CA1172054A - Procede de production de chaleur au moyen d'une pompe a chaleur utilisant un melange de fluides comme agent de travail et l'air comme source de chaleur - Google Patents
Procede de production de chaleur au moyen d'une pompe a chaleur utilisant un melange de fluides comme agent de travail et l'air comme source de chaleurInfo
- Publication number
- CA1172054A CA1172054A CA000369210A CA369210A CA1172054A CA 1172054 A CA1172054 A CA 1172054A CA 000369210 A CA000369210 A CA 000369210A CA 369210 A CA369210 A CA 369210A CA 1172054 A CA1172054 A CA 1172054A
- Authority
- CA
- Canada
- Prior art keywords
- air
- mixture
- fluid
- zone
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F12/00—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening
- F24F12/001—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air
- F24F12/002—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air using an intermediate heat-transfer fluid
- F24F12/003—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air using an intermediate heat-transfer fluid using a heat pump
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
- F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
- F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
- F24F3/147—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification with both heat and humidity transfer between supplied and exhausted air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/02—Heat pumps of the compression type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B39/00—Evaporators; Condensers
- F25B39/02—Evaporators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/006—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant containing more than one component
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D21/00—Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
- F25D21/06—Removing frost
- F25D21/12—Removing frost by hot-fluid circulating system separate from the refrigerant system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/13—Economisers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
- F25B5/04—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in series
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
- F25B6/04—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in series
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/56—Heat recovery units
Abstract
La présente invention propose un procédé de production de chaleur au moyen d'une pompe à chaleur, caractérisé en ce qu'on fait passer un fluide de travail en circuit fermé successivement dans une zone d'évaporation, dans une zone de compression, dans une zone de condensation et dans une zone de détente, ledit fluide de travail étant constitué par un mélange non-azéotropique d'au moins deux composants distincts, on fait circuler un premier fluide extérieur utilisé comme source de chaleur, en contact d'échange thermique avec le fluide de travail en cours de vaporisation et à contre-courant dudit fluide de travail, dans la zone d'évaporation, on fait circuler un second fluide extérieur, utilisé comme récepteur de chaleur, en contact d'échange thermique avec le fluide de travail en cours de condensation et à contre-courant dudit fluide de travail, dans la zone de condensation, on maintient le fluide de travail à un premier niveau de pression dans l'ensemble de la zone d'évaporation et à au moins un second niveau de pression dans la zone de condensation, le second de ces niveaux étant plus élevé que le premier, on fait circuler de l'air humide, constituant une partie au moins du premier fluide extérieur, à contre-courant du fluide de travail, dans la zone d'évaporation, on maintient des conditions de température, dans ladite zone d'évaporation, telles que l'air humide dépose du givre sur une première section de la zone de vaporisation et de l'eau sur une section subséquente de ladite zone de vaporisation et on évacue l'eau ainsi déposée sans mise en contact de celle-ci avec ladite première section de la zone de vaporisation.
Description
;!` -- .
1~'72~
L'invention concerne le domaine des pompes à chaleur fonctionnant avec un mélange de fluides de travail.
L'utilisation de fluides de travail en mélange dans les pompes à
chaleur, de manière à prélever de la chaleur sur un intervalle de tem pérature, le melange utilisé dans la pompe à chaleur se vaporisant, progressivement, dans une première zone d'échange de chaleur, suivant une évolution croissante de température parallèle à l'évolution décro~-sante de température d'un fluide extérieur, utilisé comme source de chaleur, au cours dudit échange~et de manière à fournir de la chaleur sur un intervalle de température, le mélange utili.sé dans la pompe à
.chaleur se condensant progressivement dans une seconde æone d'échange - de chaleur, suivant une évolution decroissante de temperature parallèleà l'évolution croissante de température d'un fluide extérieur auquel cette chaleur est transmise, a fait l'objet du brevet des Etats-Unis d'~mérique N 4 089 186, 16 n~i 1978, ~lexandre Rojey et George Cohen.
Une telle technique permet d'améliorer largement le coefficient de perEormance des pompes à chaleur chaque fois que la temperature des : fluides extérieurs avec lesquels s'effec-tuent les échangqs de chaleur évo].ue au cours de ces échanges et peut etre utilisée à la fois dans des applications industrielles et dans des applications au chauffage de locaux.
Le cas du chauffage des locaux est un cas particulièrement impor-tant et qui est particulièrement adapté à l'utilisa-tion de pompes à
chaleur fonctionnant avec des mélanges étant donné que les chaleurs échangées sont dans ce cas toujours au moins en partie des chaleurs sensibles et que les échanges de chaleur mettent en jeu des variations : de température des fluides extérieurs avec lesquels s'effectuent les échanges.
: Les applications qui ont été décrites dans le brevet N 4 089 186 concernent des cas pour lesquels la chaleur est récupéree sur un large intervalle de température. Pour cette raison, il a été décrit dans le brevet N ~ 089 186 un schéma de fonctionnement préféré consistant à
condenser le mélange circulant dans la pompe à chaleur en deux étages, de manière à fournir la chaleur sur un intervalle de température plus restreint que l'intervalle de température suivant lequel la chaleur est récupérée.
D'autre part, l'eau est la seule source de chaleur citee dans le brevet N 4 089 186. En effet, il est relativement simple.d'adapter : ' ~ 2 - ` ~
.~, . . -~
.
7;~05~
l'utilisation de melanges à une pompe à chaleur fonctionnant avec de l'eau comme fluide exterieur à l'evaporateur et au condenseur. Il est necessaire, dans le cas d'une pompe à c~aleur fonctionnant avec un me-lange de fluides, pour beneficier des avantages qu'apporte l'utilisa-tion d'un mélange sur le plan des performances, de faire fonctionner l'évaporateur et le condenseur suivant un mode d'echange à contre-courant. Lorsque ces echanges sont opérés avec de l'eau, de nombreux echangeurs couramment utilises se pretent à un tel mode d'echange et opèrent dejà dans de telles conditions dans le cas d'un corps pur, par exemple les echangeurs double-tube ainsi que les echangeurs à plaques.
Au contraire, lorsque la source de chaleur est de l'air, l'evapo-rateur fonctionne generalement suivant un mode d'echange de chaleur à
courants croises. Le fluide de travail circule dans des tubes munis d'ailettes qui sont disposes en nappes à travers lesquelles l'air est souffle par un ventilateur, la circulation d'air etant perpendiculaire auxdites nappes.
Compte tenu de l'impossibilite de recuperer de la chaleur sur un debit d'eau dans des conditions telles que l'eau est susceptible de geler, la vaporisation du melange s'effectue selon le brevet N
4 0~9 186 dans un intervalle de temperature compris entre 0 et 100 C.
Dans le cas des pompes à chaleur utilisant de l'air comme source de chaleur, lorsque cet air contient de la vapeux d'eau, le fonctionne-ment de l'evaporateur à basse temperature entraine la condensation et le givrage de l'eau contenue dans l'air. Ce problème represente une ' limitation importante des conditions d'utilisation des pompes à chaleur utilisant de l'air comme source de chaleur lorsqu'aucun dispositif de degivrage n'est prevu. Lorsqu'un dispositif de degivrage est mis en place, il entraine necessairement une d:iminution des performances de la pompe à chaleur.
Dans le cas d'une pompe à chaleur fonctionnant avec un corps pur, la temperature du fluide de travail qui s'evapore est sensiblement uniforme et dès que cette temperature descend de quelques degres au-dessous de 0 C, l'eau contenue dans l'air humide qui est souffle sur l'evaporateur se condense et se met à givrer sur toute la surface des tubes.
Il a ete découvert que contrairement à ce qui apparait dans le brevet N 4 089 186, l'utilisation d'un mélange peut etre avantageuse lorsque la source de chaIeur est de l'air et tout particulièrement dans .. . . ..
~ - 3 -~'7~ 5~
les conditions où du givre est susceptible de se former, c'est-à-dire lorsque le fluide de travail est vaporisé en totalite ou en partie au-dessous de 0C, pendant une fraction au moins de la duree totale de fonctionnement.
