chaleur.
Ainsi, conformément à l'invention, un compresseur de faible capacité peut produire une capacité de chauffage assez importante. Cette caractéristique sera définie plus en détail ci-après.
Suivant l'invention, le circuit de réfrigérant décrit précédemment pour le cycle de réfrigération comprend un second cir-
/ ou
cuit de dérivation)de contournement 14 partant d'un point de dérivation 14a afin de permettre au réfrigérant de contourner le serpentin extérieur 3 et les moyens de dilatation 4 pour l'opération de chauffage. Dans ce second circuit de dérivation 14 sont installées une soupape à solénoïde SVE et une soupape de retenue
37 afin d'interrompre l'écoulement du réfrigérant à partir de la soupape à quatre voies 2 vers le réservoir à liquide 5. Un échangeur de chaleur 15 est incorporé dans la conduite à réfrigérant partant des serpentins intérieurs 11 vers le côté de succion du compresseur 1, par l'intermédiaire du second circuit de dérivation 14 ou le serpentin extérieur 3.
Par conséquent, l'ouverture de la soupape SVE établira un circuit à réfrigérant chauffé connectant le compresseur 1, la soupape à quatre voies 2, les serpentins intérieurs 11 pour l'échange de chaleur avec l'air in-térieur, le réservoir à liquide 5, le second circuit de contournement 14, l'échangeur de chaleur 15 et à nouveau la soupape à quatre voies 2 et le compresseur 1, dans l'ordre précité. Alors que le réfrigérant chauffé s'écoulant à travers le circuit libère sa chaleur par l'intermédiaire des serpentins intérieurs 11, un chauffage d'espace est réalisé.
Bien que l'échangeur de chaleur 15 soit représenté à la figure 1 comme installé en un point intermédiaire de la conduite à réfrigérant 7, entre les serpentins intérieurs 11 et la soupape
à quatre voies 2, son emplacement n'y est pas limité mais il peut se situer dans le circuit de contournement 14 ou en un au-
<EMI ID=6.1> figure 4.
L'échangeur de chaleur 15 utilise en tant que source de chaleur un chauffe-eau 18, par exemple, équipé d'un brûleur 17. Etant donné qu'il est prévu pour chauffer et vaporiser le liquide réfrigérant qui a été privé de sa chaleur et condensé par les serpentins intérieurs 11 au cours de l'opération de chauffage, l'échangeur de chaleur 15 peut utiliser au contraire un brûleur
à huile ou un élément chauffant électrique. Il n'y a pas de limitation particulière quant au type de source de chaleur utilisé
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leur à mazout, d'un chauffe-eau, etc, ou d'utiliser un régénérateur qui fait appel à une énergie de nuit peu onéreuse pour la puissance de chauffage, en permettant ainsi un gain supplémentaire dans l'exploitation de l''nstallation. L'échangeur de chaleur 15 peut avoir une construction quelconque existante, pour autant qu'il puisse chauffer le réfrigérant s'écoulant à travers la conduite à réfrigérant. Lorsqu'un chauffe-eau tel qu'illustré à la figure 1 est utilisé, l'échangeur de chaleur peut prendre la for-me d'un serpentin installé dans la cuve à eau 16 du chauffe-eau, de telle sorte que le liquide réfrigérant soit chauffé et vaporisé alors qu'il traverse l'échangeur de chaleur 15 par l'eau chaude se trouvant dans la cuve à eau 16 chauffée par l'appareil de chauffage 17.
La référence 35 à la figure 1 désigne un quatrième circuit de dérivation ou de contournement pour l'échangeur de chaleur 15. Il incorpore une soupape à solénoïde SVF, en parallèle avec une quatrième soupape de retenue 38 afin d'interrompre l'écoulement de réfrigérant depuis le serpentin extérieur 3 vers la soupape à quatre voies 2. La soupape à solénoîde SVF s'ouvre lorsque le système fonctionne pour le chauffage, suivant le principe d'une pompe de chaleur, avec le cycle de réfrigération utilisant le serpentin extérieur 3 en tant qu'évaporateur, ce qui permet au réfrigérant vaporisé à basse pression par ce serpentin extérieur 3 de contourner l'échangeur de chaleur 15.
Inversément, elle se ferme lorsque la soupape à solénoïde SVE est ouverte et par conséquent que le circuit de contournement 14 est ouvert de telle sorte que le réfrigérant est introduit par le circuit de contournement 14 dans l'échangeur de chaleur 15 pour le chauffage et une circulation ultérieure.