La presente invention propose un pxocede de produc-tion de chaleur au moyen d'une pompe à chaleur, caracterise en ce ~u'on fait passer un fluide de travail en circuit ferme successivement dans une zone d'evaporation, dans une zone de compression, dans une zone de condensation et dans une zone de detente, ledit fluide de travail etant constitue par un mélange non-azeotropi~ue d'au moins deux composants distincts, on fait circuler un premier fluide exterieur utilise comme source de chaleur, en contact d'echange thermi~ue avec le fluide de travail en cours de vaporisation et à contre-couxant dudit fluide de travail, dans la zone d'évaporation, on fait circuler un second Eluide extérieur, utilisé comme récepteur de chaleur, en contact d'échange thermique avec le fluide de travail en cours de condensation et à contre-courant dudit fluide de travail, dans la zone de condensation, on maintient le fluide de travail à un premier niveau de pression dans l'ensemble de la zone d'évaporation et a au moins un second niveau de pression dans la zone de condensation, le second de ces niveaux étant plus eleve que le premier, on fait circuler de l'air humide, constituant une partie au moins du premier fluide extérieur, à contre-courant du fluide de travail, dans la zone d'évaporation, on maintient des conditions de tem- :;
pér~ture, dans ladite zone d'évaporation, telles ~ue l'air humide dépose du givre sur une première section de la zone de vaporisation et de l'eau sur une section subséquente de ladite zone de vaporisation et on évacue l'eau ainsi déposee sans mise en contact de celle-ci avec ladite première section de la zone de vaporisation.
;: .
~ _ 4 _ , . . . .
OS~
Relativement aux dessins qui illustrent des réalisations de l'invention, La figure 1 représente un schéma de principe selon l'invention, La figure 2 représente un mode de réalisation de l'évaporateur de la pompe à chaleur selon l'invention, La figure 3 représente un autre schema selon la presente invention, La figure 4 represente un schema selon l'invention - pour la recuperation de chaleur sur air extrait d'un local chauffé, La figure S représente un schema selon l'inventlon pour la récuperation de chaleur sur air exterieur, et La figure 6 represente un schema selon l'invention pour la recupération de chaleur sur air extrait d'un local et air exterieur.
La disposition prevue selon l'invention consiste à
operex suivant le schema de principe represente sur la figure ; 1. Le melange de fluides de travail entre par le conduit 1, circule dans l'enceinte El, à contre-courant du debit d'air (circulant dans le sens a-~a' à l'intérieur de la gaine de circulation G), entralné par le ventilateur V et ressoLt par le conduit 2. L'enceinte d'échange El est formee par des tubes dans lesquels circule le mélange ou par des plaques entre lesquelles circule le mélange et délimitant un volume fermé, ladite enceinte présentant une surface d'échange avec l'air extérieur. Le coefficient de transfert thermique étant beaucoup plus réduit du côté air que du côté du mélange, ladite surface d'échange est de préference pourvue d'~ailettes et/ou d'aiguilles~
~:~ - . .
~ 4a -~7;~11S~
Lorsque l'air humide arrive sur la surface d'echange, il se refroidit progressivement et lors~ue sa temperature devient égale, globalement ou localement a la température de rosée (section A sur le schéma de la figure 1), l'eau commence à se condenser. Cette eau qui se condense est évacuée de l'échangeur au fur et à mesure de sa condensation.
Pour cette raison une disposition preéree.est une disposi-tion dans laquelle.le melange et l'air circulent suivant un axe horizontal, l'eau s'ecoulant par gravite le long des sur-~aces d'echange et étant recueillie dans le bac de retentionR d'où elle est evacuee par le conduit 3. Il est imperatif d'eviter que l'eau condensée puisse s'ecouler vers les zones - les plus froides de l'evaporateur, c'est-à-dire vers l'entree du melange et une disposition verticale, dans laquelle le melange arrive par en bas et dans laquelle l'eau condensee s'écoule sur la surface d'échange jus~u'au bas de celle-ci, doit être exclue. Une disposition verticale dans laquelle le melange arriverait par en haut et l'air par en bas est moins g~nante. Toutefois, une telle disposition verticale est moins favorable que la dLsposition horizontale du fait que l'eau qui s'ecoule.se trouve en contact avec de l'air à une tempera-ture plus elevee et de ce fait l'air se sature en eau, ce qui augmente la quantite de vapeur d'eau entralnee, donc l'intensite.du givrage.
L'eau.qui se condense est recueillie progressivement sect~-o~- =-----~~~~ ~ ~~''~~
~zos~
jusqu'à la section B où la température s'abaisse globalement ou loca-lement au-dessous de 0 C. Au-delà de la section B, le givrage s'opère.
Toutefois la quantité de givre qui se dépose est très inférieure à la quantité de givre qui se deposerait sur un evaporateur convention-nel alimente par un corps pur comme fluide de travail.
Ainsi, par exemple, dans le cas où un debi-t d'air, extrait d'un local, dont l'humidite relative est de 70 %,la temperature de 20 C et qui représente 300 kg/h d'air sec, est envoyé sur un évaporateur d'ou il ressort à 0 C, il va se former 2,3 kg~h environ de givre dans le cas d'un evaporateur conventionnel.
En utilisant un évaporateur selon l'invention, au contraire, il n'y aura pratiquement pas de givre formé ou tout au moins une quantité
très faible.
Le degivrage peut etre assuré par les différentes techniques con-nues, par exemple par chauffage à l'aide de résistances électriques ou par inversion de cycle. La commande du dégivrage peut etre assurêe par exemple par un detecteur de givre ou par un generateur d'irnpulsions regulièrement espacees, le degivrage n'ayant effec-tivement lieu que si la pression d'évaporation est inférieure à une valeur donnée.
Un mode de realisation préfére de l'evaporateur de la pompe à
chaleur selon l'invention consiste à faire circuler le mélange dans des tubes munis d'ailettes ou d'aiguilles, de manière à augmenter la sur-face d'échange du côté air. Un exemple de disposition de ces tubes est représenté sur la figure 2.
Le mélange constituant le fluide de travail arrive par le distri-buteur D qui le repartit entre les conduits 4, 5, 6, 7 et 8. Chacun de ces conduits débouche sur un tube faisant partie d'une batterie de tl~es munis d'ailettes. Le mélange circule ensuite en parallèle dans les tubes montes dans des batteries qui sont assemblées de manière à ce que le mélange suive globalement un trajet à contre-courant du debit d'air dont la direction et l'orientation sont indiquees par la flèche 14 sur la figure 2.
Le melange qui arrive par le conduit 4 circule ainsi dans le tube superieur faisant partie de la première batterie, est évacué de cette première batterie par le conduit 9 qui l'amène dans le tube supérieur de la seconde batterie, d'où il ressort par le conduit 10 qui l'amène dans le tube superieur de la troisième batterie, d'où il ressort par le conduit 11 qui l'amène dans le tube superieur de la quatrième .
~ ~ ~ 5 ~
.
batterie, d'où il ressort par le conduit 12 qui communique avec le conduit general d'evacuation 13 qui permet d'envoyer le melange vapeur à l'aspiration du compresseur. Le melange qui arrive par les autres conduits 5, 6, 7 et 8 suit egalement des trajets globalement à contre courant du debit d'air, situes dans des plans parallèles ainsi que le montre la figure 2.
D'autres arrangements du monta~e des tubes suivant differents modes serie/parallèle peuvent etre envisages allant de l'arrangement (a) represente sur la figure 2 dans lequel tous les tubes situes dans un meme plan et dans lesquels le melange ci~cule globalement à contre courant du debit gazeux sont alimentes en parallèle avec autant de conduits d'arrivee debouchant du distributeur D jusqu'à l'arrangement (b) dans lequel tous les tubes sont montes en serie. Plus generalement, les tubes peuvent se trouver dans m plans qui seront qualifiés de hori-zontaux et n plans qui seront qualifies de verticaux en se referant à
la representation de la figure ~. Toute autre orientation obtenue par un mouvement de rotation quelconque dans l'espace est possible, toute-fois la disposition precedente,qui correspond à une circulation d'air suivant une direction horizontale,est preféree pour les raisons qui ont ete evoquees precedemment.
Lorsque l'eau contenue dans l'air qui est envoye sur l'evaporateur se condense, elle s'ecoule le 1ong des ailettes et elle est recueillie dans un bac de retention.
Il est possible dans chaque plan vertical de monter les tubes en serie par groupes de p tubes, p etant un no~bre entier de 1 à m, ces groupes de p tubes etant alimentes par k conduits d'arrivee, k etant tel que m = p x k. Chacun des groupes de p tubes d'un plan vertical est relie au groupe de p tubes du plan vertical suivant selon une dispo-sition qui fait circuler le melange globalement à contre-courant du de-bit d'air. Ainsi les arrangements (a) et (b) correspondent à des casparticuliers de ce cas general, l'arrangement (a) correspondant à p = 1, k = m et l'arrangement (b) à p = m, k = 1.
Une autre solution consiste à utiliser un tube à ailettes ou ai-guilles enroule en serpentin suivant une section de base de forme geo-metrique quelconque, le debit d'air etant envoye suivant l'axe du ser- -pentin à contre-courant de la direction moyenne de circulation du me-lange de fluides. Le schema de la figure 3 illustre une telle dispo-sition. Sur ce schema le melange arrive par le conduit is, circule à
-1~2~5~
l'intérieur du tube 1~ et est evacué par le conduit 17. Les flèches 18 et 19 indiquent le sens de clrculation de l'air, l'arrivee de l'air e-tant indiquee par la flèche 18 et le depart par la flèche 19. Un -tel serpentin peut etre également forme de plusieurs tubes montes en paral-lèle et bobines suivant le meme axe.
Le serpentin peut etre dispose horizontalement ou verticalement, une disposition horizontale etant préferée pour les raisons indiquees precedemment. L'eau condensee s'ecoule par gravite, est recueillie et evacuee.
Le condenseur de la pompe à chaleur permet de fournir de la cha-leur au Eluide exterieur clc chauffage qui pcut etre de l'eau ou de l'air. Lorsque le f]uide extcricur. est de l'eau, il est possible d'uti-liser par exemple un echangeur à double tube dans lequel la circulation du melange et de l'eau du circuit de chauffage s'opèrent à contre-cou-rant. Lorsque le fluide exterieur est de l'air, il est possible d'uti-liser un echangeur dont la conception generale est celle qui est re-~resentée s~lr le schema de la figure 3.
Trois cas principa~ peuvent etre prevus selon la nature de la source d'air :
1) - Recupération de chaleur sur air extrait d'un l.ocal chaufEe Un exemple de disposition de la pompe à chaleur est rèpresente sur la figure ~. L'air arrive sur l'evaporateur E2 par la gaine G1 et il est evacue par le ventilateur VE1.
Le melange des substances qui constituent le fluide de travail ar-rive, à l'etat liquide, par le conduit 19, circule à contre-courant du courant d'air et repart sous forme vapeur par le conduit 20. ~'eau condensee est recueillie dans le bac de retention R1 et évacuee par le conduit 211.
Le melange vapeur est comprime dans le compresseur ~1 et arrive dans le condenseur E3 par le conduit 21. Dans ce schema, l'air exte-rieur arrive par le conduit G2, circule à contre-courant du melange et est evacue par le ventilateur VE2 vers le local à chauffer.
Le melange condense ressort du condenseur par le conduit 22 et il est detendu dans le detendeur Dl.
En mi-saison, la pompe à chaleur peut ne fonctionner qu'une frac-tion du temps, la puissance de chauffage qu'elle assure e-tant modulee par la durée relative des periodes de marche et d'arrêt. Dans ce cas, le melange peut jouer le role d'un caloporteur permettant de recuperer .
, .,~ . ' ' .
~7~5~
la chaleur contenue dans l'air extrait d'un local chauffé par echange avec l'air extérieur. Cette possibilite est prevue sur le schema de la figure ~. Lorsque le compresseur K1 est arrête, les vannes trois voies VD1, VD2, VD3 et VD4 permettent de faire circuler le melange au moyen du circulateur CIl en evitant le compresseur ~1 et le détendeur D1.
Cette solution est rendue possible par le fait que la temperature du mélange peut suivre la température de l'air avec lequel s'effectue l'e-chancJe, au contraire de ce qui se passe lorsque le fluide de travail est un corps pur.
Le degivrage peut être operé dans ce cas par simple arrêt de la pompe à chaleur et/ou de la circulation du melange. En eEet, dans ce cas, l'air extrait n'est plus refroidi et arrive sur les parties gi-vrees à une temperature voisine de 20 C.
Le fonctionnement d'une telle pompe à chaleur est precisé par les donnees numeriques de l'exemple suivant.
On envoie sur l'evaporateur au moyen du ventila-teur V~1 un dé~it de 250 m3 d'air extrait provenant des locaux à chaufEer. Cet air arrive à 20 C et ressort de l'evaporateur à ~ C. I.e melange utilisc est un melanye dont la composition molaire est la suivante :
Trichloromonofluoromethane (~-11j - 0,05 Monochlorodifluoromethane (R-22) = 0,~
MonochIorotrifluoromethane ~R-13) = 0,11 Le melange arrive dans l'evaporateur E2 à une temperature de -5,8 C et ressort à une temperature de 10,4 C. Le givrage n'apparaît que sur la partie la plus froide de l'evaporateur. Ce dégivrage est opere par arrêt periodique de la circulation du melange et l'eau re-cueillie dans le bac Rl est evacuee par le conduit 211.
Le melange arrive dans le condenseur E3 à une temperature de 56,~
C et ressort à une temperature de 10,5 C. L'air exterieur est souffle sur le condenseur au moyen du ventilateur VE2. Il arrive à une tempe-rature de O C, ressort à une temperature de 18,3 C. La puissance meca-nique, depensee au compresseur pour comprimer le melange, est de 196 W.
L'utilisation de mélanges permet de réaliser une pompe a chaleur dont les perEormances sont satisfaisantes, meme lorsque la temperature de re,ct est basse. Ceci pcrmet d'a-lsmenter la puissancc dc la pompa à
chaleur et de reduire la puissance du chauffage d'appoint. Par contre cela impos~ si l'eau condensee est Fefroidie au-dessous de O C,de ' ~:
_ ~ , , '' -~7~:054 prevoir un mecanisme de degivrage. Le mecanisme de dégivrage prefere consiste, dans ce cas, à arrêter la circulation du melange, soit perio-diquement, soit en fonction des indications transmises par un detec-teur de givre, en faisant fondre le givre par passage de l'air extrait à une temperature proche de sa température de sortie des locaux chauffés, c'est-à-dire environ 20 C.
1~'72~
L'invention concerne le domaine des pompes à chaleur fonctionnant avec un mélange de fluides de travail.
L'utilisation de fluides de travail en mélange dans les pompes à
chaleur, de manière à prélever de la chaleur sur un intervalle de tem pérature, le melange utilisé dans la pompe à chaleur se vaporisant, progressivement, dans une première zone d'échange de chaleur, suivant une évolution croissante de température parallèle à l'évolution décro~-sante de température d'un fluide extérieur, utilisé comme source de chaleur, au cours dudit échange~et de manière à fournir de la chaleur sur un intervalle de température, le mélange utili.sé dans la pompe à
.chaleur se condensant progressivement dans une seconde æone d'échange - de chaleur, suivant une évolution decroissante de temperature parallèleà l'évolution croissante de température d'un fluide extérieur auquel cette chaleur est transmise, a fait l'objet du brevet des Etats-Unis d'~mérique N 4 089 186, 16 n~i 1978, ~lexandre Rojey et George Cohen.
Une telle technique permet d'améliorer largement le coefficient de perEormance des pompes à chaleur chaque fois que la temperature des : fluides extérieurs avec lesquels s'effec-tuent les échangqs de chaleur évo].ue au cours de ces échanges et peut etre utilisée à la fois dans des applications industrielles et dans des applications au chauffage de locaux.
Le cas du chauffage des locaux est un cas particulièrement impor-tant et qui est particulièrement adapté à l'utilisa-tion de pompes à
chaleur fonctionnant avec des mélanges étant donné que les chaleurs échangées sont dans ce cas toujours au moins en partie des chaleurs sensibles et que les échanges de chaleur mettent en jeu des variations : de température des fluides extérieurs avec lesquels s'effectuent les échanges.
: Les applications qui ont été décrites dans le brevet N 4 089 186 concernent des cas pour lesquels la chaleur est récupéree sur un large intervalle de température. Pour cette raison, il a été décrit dans le brevet N ~ 089 186 un schéma de fonctionnement préféré consistant à
condenser le mélange circulant dans la pompe à chaleur en deux étages, de manière à fournir la chaleur sur un intervalle de température plus restreint que l'intervalle de température suivant lequel la chaleur est récupérée.
D'autre part, l'eau est la seule source de chaleur citee dans le brevet N 4 089 186. En effet, il est relativement simple.d'adapter : ' ~ 2 - ` ~
.~, . . -~
.
7;~05~
l'utilisation de melanges à une pompe à chaleur fonctionnant avec de l'eau comme fluide exterieur à l'evaporateur et au condenseur. Il est necessaire, dans le cas d'une pompe à c~aleur fonctionnant avec un me-lange de fluides, pour beneficier des avantages qu'apporte l'utilisa-tion d'un mélange sur le plan des performances, de faire fonctionner l'évaporateur et le condenseur suivant un mode d'echange à contre-courant. Lorsque ces echanges sont opérés avec de l'eau, de nombreux echangeurs couramment utilises se pretent à un tel mode d'echange et opèrent dejà dans de telles conditions dans le cas d'un corps pur, par exemple les echangeurs double-tube ainsi que les echangeurs à plaques.
Au contraire, lorsque la source de chaleur est de l'air, l'evapo-rateur fonctionne generalement suivant un mode d'echange de chaleur à
courants croises. Le fluide de travail circule dans des tubes munis d'ailettes qui sont disposes en nappes à travers lesquelles l'air est souffle par un ventilateur, la circulation d'air etant perpendiculaire auxdites nappes.