L'autre soupape à solénoîde SVG est installée entre le point d'origine 36 du quatrième circuit de contournement 35 et l'échangeur de chaleur 15. A la différence de la soupape à solénoîde SVF, cette soupape SVG se ferme lorsque le serpentin extérieur 3 est utilisé en tant qu'évaporateur pour une exploitation du type à pompe de chaleur et elle s'ouvre pendant l'opération
de chauffage lorsque la soupape SVE s'ouvre et que le second circuit de contournement 14 est ouvert pour la circulation du réfrigérait chauffé.
Un séparateur à liquide 20 est prévu pour séparer la partie non vaporisée du réfrigérant provenant de l'échangeur de chaleur 15 pendant la circulation du réfrigérant chauffé, en ne recyclant que la partie du réfrigérant vaporisée vers le compresseur
1. Comme représenté en détail à la figure 2, ce séparateur est constitué par une enveloppe fermée 20a reliée d'un côté au quatrième circuit de contournement 35, au sommet à un tuyau 20b menant à l'échangeur de chaleur 15 et à la partie inférieure à un tuyau 20c menant à la soupape à quatre voies 2, le tuyau 20a s'étendant en oblique vers le haut à l'intérieur de l'enveloppe 20a et débouchant à son extrémité supérieure au voisinage du sommet de l'enceinte. Lorsque du réfrigérant partiellement liquéfié
est admis dans ce séparateur par l'intermédiaire du tuyau 20b,
la différence de densité permettra à la partie liquide de tomber au fond de l'enveloppe 20a, en s'écartant de la partie de vapeur.
Etant donné que le séparateur de liquide 20 est installé
à l'intérieur de la cuve à eau 16 comme illustré, la partie de réfrigérant liquide recueillie à la base sera finalement chauffée et vaporisée par l'eau chaude entourant le séparateur 20.
Comme illustré à la figure 1, un tube capillaire 25 est interposé entre la soupape à solénoîde SVG et l'échangeur de chaleur 15. Bien qu'il soit assez désirable de s'en dispenser pour le rendement du système avec les effets avantageux suivant l'invention, le tube capillaire 25 est utile lorsque le système fait appel à un compresseur rotatif du type à pales coulissantes,
cas dans lequel une certaine différence de pression doit être établie entre l'admission et la sortie du compresseur afin que
les pales du compresseur puissent travailler efficacement. Dans une telle application, le tube capillaire 25 doit réaliser simplement environ 1/3 de la réduction de pression due aux moyens de di-latation 4.
Lorsqu'un compresseur du type à piston alternatif ou autre type non rotatif est adopté en tant que pompe de circulation 1, on peut omettre le tube capillaire, en laissant simplement la résistance propre à la tuyauterie dans la liaison entre les serpentins intérieurs 11 et l'échangeur de chaleur 15.
Une soupape de commande à haute pression 19 permet à la vapeur de réfrigérant évacuée du compresseur 1 de contourner l'installation et de revenir au côté d'aspiration du compresseur
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la variation de charge au cours du fonctionnement en pompe de chaleur ou de l'opération de refroidissement, ce qui évite toute augmentation de pression irrégulière et protège le compresseur contre un blocage.
Le chauffe-eau 18 est associé à un circuit d'alimentation
en eau chaude 22 qui comporte une soupape réductrice 21 à l'admission pour l'alimentation en eau, un robinet 27 à la sortie
et un échangeur de chaleur 23 en un point intermédiaire.
L'échangeur de chaleur 23, installé à l'intérieur de la
cuve à eau 16 du chauffe-eau 18, chauffe l'eau provenant d'un tuyau d'alimentation grâce à l'eau chaude située dans la cuve
16.
Lors du fonctionnement du système présentant la construction précitée pour un chauffage d'espace, l'opérateur règle la soupape à quatre voies 2 à la position indiquée en traits pleins, ferme les soupapes à solénoide SVE, SVG et met en route le compresseur
1. De la manière déjà indiquée, le refroidissement est réalisé
en faisant circuler le réfrigérant dans le sens indiqué par les flèches en traits pleins lors d'un cycle de réfrigération ordinaire et avec le réfrigérant évaporé par les serpentins intérieurs 11.