Compte tenu de l'impossibilite de recuperer de la chaleur sur un debit d'eau dans des conditions telles que l'eau est susceptible de geler, la vaporisation du melange s'effectue selon le brevet N
4 0~9 186 dans un intervalle de temperature compris entre 0 et 100 C.
Dans le cas des pompes à chaleur utilisant de l'air comme source de chaleur, lorsque cet air contient de la vapeux d'eau, le fonctionne-ment de l'evaporateur à basse temperature entraine la condensation et le givrage de l'eau contenue dans l'air. Ce problème represente une ' limitation importante des conditions d'utilisation des pompes à chaleur utilisant de l'air comme source de chaleur lorsqu'aucun dispositif de degivrage n'est prevu. Lorsqu'un dispositif de degivrage est mis en place, il entraine necessairement une d:iminution des performances de la pompe à chaleur.
Dans le cas d'une pompe à chaleur fonctionnant avec un corps pur, la temperature du fluide de travail qui s'evapore est sensiblement uniforme et dès que cette temperature descend de quelques degres au-dessous de 0 C, l'eau contenue dans l'air humide qui est souffle sur l'evaporateur se condense et se met à givrer sur toute la surface des tubes.
Il a ete découvert que contrairement à ce qui apparait dans le brevet N 4 089 186, l'utilisation d'un mélange peut etre avantageuse lorsque la source de chaIeur est de l'air et tout particulièrement dans .. . . ..
~ - 3 -~'7~ 5~
les conditions où du givre est susceptible de se former, c'est-à-dire lorsque le fluide de travail est vaporisé en totalite ou en partie au-dessous de 0C, pendant une fraction au moins de la duree totale de fonctionnement.
La presente invention propose un pxocede de produc-tion de chaleur au moyen d'une pompe à chaleur, caracterise en ce ~u'on fait passer un fluide de travail en circuit ferme successivement dans une zone d'evaporation, dans une zone de compression, dans une zone de condensation et dans une zone de detente, ledit fluide de travail etant constitue par un mélange non-azeotropi~ue d'au moins deux composants distincts, on fait circuler un premier fluide exterieur utilise comme source de chaleur, en contact d'echange thermi~ue avec le fluide de travail en cours de vaporisation et à contre-couxant dudit fluide de travail, dans la zone d'évaporation, on fait circuler un second Eluide extérieur, utilisé comme récepteur de chaleur, en contact d'échange thermique avec le fluide de travail en cours de condensation et à contre-courant dudit fluide de travail, dans la zone de condensation, on maintient le fluide de travail à un premier niveau de pression dans l'ensemble de la zone d'évaporation et a au moins un second niveau de pression dans la zone de condensation, le second de ces niveaux étant plus eleve que le premier, on fait circuler de l'air humide, constituant une partie au moins du premier fluide extérieur, à contre-courant du fluide de travail, dans la zone d'évaporation, on maintient des conditions de tem- :;
pér~ture, dans ladite zone d'évaporation, telles ~ue l'air humide dépose du givre sur une première section de la zone de vaporisation et de l'eau sur une section subséquente de ladite zone de vaporisation et on évacue l'eau ainsi déposee sans mise en contact de celle-ci avec ladite première section de la zone de vaporisation.
;: .
~ _ 4 _ , . . . .
OS~
Relativement aux dessins qui illustrent des réalisations de l'invention, La figure 1 représente un schéma de principe selon l'invention, La figure 2 représente un mode de réalisation de l'évaporateur de la pompe à chaleur selon l'invention, La figure 3 représente un autre schema selon la presente invention, La figure 4 represente un schema selon l'invention - pour la recuperation de chaleur sur air extrait d'un local chauffé, La figure S représente un schema selon l'inventlon pour la récuperation de chaleur sur air exterieur, et La figure 6 represente un schema selon l'invention pour la recupération de chaleur sur air extrait d'un local et air exterieur.
La disposition prevue selon l'invention consiste à
operex suivant le schema de principe represente sur la figure ; 1. Le melange de fluides de travail entre par le conduit 1, circule dans l'enceinte El, à contre-courant du debit d'air (circulant dans le sens a-~a' à l'intérieur de la gaine de circulation G), entralné par le ventilateur V et ressoLt par le conduit 2. L'enceinte d'échange El est formee par des tubes dans lesquels circule le mélange ou par des plaques entre lesquelles circule le mélange et délimitant un volume fermé, ladite enceinte présentant une surface d'échange avec l'air extérieur. Le coefficient de transfert thermique étant beaucoup plus réduit du côté air que du côté du mélange, ladite surface d'échange est de préference pourvue d'~ailettes et/ou d'aiguilles~
~:~ - . .
~ 4a -~7;~11S~
Lorsque l'air humide arrive sur la surface d'echange, il se refroidit progressivement et lors~ue sa temperature devient égale, globalement ou localement a la température de rosée (section A sur le schéma de la figure 1), l'eau commence à se condenser. Cette eau qui se condense est évacuée de l'échangeur au fur et à mesure de sa condensation.
Pour cette raison une disposition preéree.est une disposi-tion dans laquelle.le melange et l'air circulent suivant un axe horizontal, l'eau s'ecoulant par gravite le long des sur-~aces d'echange et étant recueillie dans le bac de retentionR d'où elle est evacuee par le conduit 3. Il est imperatif d'eviter que l'eau condensée puisse s'ecouler vers les zones - les plus froides de l'evaporateur, c'est-à-dire vers l'entree du melange et une disposition verticale, dans laquelle le melange arrive par en bas et dans laquelle l'eau condensee s'écoule sur la surface d'échange jus~u'au bas de celle-ci, doit être exclue. Une disposition verticale dans laquelle le melange arriverait par en haut et l'air par en bas est moins g~nante. Toutefois, une telle disposition verticale est moins favorable que la dLsposition horizontale du fait que l'eau qui s'ecoule.se trouve en contact avec de l'air à une tempera-ture plus elevee et de ce fait l'air se sature en eau, ce qui augmente la quantite de vapeur d'eau entralnee, donc l'intensite.du givrage.
L'eau.qui se condense est recueillie progressivement sect~-o~- =-----~~~~ ~ ~~''~~
~zos~
jusqu'à la section B où la température s'abaisse globalement ou loca-lement au-dessous de 0 C. Au-delà de la section B, le givrage s'opère.
Toutefois la quantité de givre qui se dépose est très inférieure à la quantité de givre qui se deposerait sur un evaporateur convention-nel alimente par un corps pur comme fluide de travail.
Ainsi, par exemple, dans le cas où un debi-t d'air, extrait d'un local, dont l'humidite relative est de 70 %,la temperature de 20 C et qui représente 300 kg/h d'air sec, est envoyé sur un évaporateur d'ou il ressort à 0 C, il va se former 2,3 kg~h environ de givre dans le cas d'un evaporateur conventionnel.
En utilisant un évaporateur selon l'invention, au contraire, il n'y aura pratiquement pas de givre formé ou tout au moins une quantité
très faible.
Le degivrage peut etre assuré par les différentes techniques con-nues, par exemple par chauffage à l'aide de résistances électriques ou par inversion de cycle. La commande du dégivrage peut etre assurêe par exemple par un detecteur de givre ou par un generateur d'irnpulsions regulièrement espacees, le degivrage n'ayant effec-tivement lieu que si la pression d'évaporation est inférieure à une valeur donnée.
Un mode de realisation préfére de l'evaporateur de la pompe à
chaleur selon l'invention consiste à faire circuler le mélange dans des tubes munis d'ailettes ou d'aiguilles, de manière à augmenter la sur-face d'échange du côté air. Un exemple de disposition de ces tubes est représenté sur la figure 2.
Le mélange constituant le fluide de travail arrive par le distri-buteur D qui le repartit entre les conduits 4, 5, 6, 7 et 8. Chacun de ces conduits débouche sur un tube faisant partie d'une batterie de tl~es munis d'ailettes. Le mélange circule ensuite en parallèle dans les tubes montes dans des batteries qui sont assemblées de manière à ce que le mélange suive globalement un trajet à contre-courant du debit d'air dont la direction et l'orientation sont indiquees par la flèche 14 sur la figure 2.
Le melange qui arrive par le conduit 4 circule ainsi dans le tube superieur faisant partie de la première batterie, est évacué de cette première batterie par le conduit 9 qui l'amène dans le tube supérieur de la seconde batterie, d'où il ressort par le conduit 10 qui l'amène dans le tube superieur de la troisième batterie, d'où il ressort par le conduit 11 qui l'amène dans le tube superieur de la quatrième .
~ ~ ~ 5 ~
.
batterie, d'où il ressort par le conduit 12 qui communique avec le conduit general d'evacuation 13 qui permet d'envoyer le melange vapeur à l'aspiration du compresseur. Le melange qui arrive par les autres conduits 5, 6, 7 et 8 suit egalement des trajets globalement à contre courant du debit d'air, situes dans des plans parallèles ainsi que le montre la figure 2.