Pour un chauffage d'espace, la soupape à quatre voies 2 est déplacée jusqu'à la position indiquée en pointillés, de telle sorte que le réfrigérant est mis en circulation dans le sens inverse. Lorsque la température de l'air extérieur est élevée et que la charge de chauffage est réduite, les soupapes à solénoîde SVE,
SVG sont fermées et la soupape SVF est ouverte pour établir le quatrième circuit de contournement 35 destiné à contourner l'échangeur de chaleur 15. Par conséquent, le réfrigérant est mis
en circulation dans le sens indiqué par les flèches en pointillés, il est condensé par les serpentins intérieurs 11 et il est ensuite vaporisé par le serpentin extérieur 3 pour effectuer un chauffage avec un cycle de pompe de chaleur.
Lorsque la température de l'air extérieur est réduite et
que la charge de chauffage augmente, les soupapes à solénoïde
SVE, SVG sont ouvertes et la soupape SVF est fermée, tandis que simultanément le chauffe-eau 18 est mis en route pour chauffer l'eau à l'intérieur de la cuve à eau 16 et le compresseur 1 est amené à fonctionner. En d'autres mots, le réfrigérant utilisé en tant qu'agent de chauffage est mis en circulation, dans le sens indiqué par les larges flèches blanches à travers le compresseur
1, la soupape à quatre voies 2, la soupape de retenue côté vapeur 40, les soupapes à solénoide côté vapeur SVB, SVC, SVD,
les serpentins intérieurs 11, les soupapes de retenue 32, les soupapes à solénoîde côté liquide SVB, SVC, SVD, la soupape d'arrêt côté liquide 39, le réservoir à liquide 5, le second circuit de contournement 14, la soupape à solénoîde SVG, le tube capillaire
25, l'échangeur de chaleur 15, le séparateur de liquide 20, la soupape à quatre voies 2, l'accumulateur 6 et ensuite le compresseur 1, dans l'ordre indiqué, et ui. chauffage d'espace est effectué grâce à une dissipation de chaleur continue du réfrigérant chauffé à l'aide des serpentins intérieurs 11. La libération de chaleur par les serpentins intérieurs 11 est attribuée au trans-
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à-dire le passage de la phase vapeur à la phase liquide. La vitesse de transfert thermique ainsi obtenue sera très élevée par comparaison avec celle obtenue avec un serpentin à eau chaude.
Le réfrigérant liquide à haute pression, liquéfié lors d'une dissipation de chaleur par les serpentins intérieurs 11, contourne les moyens de dilatation 4 et le serpention extérieur 3, s'écoule à travers le second circuit de contournement 14 et le tube capillaire 25 pour obtenir une faible chute de pression et, de manière étanche au liquide, il circule sous la forme d'un liquide à haute pression dans l'échangeur de chaleur où il s'évapore grâce à de la chaleur prélevée de l'eau chaude dans la cuve à eau 16 et, finalement, le réfrigérant sous forme d'une vapeur
à haute pression revient au compresseur 1.
Le réfrigérant pénétrant dans le compresseur 1 conserve une pression élevée parce qu'il n'est pas soumis à un effet de réduc-
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leur classique. Sa pression est simplement réduite d'une façon correspondant à la résistance à l'écoulement que le réfrigérant rencontre au cours de sa circulation. Par conséquent, la pression
du réfrigérant doit simplement être augmentée dans la mesure nécessaire pour compenser la perte due à la résistance à l'écoulement et la puissance à fournir est extrêmement faible par comparaison avec celle nécessaire pour une opération de refroidisse- ment ou un fonctionnement en pompe de chaleur. Il s'en suit que
le compresseur 1 ne doit pas servir en tant que tel mais simplement en tant que pompe. Ceci permet une réduction importante
des frais d'exploitation, en particulier lorsque le chauffe-eau
18 utilise une source de chaleur peu onéreuse telle que du kérosène.
Bien que l'invention ait été décrite telle qu'appliquée
à un système qui peut être commuté entre un fonctionnement en
pompe de chaleur et un fonctionnement de chauffage suivant l'invention, elle n'est pas limitée à une telle réalisation. Il est possible en particulier d'effectuer uniquement l'opération de chauffage suivant l'invention au lieu d'adopter le fonctionnement
du type à pompe de chaleur. La figure 5 illustre une forme de réalisation de l'invention pour ce mode de fonctionnement, qui
se révèle avantageux lorsqu'une énergie à bas prix de revient
autre que l'électricité est disponible.
La forme de réalisation de la figure 5 ne comporte pas certains des éléments de la forme de réalisation de la figure 1,
à savoir le quatrième circuit de contournement 35, le séparateur
de liquide 20, le tube capillaire 25, le second circuit de contournement 14, la soupape à solénoïde SVE installée dans le second circuit de contournement et les moyens de dilatation 4. Elle comporte au contraire une soupape de commande de surchauffe 42 et une cinquième soupape de retenue 43 installées entre l'échangeur
de chaleur à réfrigérant 15 et la soupape à quatre voies 2. La cinquième soupape de retenue 43 est prévue afin que la vapeur évacuée du compresseur 1 au cours de l'opération de refroidissement puisse contourner la soupape de commande de surchauffe 42.
A part cela, la construction du système est identique à
celle du système de la figure 1 et, par conséquent, seul l'ensemble extérieur A impliquant les modifications a été illustré. Dans les figures 1 et 5, des références.identiques désignent des éléments analogues.
Ainsi, le système tel qu'illustré à la figure 5 fonctionne pour un refroidissement d'espace avec la soupape à quatre voies
2 occupant la position de liaison indiquée en traits pleins. Le réfrigérant est amené à circuler à travers le compresseur 1, la soupape à quatre voies 2, la cinquième soupape de retenue 43, l'échangeur de chaleur de réfrigérant 15, le serpentin extérieur 3, la troisième soupape de retenue 34 et le réservoir à liquide 5, en effectuant donc un refroidissement d'espace conformément à un cycle de réfrigération ordinaire. Pendant cette opération de refroidissement, la chaleur provenant de la vapeur évacuée à partir du compresseur 1 est dissipée dans l'eau de la cuve à eau
16 du chauffe-eau 18, ce qui rend possible l'utilisation de l'eau échauffée en tant que source de chaleur pour une alimentation en eau chaude.
Pour un fonctionnement de chauffage, la soupape à quatre voies 2 est réglée à la position indiquée en pointillés. Le réfrigérant s'écoulera alors, comme indiqué par les larges flèches blanches, à travers le réservoir à liquide 5, le second circuit de contournement 14, l'échangeur de chaleur 15 pour le réfrigérant, la soupape de commande de surchauffe 42, la soupape à quatre voies 2, l'accumulateur 6, le compresseur 11, la soupape à quatre voies 2 et ensuite la soupape d'arrêt côté vapeur 40. De la sorte, le chauffage est effectué grâce à la circulation du réfrigérant échauffé suivant l'invention.
Au cours de cette opération de chauffage, la soupape de commande de surchauffe 42 sert à détecter la surchauffe du réfrigérant aspiré dans le compresseur 1 par succion, à commander le débit du réfrigérant en fonction de la valeur détectée et à maintenir une surchauffe constante. L'ouverture de la soupape est augmentée ou réduite en fonction de la surchauffe.
Bien que les formes de réalisation décrites à propos des figures 1 et 5 utilisent la soupape à quatre voies 2 en tant que moyens de commutation pour l'opération de refroidissement et l'opération de chauffage avec la circulation de réfrigérant chauffé suivant l'invention, il n'est pas essentiel d'installer cette soupape. A titre de variante et comme représenté par exemple
à la figure 6, on peut omettre la soupape à quatre voies et, au contraire, l'échangeur de chaleur 15 avec le quatrième circuit
de contournement 35 en parallèle est alors situé sur le côté de succion du compresseur 1, tandis que le serpentin extérieur 3 avec le second circuit de contournement 14 est situé en parallèle sur le côté de refoulement du compresseur 1. Aux points d'origine des second et quatrième circuits de contournement, on a installé des première et seconde soupapes à solénoïde à trois voies
44, 45 et une soupape à solénoïde à deux voies 46 est prévue
pour le premier circuit de contournement 31 en parallèle avec
les moyens de dilatation 12, de telle sorte que les soupapes 44,
45, 46 sont commandées sélectivement pour l'opération de refroidissement ou de chauffage.