D'autres arrangements du monta~e des tubes suivant differents modes serie/parallèle peuvent etre envisages allant de l'arrangement (a) represente sur la figure 2 dans lequel tous les tubes situes dans un meme plan et dans lesquels le melange ci~cule globalement à contre courant du debit gazeux sont alimentes en parallèle avec autant de conduits d'arrivee debouchant du distributeur D jusqu'à l'arrangement (b) dans lequel tous les tubes sont montes en serie. Plus generalement, les tubes peuvent se trouver dans m plans qui seront qualifiés de hori-zontaux et n plans qui seront qualifies de verticaux en se referant à
la representation de la figure ~. Toute autre orientation obtenue par un mouvement de rotation quelconque dans l'espace est possible, toute-fois la disposition precedente,qui correspond à une circulation d'air suivant une direction horizontale,est preféree pour les raisons qui ont ete evoquees precedemment.
Lorsque l'eau contenue dans l'air qui est envoye sur l'evaporateur se condense, elle s'ecoule le 1ong des ailettes et elle est recueillie dans un bac de retention.
Il est possible dans chaque plan vertical de monter les tubes en serie par groupes de p tubes, p etant un no~bre entier de 1 à m, ces groupes de p tubes etant alimentes par k conduits d'arrivee, k etant tel que m = p x k. Chacun des groupes de p tubes d'un plan vertical est relie au groupe de p tubes du plan vertical suivant selon une dispo-sition qui fait circuler le melange globalement à contre-courant du de-bit d'air. Ainsi les arrangements (a) et (b) correspondent à des casparticuliers de ce cas general, l'arrangement (a) correspondant à p = 1, k = m et l'arrangement (b) à p = m, k = 1.
Une autre solution consiste à utiliser un tube à ailettes ou ai-guilles enroule en serpentin suivant une section de base de forme geo-metrique quelconque, le debit d'air etant envoye suivant l'axe du ser- -pentin à contre-courant de la direction moyenne de circulation du me-lange de fluides. Le schema de la figure 3 illustre une telle dispo-sition. Sur ce schema le melange arrive par le conduit is, circule à
-1~2~5~
l'intérieur du tube 1~ et est evacué par le conduit 17. Les flèches 18 et 19 indiquent le sens de clrculation de l'air, l'arrivee de l'air e-tant indiquee par la flèche 18 et le depart par la flèche 19. Un -tel serpentin peut etre également forme de plusieurs tubes montes en paral-lèle et bobines suivant le meme axe.
Le serpentin peut etre dispose horizontalement ou verticalement, une disposition horizontale etant préferée pour les raisons indiquees precedemment. L'eau condensee s'ecoule par gravite, est recueillie et evacuee.
Le condenseur de la pompe à chaleur permet de fournir de la cha-leur au Eluide exterieur clc chauffage qui pcut etre de l'eau ou de l'air. Lorsque le f]uide extcricur. est de l'eau, il est possible d'uti-liser par exemple un echangeur à double tube dans lequel la circulation du melange et de l'eau du circuit de chauffage s'opèrent à contre-cou-rant. Lorsque le fluide exterieur est de l'air, il est possible d'uti-liser un echangeur dont la conception generale est celle qui est re-~resentée s~lr le schema de la figure 3.
Trois cas principa~ peuvent etre prevus selon la nature de la source d'air :
1) - Recupération de chaleur sur air extrait d'un l.ocal chaufEe Un exemple de disposition de la pompe à chaleur est rèpresente sur la figure ~. L'air arrive sur l'evaporateur E2 par la gaine G1 et il est evacue par le ventilateur VE1.
Le melange des substances qui constituent le fluide de travail ar-rive, à l'etat liquide, par le conduit 19, circule à contre-courant du courant d'air et repart sous forme vapeur par le conduit 20. ~'eau condensee est recueillie dans le bac de retention R1 et évacuee par le conduit 211.
Le melange vapeur est comprime dans le compresseur ~1 et arrive dans le condenseur E3 par le conduit 21. Dans ce schema, l'air exte-rieur arrive par le conduit G2, circule à contre-courant du melange et est evacue par le ventilateur VE2 vers le local à chauffer.
Le melange condense ressort du condenseur par le conduit 22 et il est detendu dans le detendeur Dl.
En mi-saison, la pompe à chaleur peut ne fonctionner qu'une frac-tion du temps, la puissance de chauffage qu'elle assure e-tant modulee par la durée relative des periodes de marche et d'arrêt. Dans ce cas, le melange peut jouer le role d'un caloporteur permettant de recuperer .
, .,~ . ' ' .
~7~5~
la chaleur contenue dans l'air extrait d'un local chauffé par echange avec l'air extérieur. Cette possibilite est prevue sur le schema de la figure ~. Lorsque le compresseur K1 est arrête, les vannes trois voies VD1, VD2, VD3 et VD4 permettent de faire circuler le melange au moyen du circulateur CIl en evitant le compresseur ~1 et le détendeur D1.
Cette solution est rendue possible par le fait que la temperature du mélange peut suivre la température de l'air avec lequel s'effectue l'e-chancJe, au contraire de ce qui se passe lorsque le fluide de travail est un corps pur.
Le degivrage peut être operé dans ce cas par simple arrêt de la pompe à chaleur et/ou de la circulation du melange. En eEet, dans ce cas, l'air extrait n'est plus refroidi et arrive sur les parties gi-vrees à une temperature voisine de 20 C.
Le fonctionnement d'une telle pompe à chaleur est precisé par les donnees numeriques de l'exemple suivant.
On envoie sur l'evaporateur au moyen du ventila-teur V~1 un dé~it de 250 m3 d'air extrait provenant des locaux à chaufEer. Cet air arrive à 20 C et ressort de l'evaporateur à ~ C. I.e melange utilisc est un melanye dont la composition molaire est la suivante :
Trichloromonofluoromethane (~-11j - 0,05 Monochlorodifluoromethane (R-22) = 0,~
MonochIorotrifluoromethane ~R-13) = 0,11 Le melange arrive dans l'evaporateur E2 à une temperature de -5,8 C et ressort à une temperature de 10,4 C. Le givrage n'apparaît que sur la partie la plus froide de l'evaporateur. Ce dégivrage est opere par arrêt periodique de la circulation du melange et l'eau re-cueillie dans le bac Rl est evacuee par le conduit 211.
Le melange arrive dans le condenseur E3 à une temperature de 56,~
C et ressort à une temperature de 10,5 C. L'air exterieur est souffle sur le condenseur au moyen du ventilateur VE2. Il arrive à une tempe-rature de O C, ressort à une temperature de 18,3 C. La puissance meca-nique, depensee au compresseur pour comprimer le melange, est de 196 W.
L'utilisation de mélanges permet de réaliser une pompe a chaleur dont les perEormances sont satisfaisantes, meme lorsque la temperature de re,ct est basse. Ceci pcrmet d'a-lsmenter la puissancc dc la pompa à
chaleur et de reduire la puissance du chauffage d'appoint. Par contre cela impos~ si l'eau condensee est Fefroidie au-dessous de O C,de ' ~:
_ ~ , , '' -~7~:054 prevoir un mecanisme de degivrage. Le mecanisme de dégivrage prefere consiste, dans ce cas, à arrêter la circulation du melange, soit perio-diquement, soit en fonction des indications transmises par un detec-teur de givre, en faisant fondre le givre par passage de l'air extrait à une temperature proche de sa température de sortie des locaux chauffés, c'est-à-dire environ 20 C.
2) - Recupera-tion de chaleur sur air exterieur Sur la flgure 5 est représente un exemple de disposition de pompe à chaleur fonctionnant avec un melange de fluides et prelevant de la chaleur sur de l'air exterieur~ Dans cet exemple, le chauffage des locaux est assure par un circuit d'eau chaude.
L'air exterieur est envoye sur l'evaporateur E4 au moyen du venti-lateur VE3 en passant dans la gaine G3. Le melange arrive dans l'evapo-rateur par le conduit 23, en ressort par le conduit 24, est comprime par le compresseur ~2, repart par le conduit 25, se condense dans le condenseur E5 et est envoye au detendeur D2 par le conduit 26.
L'eau qui se condense sur l'evaporateur est recueillie dans le bac R2 et evacuee par le conduit 29.