Si le système doit fonctionner pour un refroidissement, les soupapes à solénoïde à trois voies 44, 45 sont réglées aux positions de liaison indiquées en traits pleins et la soupape à solénoïde 46 est fermée et le système est alors mis en marche,
ce qui amène le réfrigérant à circuler dans le sens indiqué par les flèches en traits pleins pour un fonctionnement de refroidissement suivant le cycle de réfrigération connu. Pour le chauffage avec une circulation de réfrigérant chauffé, les soupapes de commande directionnelles 44, 45 sont amenées aux positions
en pointillés et la soupape à solénoïde 46 est ouverte puis le système est mis en route. Le réfrigérant suivra alors le parcours indiqué par les larges flèches blanches, passant par le compresseur 1, la soupape à trois voies 44, le second circuit de contournement 14, le réservoir à liquide 5, la soupape d'arrêt côté liquide 39, la soupape à solénoïde à deux voies 46, le serpentin ............ intérieur 11, la soupape d'arrêt côté vapeur 40, la soupape à trois voies 45, l'échangeur de chaleur 15, l'accumulateur 6 pour revenir au compresseur 1. Ainsi, une opération de chauffage est effectuée avec une circulation du réfrigérant chauffé.
La présente invention offre un système de construction ou de fonctionnement tel que décrit ci-avant. Parmi les caractéristiques de l'invention, la première consiste essentiellement
en une mise en circulation de réfrigérant, chauffé par un échangeur de chaleur 15 dans lequel un échange de chaleur est réalisé avec une source de chaleur à une température supérieure à celle de l'air extérieur, à partir de cet échangeur de chaleur
15 vers un compresseur 1 et des serpentins intérieurs 11 pour revenir à l'échangeur de chaleur. Dans ce système, l'échangeur de chaleur vaporise le réfrigérant tout en lui fournissant une quantité suffisante de chaleur, le compresseur 1 agissant en tant que pompe de circulation fournissant la vapeur de réfrigérant aux serpentins intérieurs 11 où le réfrigérant est condensé sous forme de liquide avec une dissipation de chaleur et ensuite le réfrigérant liquéfié est renvoyé à l'échangeur de chaleur 15. A la différence du système de pompe de chaleur ordinaire pour le chauffage;,.
le système suivant l'invention n'utilise pas de moyens de dilatation provoquant une forte chute de pression entre les serpentins intérieurs 11 et l'échangeur de chaleur 15, en limitant la résistance à l'écoulement entre ces éléments à la résistance de la tuyauterie ou en fixant cette résistance à un niveau tel que la pression du réfrigérant au moins à l'entrée de l'échangeur de chaleur 15 soit supérieure à la pression de saturation correspondant à la température de l'air autour de cet échangeur de chaleur �5. Ainsi, la pression d'évaporation du réfrigérant dans l'échangeur de chaleur 15 est supérieure à la pression de saturation et la vapeur de réfrigérant à haute pression est aspirée dans le compresseur 1 par succion.
Par conséquent, le compresseur 1 travaille à une pression
plus élevée que la pompe de chaleur classique et le volume spécifique de la vapeur de réfrigérant ainsi introduit est tellement faible que le compresseur 1 peut reprendre beaucoup plus de réfrigérant que le compresseur correspondant d'une pompe à chaleur classique. On se rendra compte que le compresseur possède
donc une capacité de chauffage accrue dans la proportion de l'augmentation de vitesse de circulation du réfrigérant.
Etant donné que la pression du réfrigérant admis dans le compresseur 1 est élevée, le rapport de compression peut être réduit et la consommation de puissance de ce compresseur 1 est nettement inférieure à celle de la pompe de chaleur.
L'opération de chauffage suivant l'invention sera à présent décrite en se référant à des diagrammes de Mollier. En se référant à la figure 3, le cycle indiqué par les courbes en trait
plein a' - b' - c' - d' représente un cycle de réfrigération
avec pompe de chaleur ordinaire, tandis que le cycle suivant l'invention est représenté par le triangle en pointillé a - b - c. La course de compression a - b suivant l'invention produit une différence de pression inférieure à celle correspondant au segment
a' - b' lors du fonctionnement avec une pompe de chaleur. La
course de condensation b - c est immédiatement suivie par une évaporation c - a, sans course de dilatation préalable c' - d' com-
me dans le cas d'une pompe de chaleur. Ceci réduit le volume spé- cifique de la vapeur de réfrigérant reprise par le compresseur et permet une circulation à une vitesse supérieure de 3,5 à 4 fois celle du réfrigérant dans le système à pompe de chaleur.