L'eau du circuit de chauffage arrive par la conduite 27, se re-chauffe en echangeant de la chaleur à contre-courant avec le melange qui se condense et repart par le conduit 28. Le degivrage de l'evapo-rateur peut etre opere par les differentes techniques connues, ainsi que cela a dejà ete mentionne : par resistance electrique, inversion de cycle, etc... Dans le cas où le fluide de chauffage est de l'eau, il est egalement possible dloperer periodiquement un degivrage au moyen d'un circuit monte en derivation sur le circuit de chauffage. Le degi-vrage peut etre opere dans ce cas par exemple en faisant circuler un petit debit d'eau, prelevee à la temperature la plus elevee possible dans un tube de faible section accole aux ailettes du ou des tubes dans lequel ou lesquels circule le melange. Ce tube peut être simplement jointif ou fixe par exemple par brasage ou collage. Il est egalement possible d'arroser directement l'evaporateur en assurant ainsi le chauffage de l'evaporateur par contact direct pendant la periode de degivrage. Cette methode peut presenter l'inconvenient de necessiter une reintroduction d'eau dans le circuit de chauffage pour eviter les pertes par evaporation. Pour eviter ce problème, on peut egalemen-t constituer une reserve d'eau condensee recueillie dans le bac R2 et arroser l'evap rateur au moyen d'un circuit de cette eau prealabl~ment _ g _ -~17~054 chauffee par échange avec l'eau du circuit de chauffage.
Pendant la période de degivrage, la température du circuit de chauffage se maintient soit au moyen d'un chauffage par resistance électrique ou combustion d'un combustible tel que, par exemple, un hydrocarbure liquide ou ga~eux, associe au chauffaye par pompe à cha-leur, soit par simple inertie thermique du circuit de chauffage qui !~
comprend de preference dans ce cas une reserve d'eau chaude suffisam-ment importante pour que la temperature de l'eau chaude du circuit de chauffage puisse se maintenir sensiblement constante pendant la duree d'arrêt de la pompe à chaleur.
La disposition de la pompe à chaleur schematisee sur la figure 5 a ete presentee à titre d'exemple et d'autres cas peuvent être evidem-ment envisagés. Il est possible notarnment d'adapter une pompe à chaleur fonctionnant avec un melange de fluides et prélevant de la chaleur sur de l'air extérieur à un chauffage par air chaud, le degivrage pouvant être assure par les differentes techniques connues~
L'air exterieur est envoye sur l'evaporateur E4 au moyen du venti-lateur VE3 en passant dans la gaine G3. Le melange arrive dans l'evapo-rateur par le conduit 23, en ressort par le conduit 24, est comprime par le compresseur ~2, repart par le conduit 25, se condense dans le condenseur E5 et est envoye au detendeur D2 par le conduit 26.
L'eau qui se condense sur l'evaporateur est recueillie dans le bac R2 et evacuee par le conduit 29.
L'eau du circuit de chauffage arrive par la conduite 27, se re-chauffe en echangeant de la chaleur à contre-courant avec le melange qui se condense et repart par le conduit 28. Le degivrage de l'evapo-rateur peut etre opere par les differentes techniques connues, ainsi que cela a dejà ete mentionne : par resistance electrique, inversion de cycle, etc... Dans le cas où le fluide de chauffage est de l'eau, il est egalement possible dloperer periodiquement un degivrage au moyen d'un circuit monte en derivation sur le circuit de chauffage. Le degi-vrage peut etre opere dans ce cas par exemple en faisant circuler un petit debit d'eau, prelevee à la temperature la plus elevee possible dans un tube de faible section accole aux ailettes du ou des tubes dans lequel ou lesquels circule le melange. Ce tube peut être simplement jointif ou fixe par exemple par brasage ou collage. Il est egalement possible d'arroser directement l'evaporateur en assurant ainsi le chauffage de l'evaporateur par contact direct pendant la periode de degivrage. Cette methode peut presenter l'inconvenient de necessiter une reintroduction d'eau dans le circuit de chauffage pour eviter les pertes par evaporation. Pour eviter ce problème, on peut egalemen-t constituer une reserve d'eau condensee recueillie dans le bac R2 et arroser l'evap rateur au moyen d'un circuit de cette eau prealabl~ment _ g _ -~17~054 chauffee par échange avec l'eau du circuit de chauffage.
Pendant la période de degivrage, la température du circuit de chauffage se maintient soit au moyen d'un chauffage par resistance électrique ou combustion d'un combustible tel que, par exemple, un hydrocarbure liquide ou ga~eux, associe au chauffaye par pompe à cha-leur, soit par simple inertie thermique du circuit de chauffage qui !~
comprend de preference dans ce cas une reserve d'eau chaude suffisam-ment importante pour que la temperature de l'eau chaude du circuit de chauffage puisse se maintenir sensiblement constante pendant la duree d'arrêt de la pompe à chaleur.
La disposition de la pompe à chaleur schematisee sur la figure 5 a ete presentee à titre d'exemple et d'autres cas peuvent être evidem-ment envisagés. Il est possible notarnment d'adapter une pompe à chaleur fonctionnant avec un melange de fluides et prélevant de la chaleur sur de l'air extérieur à un chauffage par air chaud, le degivrage pouvant être assure par les differentes techniques connues~
3) - Récuperation de chaleur sur air extrait d'un local et air exterieur La recuperation de chaleur à l'evaporateur peut être egalement operee sur un melange d'air extrait et d'air exterieur. Dans ce cas, le melange d'air extrait et d'air exterieur peut être opere avant le pas-sage sur l'evaporateur. Une autre disposition particulièrement avanta-geuse consiste à operer selon le schema represente sur la figure 6.
Le melange arrive par le conduit 29 dans une première partie, E6, ~ -de l'evaporateur sur laquelle arrive un melange d'air extrait et d'air exterieur puis passe dans une deuxième partie, E7, de l'evaporateur, qui fonctionne à temperature plus elevee et dans laquelle il echange de la chaleur avec l'air extrait seulement. L'air extrait est admis en ouvrant les volets V01, circule dans la gaine G4 à contre-courant du melange qui se vaporise, est melange avec l'air exterieur, qui arrive par la gaine G6 et qui e$t admis en ouvrant les volets V02 et le me-lange d'air exterieur et d'air extrait est refroidi en circulant à
contre-courant du melange qui se vaporise dans l'évaporateur E6.
Le melange vapeur ressort de l'evaporateur E7 par le conduit 30 et il est melange avec la vapeur arrivant par le conduit 31. Le melange vapeur ainsi forme est comprime dans le compresseur K3 et envoye par le conduit 33 au condenseur E8 sur lequel arrive un melange d'air exte-rieur et d'air interieur. Il se condense progressivement et le melange liquide-vapeur ohtenu ressort par le conduit 34 et est envoye au .
~ ' .
-~205~
condenseur E9 d'où il ressort par le conduit 35.
L'air exterieur est admis en ouvrant les volets V03, circule dans la gaine G5 à contre-courant du melange qui se condense, est melange avec l'air interieur qui arrive par la gaine G7 et qui est admis en ou-vrant les volets V04 et le melange d'air exterieur et d'air interieur est rechauffe en circulant à contre-courant du melange qui se condense dans le condenseur E8.
Le melange liquide ressort du condenseur E9 par le conduit 35 et passe dans l'echangeur E10 dans lequel il est prerefroidi. Il en res-sort par le conduit 36. Une première fraction est alors detendue dansle detendeur D3 et vaporisee dans l'echangeur E10, afin d'effectuer le prerefroidissement du melange qui est assure dans l'echangeur E10. La fraction vaporisee ressort de l'echangeur Elo par le conduit 31 et est melangee avec la vapeur provenant de l'evaporateur E7 et arrivant par le conduit 30. La fraction du melange liquide non detendue dans le de-tendeur D3 est detenduedans le de-tendeur D4 et le melange detendu est envoye par le conduit 29 à l'evaporateur E6.
Le fonctionnement d'une telle pompe à chaleur est precise par les donnees numeriques de l'exemple suivant.
On envoie sur l'evaporateur E7 Ull debit de 250 m /h d'air extrait `
provenant des locaux à chauffer. Cet air arrive à 20 C et ressort de l'evaporateur E7 à 10,2 C. Il est alors melange avec un debit de 500 m /h d'air exterieur qui arrive à 15 C e-t le melange d'air ainsi ob-tenu est envoye sur l'evaporateur E6 d'où il ressort à 4 C.
Le melange utilise est un melange dont la composition molaire est la suivante :
Trichloromonofluoromethane : 0,07 Monochlorodifluoromethane : 0,82 Monochlorotrifluoromethane : 0,11 Ce melange arrive dans l'evaporateur E6 à une temperature de -8,1 C et ressort de l'evaporateur E6 à une temperature de 3 C. La vapori-sation continue dans l'evaporateur E7 d'où le melange ressort à une t.emperature de 12,5 C.
L'eau condensee est recueillie au fur et à mesure de sa formation et seule une partie de l'evaporateur E6 subit le givrage.
Le degivrage est opere en arrêtant periodiquement la pompe à cha-leur et en fermant les volets V02 d'admission de l'air exterieur, ce z~s~
qui permet de faire fondre le givre par passage de llair extrait à une tempera-ture proche de la temperature de sortie des locaux chauffes, c'est-à-dire 20 C.