Comme indiqué, la capacité de chauffage dans ce cas augmente avec le débit du réfrigérant et, étant donné que l'échangeur de chaleur 15 absorbe la chaleur, l'opération de chauffage n'est pas influencée par la température de l'air extérieur.
Lorsqu'une résistance est communiquée au circuit par le tube capillaire 25 à l'entrée de l'échangeur de chaleur 15 dans la forme de réalisation illustrée à la figure 1, le diagramme de Mollier sera modifié de la manière illustrée à la figure 4, avec un cycle a - b - c - d modifié. Bien que la course de condensation b - c soit suvie par une décompression c - d, un effet de chauffage semblable à celui obtenu avec le cycle illustré à la figure 3 sera obtenu si la chute de pression dans l'intervalle c - d est maintenue suffisamment faible. Il s'est révélé que si la chute de pression dans l'intervalle c - d est limitée à environ la moitié
de celle dans l'intervalle c' - d' due aux moyens de dilatation de la pompe à chaleur classique, la quantité de réfrigérant mise en circulation augmentera de 2 à 2,5 fois. La chaleur supplémentaire fournie par le débit de circulation accru se combine avec une absorption de chaleur suffisante par l'échangeur de chaleur
15 pour conférer une capacité de chauffage remarquablement accrue au système.
Comme indiqué précédemment, la présente invention rend possible la réalisation d'une forte capacité de chauffage avec un compresseur de faible puissance et avec une faible consommation d'énergie.
De même, le système de chauffage suivant l'invention possède à la sortie d'un échangeur de chaleur 15 soit un séparateur de liquide 20, soit une soupape de commande de surchauffe 42 qui détecte la surchauffe de la vapeur pénétrant dans le compresseur, commande le débit du réfrigérant en fonction de la surchauffe détectée et maintient ainsi une surchauffe constante. L'agencement empêche parfaitement le retour de liquide au compresseur 1 et protège ce dernier contre une destruction par une compression de liquide.
La pompe de circulation dans le système de chauffage suivant l'invention, qui traite de la vapeur de réfrigérant, peut être constituée par l'un quelconque des compresseurs existants pour des appareils de réfrigération. Il est par conséquent possible d'utiliser un tel compresseur ordinaire et de constituer un cycle de réfrigération connu.
En gardant ceci présent à l'esprit, les formes de réalisation de l'invention ont été conçues pour un fonctionnement sélectif pour un chauffage suivant le nouveau principe de l'invention ou pour un refroidissement suivant un cycle de réfrigération connu. Il est possible, comme déjà mentionné, d'ajouter un serpentin extérieur 3, des moyens de dilatation 12, un circuit de contournement 31, etc à la structure de base conforme à l'invention et par conséquent d'effectuer une opération de refroidissement en utilisant la tuyauterie à réfrigérant et le serpentin intérieur 11 conçus primitivement pour une opération de chauffage seulement.
La forme de réalisation illustrée à la figure 6, envisagée pour une opération de refroidissement suivant les principes définis précédemment, exige des soupapes à solénoîde à trois voies onéreuses 44-45 et une soupape à solénoïde à deux voies 46, respectivement, dans le quatrième circuit de contournement 35 qui contourne l'échangeur de chaleur 15, le second circuit de con-
qui
tournement 14/contourne le serpentin extérieur 3 et le premier circuit de contournement 31 destiné à contourner les moyens de dilatation 12.
Cet inconvénient est supprimé suivant une quatrième forme de réalisation de l'invention. Comme illustré aux figures 1 et 5, le réfrigérant est mis en circulation en sens inverse à l'aide d'une soupape à quatre voies 2, de telle sorte que les soupapes
44, 45, 46 requises pour les circuits de contournement 14, 35, 31 pour la commutation entre les opérations de refroidissement et de chauffage peuvent être remplacées par des soupapes de retenue
peu onéreuses 37, 38, 32, respectivement. Dans ce cas également, les moyens de dilatation 12, la soupape de retenue 32 et le serpentin intérieur 11 incorporé dans chacune des unités intérieures B, C, D sont interconnectés de la même façon dans une unité intérieure d'un système de conditionnement d'air de type classique
à pompe de chaleur. Ceci signifie que l'unité intérieure classique peut être utilisée directement avec le système suivant l'invention.