Le melange est comprime jusqu'à une pression de 13 atm et se con-dense progressivement dans les condenseurs E8 et E9. On envoie sur le condenseur E9 un debit de 250 m3/h d'air exterieur. Cet air exterieur arrive à 15 C et ressort du condenseur E9 à une température de 27,3 C.
Il est alors melange avec un debit de 500 m3/h d'air interieur pro-venant des locaux à chauffer, qui arrive à 20 C, et le melange ainsi lo obtenu est envoye sur le condenseur E8 d'Gù il ressort à 34,2 C.
Le melange condense ressort du condenseur E9 à une temperature de 26,7 C. Il est sous-refroidi dans l'echangeur E10 jusqu'à me tempe-rature de 1,9 C. Une fraction représentant 15 % du debit total est de-tendue dans le detendeur D3 et vaporisee dans l'echangeur E10 de manière à assurer le sous-refroidissement. La fraction restante est detendue dans le detendeur D4 et envoyee par le conduit 29 à l'evaporateur E6.
Les donnees numeriques indiquees dans cet exemple sont simplement illustratives et des conditions de fonctionnement différentes peuvent être realisees.
Les proportions d'air extrait et d'air exterieur ainsi que les proportions d'air exterieur et d'air interieur peuvent largement varier et l'on peut rencontrer tous les cas particuliers, notamment les cas d'un évaporateur ne fonctionnant que sur air exterieur ou que sur air extrait ou encore le cas d'un condenseur ne fonctionnant que sur air exterieur ou que sur air interieur. L'air "interieur" ne diffère pas materiellement de l'air "extrait" ; la difference de designation con-cerne seulement la destination finale de cet air, selon qu'il est re-jete à l'exterieur (air extrait) ou renvoye après rechauffage dans : les locaux à chauffer (air interieur).
De meme le condenseur peut servir à chauffer de l'eau comme fluide de chauffage au lieu d'air. Ce dernier cas peut être particulièrement interessant lorsque la pompe à chaleur fonctionne en association avec une chaudière utilisant un combusti~le liquide, solide ou gazeux, cette situation pouvant se rencontrer notamment lorsque la pompe à chaleur est adaptee au chauffage d'une habitation possedant dejà une installation de chauffage à eau chaude classique.
Trois types de sources ont ete examinees : air extrait, air exte-rieur et comblna1son air extrait + air exterieur.
.
,J~
117;~54 L'utilisation d'un melange est particulièrement avantageuse lors-que la che-~leur est récupérée sur de l'air extrait ou une com~7inaison air extrait ~ air extérieur. En effet, c'est dans un tel cas que l'évo-lution de température de l'air qui joue le rôle de source de chaleur est la plus importante. Dans ce cas, le mode de dégivrage preféré con-siste à arreter la circulation du mélanc~e, d'autres modes de dégivrage etant possibles par exemple par résistance électrique ou inversion de cycle.
D'une manière cJénérale, la pompe à chaleur utilisant un mélancje de fluides peut etre intégree à divers systèmes de chauf~age comportan~
en association avec la pompe à chaleur,des modes de chau~fa~e très va-ric.~s, pelr excmplc! par resistallcc eilcctriquc ou c~laudiurc fonctionrlallt avec un co~bustible liquide, solide ou gazeux, ou encore capteur so-laire, etc Les mélanges utilises peuvent etre des mélanges de deux, trois (ou davantage) constituants (composés chimiques distincts). Les consti-tuants du mélange peuvent etre par e~emple des hydrocarbures halogénés ~u type "Fréon " à un ou deux atomes de carbone, tels clue le trichloro-monofluorométhane (~-11), le dichlorodifluorométhane (R-l~), le mono-20 chlorotrifluoromethane (R-13), le monochlorodifluorom6thane (R-22), le trichloro~l,l,2 trifluoro-1,2,2 ethane (R-113), le dichloro-1,2 tetra-fluoro-1,1,2,2 ethane ~R-llq), des hydrocarbures tels que le propane ou le butalie ou encore d'autres fluides organiques tels que alcools ou esters. L'emploi d'azeotrope utilise seul est exclu puisqu'il ne per-mettrait pas un changement d'etat sur un intervalle de température Les conditions de fonctionnement sont choisies en général de ma-nière à ce que la pression du mélange dans l'evaporateur soit supé-rieure à la pression atmosphérique et que la pression du mélange dans le condenseur n'atteigne pas des valeurs excessives, par exemple supé-rieures à 30 bar. Une p~ession unique dans l'ensemble de la zone d'évapo-ration est recommandée.
A titre d'illustration de conclitions preférees de fonctionnement, l'air peut etre introduit dans la zone d'évaporation à une temp6rature comprise entre -10 et 30 C et etre évacue de cette zone à une tempe-rature d'au moins 5 C plus basse et sit-lée entre ~ o et -20C. De mame le fluide ~par axe~ la air o~l c~au) èi rechau~Eer pClUt ctrc acimis dans la ~,one de condansatioll d UIIC ~cml7($ra~urc ~itu(Sc cntrc -lO l ~0 C
et en être évacue à une temperature d'au moins 5 C plus élevée et si-tuee entre 10 et 60 C.
, * Marque de Commerce .
, . ,~" . . .
15l~72~)54 Il est avantageux, pour met-tre en oeuvre le procédé selon l'invention, de réaliser l'échange de chaleur à l'évaporateur, selon un mode d'échange combinant la circulation à courants croiséset à contre courant. Ainsi il est possible de tirer parti de l'utilisation d'un mélange non azéotropique en améliorant le coefficient de performance, -tout en limitant la perte de charge sur l'air et en réduisant l'encombrement~ Ceci peut etre réalisé par exemple en montant en série des batteries qui sont individuellement placées perpendiculairement à la circulation d'air et qui sont globalement parcourues par le mélange à contre courant du débit d'air ou encore en faisant passer le mélange dans une série de spires à contre courant de la circulation d'air, chacune des spires étant placée dans un plan sensiblement perpendiculaire à la circulation d'air. Il importe dans ce cas d'éviter tout transfert de chaleur par conduct on entre lesditesspires ou batteries.
:
;
:: ..
Le melange arrive par le conduit 29 dans une première partie, E6, ~ -de l'evaporateur sur laquelle arrive un melange d'air extrait et d'air exterieur puis passe dans une deuxième partie, E7, de l'evaporateur, qui fonctionne à temperature plus elevee et dans laquelle il echange de la chaleur avec l'air extrait seulement. L'air extrait est admis en ouvrant les volets V01, circule dans la gaine G4 à contre-courant du melange qui se vaporise, est melange avec l'air exterieur, qui arrive par la gaine G6 et qui e$t admis en ouvrant les volets V02 et le me-lange d'air exterieur et d'air extrait est refroidi en circulant à
contre-courant du melange qui se vaporise dans l'évaporateur E6.
Le melange vapeur ressort de l'evaporateur E7 par le conduit 30 et il est melange avec la vapeur arrivant par le conduit 31. Le melange vapeur ainsi forme est comprime dans le compresseur K3 et envoye par le conduit 33 au condenseur E8 sur lequel arrive un melange d'air exte-rieur et d'air interieur. Il se condense progressivement et le melange liquide-vapeur ohtenu ressort par le conduit 34 et est envoye au .
~ ' .
-~205~
condenseur E9 d'où il ressort par le conduit 35.
L'air exterieur est admis en ouvrant les volets V03, circule dans la gaine G5 à contre-courant du melange qui se condense, est melange avec l'air interieur qui arrive par la gaine G7 et qui est admis en ou-vrant les volets V04 et le melange d'air exterieur et d'air interieur est rechauffe en circulant à contre-courant du melange qui se condense dans le condenseur E8.
Le melange liquide ressort du condenseur E9 par le conduit 35 et passe dans l'echangeur E10 dans lequel il est prerefroidi. Il en res-sort par le conduit 36. Une première fraction est alors detendue dansle detendeur D3 et vaporisee dans l'echangeur E10, afin d'effectuer le prerefroidissement du melange qui est assure dans l'echangeur E10. La fraction vaporisee ressort de l'echangeur Elo par le conduit 31 et est melangee avec la vapeur provenant de l'evaporateur E7 et arrivant par le conduit 30. La fraction du melange liquide non detendue dans le de-tendeur D3 est detenduedans le de-tendeur D4 et le melange detendu est envoye par le conduit 29 à l'evaporateur E6.
Le fonctionnement d'une telle pompe à chaleur est precise par les donnees numeriques de l'exemple suivant.
On envoie sur l'evaporateur E7 Ull debit de 250 m /h d'air extrait `
provenant des locaux à chauffer. Cet air arrive à 20 C et ressort de l'evaporateur E7 à 10,2 C. Il est alors melange avec un debit de 500 m /h d'air exterieur qui arrive à 15 C e-t le melange d'air ainsi ob-tenu est envoye sur l'evaporateur E6 d'où il ressort à 4 C.