La cinquième forme de réalisation est une variante de la quatrième, en ce sens que, comme illustré à la figure 1, des moyens de dilatation 4 sont disposés entre le serpentin extérieur
3 et le réservoir à liquide 5 et que des soupapes à solénoïde SVE, SVF sont installées, respectivement, dans le second circuit de contournement 14 et le quatrième circuit de contournement 35, de telle sorte que l'ouverture ou la fermeture des soupapes SVE, SVF fera fonctionner sélectivement le système pour un chauffage conformément aux nouveaux principes de l'invention ou pour un chauffage de la manière classique suivant le principe de la pompe de chaleur. L'agencement permet au système, lors de l'utilisation d'une
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commuté pour l'un ou l'autre procédé de chauffage en fonction de la température de l'air extérieur.
Lorsque cette température de l'air extérieur n'est pas trop basse, l'installation à pompe de chaleur ordinaire peut offrir la capacité de chauffage requise et la charge de chauffage est réduite. Par conséquent, le système est alors amené à fonctionner à la manière d'une pompe de chaleur. Lorsque la température de l'air ex- térieur est très basse, toutefois, la pompe de chaleur présente une capacité de chauffage déficiente malgré une charge de chauffage accrue. Dans ce dernier cas, le système peut être commuté pour fonctionner suivant les nouveaux principes de chauffage de l'invention.
Si le système suivant la première forme de réalisation de l'invention est conçu de telle sorte que l'échangeur de chaleur 15 reçoive de la chaleur à partir de l'eau chaude du chauffe-eau 18 et que ce dernier est associé à un circuit d'alimentation en eau chaude 22, il sera alors possible d'utiliser une seule source de chaleur dans le double but de chauffer l'espace et de fournir de l'eau chaude. Ceci constitue une neuvième caractéristique de l'invention.
Suivant une dixième caractéristique, l'échangeur de chaleur
15 est installé à l'intérieur de la cuve à eau 16 associée à un circuit d'alimentation en eau chaude et, comme dans la forme de réalisation de la figure 5, la vapeur provenant du compresseur
1 est amenée à circuler à travers l'échangeur de chaleur pendant l'opération de refroidissement. La chaleur retenue par la vapeur est alors évacuée par l'eau dans la cuve 16, avec pour résultat que cette eau est utilisée avantageusement en tant que source de chaleur pour fournir de l'eau chaude. La chaleur qui est sans cela libérée dans l'atmosphère rend possible une alimentation en eau chaude peu onéreuse.
D'une façon générale, les chauffe-eaux qui font appel à du gaz ou du mazout sont considérés comme utiles en tant que source de chaleur pour l'échangeur de chaleur 15 suivant l'invention. Dans ce cas, étant donné qu'une source de chaleur de forte capacité est aisément disponible pour l'échangeur de chaleur 15 et que le système par lui-même peut avoir une forte capacité, un équipe-ment approprié peut être prévu suivant l'invention pour un système de conditionnement d'air de locaux multiples du type à commande centrale.
Plus particulièrement, un système de refroidissement et de chauffage de locaux multiples dans lequel les unités intérieures peuvent être commandées individuellement est réalisé en utilisant une unité dite de condensation comprenant l'échangeur de chaleur
15, le compresseur 1 et le serpentin extérieur 3 en tant qu'ensemble extérieur A, en assemblant les unités intérieures B, C, D possédant chacune un serpentin-- intérieur 11 en tant qu'échangeur de chaleur incorporé pour un refroidissement ou un chauffage d'espace, et en connectant ensuite les unités intérieures en parallèle entre elles à l'ensemble extérieur avec un agencement divisé par l'intermédiaire des soupapes à solénoïde SVB, SVC, SVD.
Avec la construction décrite, le système suivant la quatrième forme de réalisation de l'invention est modifié de manière à desservir plusieurs locaux comme décrit dans la septième forme de réalisation et de même le système suivant la cinquième forme de réalisation est modifié pour desservir plusieurs locaux comme dans la huitième forme de réalisation.
Des variantes offrent l'avantage d'un refroidissement ou d'un chauffage individuel de plusieurs locaux grâce au système faisant appel à un seul ensemble extérieur A.
Lorsque le système suivant l'invention est construit en tant que système de conditionnement d'air central du type divisé pour desservir plusieurs locaux, la tuyauterie encombrante destinée à établir une connexion entre l'ensemble extérieur A et les unités intérieures B, C, D dans des locaux distincts peut être simplifiée suivant l'invention, parce que le débit de l'agent de chauffage est réduit et que des tuyaux de petit diamètre peuvent