Le melange utilise est un melange dont la composition molaire est la suivante :
Trichloromonofluoromethane : 0,07 Monochlorodifluoromethane : 0,82 Monochlorotrifluoromethane : 0,11 Ce melange arrive dans l'evaporateur E6 à une temperature de -8,1 C et ressort de l'evaporateur E6 à une temperature de 3 C. La vapori-sation continue dans l'evaporateur E7 d'où le melange ressort à une t.emperature de 12,5 C.
L'eau condensee est recueillie au fur et à mesure de sa formation et seule une partie de l'evaporateur E6 subit le givrage.
Le degivrage est opere en arrêtant periodiquement la pompe à cha-leur et en fermant les volets V02 d'admission de l'air exterieur, ce z~s~
qui permet de faire fondre le givre par passage de llair extrait à une tempera-ture proche de la temperature de sortie des locaux chauffes, c'est-à-dire 20 C.
Le melange est comprime jusqu'à une pression de 13 atm et se con-dense progressivement dans les condenseurs E8 et E9. On envoie sur le condenseur E9 un debit de 250 m3/h d'air exterieur. Cet air exterieur arrive à 15 C et ressort du condenseur E9 à une température de 27,3 C.
Il est alors melange avec un debit de 500 m3/h d'air interieur pro-venant des locaux à chauffer, qui arrive à 20 C, et le melange ainsi lo obtenu est envoye sur le condenseur E8 d'Gù il ressort à 34,2 C.
Le melange condense ressort du condenseur E9 à une temperature de 26,7 C. Il est sous-refroidi dans l'echangeur E10 jusqu'à me tempe-rature de 1,9 C. Une fraction représentant 15 % du debit total est de-tendue dans le detendeur D3 et vaporisee dans l'echangeur E10 de manière à assurer le sous-refroidissement. La fraction restante est detendue dans le detendeur D4 et envoyee par le conduit 29 à l'evaporateur E6.
Les donnees numeriques indiquees dans cet exemple sont simplement illustratives et des conditions de fonctionnement différentes peuvent être realisees.
Les proportions d'air extrait et d'air exterieur ainsi que les proportions d'air exterieur et d'air interieur peuvent largement varier et l'on peut rencontrer tous les cas particuliers, notamment les cas d'un évaporateur ne fonctionnant que sur air exterieur ou que sur air extrait ou encore le cas d'un condenseur ne fonctionnant que sur air exterieur ou que sur air interieur. L'air "interieur" ne diffère pas materiellement de l'air "extrait" ; la difference de designation con-cerne seulement la destination finale de cet air, selon qu'il est re-jete à l'exterieur (air extrait) ou renvoye après rechauffage dans : les locaux à chauffer (air interieur).
De meme le condenseur peut servir à chauffer de l'eau comme fluide de chauffage au lieu d'air. Ce dernier cas peut être particulièrement interessant lorsque la pompe à chaleur fonctionne en association avec une chaudière utilisant un combusti~le liquide, solide ou gazeux, cette situation pouvant se rencontrer notamment lorsque la pompe à chaleur est adaptee au chauffage d'une habitation possedant dejà une installation de chauffage à eau chaude classique.
Trois types de sources ont ete examinees : air extrait, air exte-rieur et comblna1son air extrait + air exterieur.
.
,J~
117;~54 L'utilisation d'un melange est particulièrement avantageuse lors-que la che-~leur est récupérée sur de l'air extrait ou une com~7inaison air extrait ~ air extérieur. En effet, c'est dans un tel cas que l'évo-lution de température de l'air qui joue le rôle de source de chaleur est la plus importante. Dans ce cas, le mode de dégivrage preféré con-siste à arreter la circulation du mélanc~e, d'autres modes de dégivrage etant possibles par exemple par résistance électrique ou inversion de cycle.
D'une manière cJénérale, la pompe à chaleur utilisant un mélancje de fluides peut etre intégree à divers systèmes de chauf~age comportan~
en association avec la pompe à chaleur,des modes de chau~fa~e très va-ric.~s, pelr excmplc! par resistallcc eilcctriquc ou c~laudiurc fonctionrlallt avec un co~bustible liquide, solide ou gazeux, ou encore capteur so-laire, etc Les mélanges utilises peuvent etre des mélanges de deux, trois (ou davantage) constituants (composés chimiques distincts). Les consti-tuants du mélange peuvent etre par e~emple des hydrocarbures halogénés ~u type "Fréon " à un ou deux atomes de carbone, tels clue le trichloro-monofluorométhane (~-11), le dichlorodifluorométhane (R-l~), le mono-20 chlorotrifluoromethane (R-13), le monochlorodifluorom6thane (R-22), le trichloro~l,l,2 trifluoro-1,2,2 ethane (R-113), le dichloro-1,2 tetra-fluoro-1,1,2,2 ethane ~R-llq), des hydrocarbures tels que le propane ou le butalie ou encore d'autres fluides organiques tels que alcools ou esters. L'emploi d'azeotrope utilise seul est exclu puisqu'il ne per-mettrait pas un changement d'etat sur un intervalle de température Les conditions de fonctionnement sont choisies en général de ma-nière à ce que la pression du mélange dans l'evaporateur soit supé-rieure à la pression atmosphérique et que la pression du mélange dans le condenseur n'atteigne pas des valeurs excessives, par exemple supé-rieures à 30 bar. Une p~ession unique dans l'ensemble de la zone d'évapo-ration est recommandée.
A titre d'illustration de conclitions preférees de fonctionnement, l'air peut etre introduit dans la zone d'évaporation à une temp6rature comprise entre -10 et 30 C et etre évacue de cette zone à une tempe-rature d'au moins 5 C plus basse et sit-lée entre ~ o et -20C. De mame le fluide ~par axe~ la air o~l c~au) èi rechau~Eer pClUt ctrc acimis dans la ~,one de condansatioll d UIIC ~cml7($ra~urc ~itu(Sc cntrc -lO l ~0 C
et en être évacue à une temperature d'au moins 5 C plus élevée et si-tuee entre 10 et 60 C.
, * Marque de Commerce .
, . ,~" . . .
15l~72~)54 Il est avantageux, pour met-tre en oeuvre le procédé selon l'invention, de réaliser l'échange de chaleur à l'évaporateur, selon un mode d'échange combinant la circulation à courants croiséset à contre courant. Ainsi il est possible de tirer parti de l'utilisation d'un mélange non azéotropique en améliorant le coefficient de performance, -tout en limitant la perte de charge sur l'air et en réduisant l'encombrement~ Ceci peut etre réalisé par exemple en montant en série des batteries qui sont individuellement placées perpendiculairement à la circulation d'air et qui sont globalement parcourues par le mélange à contre courant du débit d'air ou encore en faisant passer le mélange dans une série de spires à contre courant de la circulation d'air, chacune des spires étant placée dans un plan sensiblement perpendiculaire à la circulation d'air. Il importe dans ce cas d'éviter tout transfert de chaleur par conduct on entre lesditesspires ou batteries.
:
;
:: ..
Claims (24)
1. Procédé de production de chaleur au moyen d'une pompe à chaleur, caractérisé en ce qu'on fait passer un fluide de travail en circuit fermé successivement dans une zone d'éva-poration, dans une zone de compression, dans une zone de con-densation et dans une zone de détente, ledit fluide de travail étant constitué par un mélange non-azéotropique d'au moins deux composants distincts, on fait circuler un premier fluide extérieur utilisé comme source de chaleur, en contact d'échange thermique avec le fluide de travail en cours de vaporisation et à contre-courant dudit fluide de travail, dans la zone d'évaporation, on fait circuler un second fluide extérieur, utilisé comme récepteur de chaleur, en contact d'échange thermique avec le fluide de travail en cours de condensation et à contre-courant dudit fluide de travail, dans la zone de condensation, on main-tient le fluide de travail à un premier niveau de pression dans l'ensemble de la zone d'évaporation et à au moins un second niveau de pression dans la zone de condensation, le second de ces niveaux étant plus élevé que le premier, on fait circuler de l'air humide, constituant une partie au moins du premier fluide extérieur, à contre-courant du fluide de travail, dans la zone d'évaporation, on maintient des conditions de tempéra-ture, dans ladite zone d'évaporation, telles que l'air humide dépose du givre sur une première section de la zone de vaporisa-tion et de l'eau sur une section subséquente de ladite zone de vaporisation et on évacue l'eau ainsi déposée sans mise en con-tact de celle-ci avec ladite première section de la zone de vaporisation.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la zone d'évaporation est parcourue par le mélange de fluides dans un sens globalement horizontal, et dans lequel on évacue l'eau en la laissant s'écouler verticalement par gravité, au fur et à mesure de sa formation.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on arrête périodiquement la pompe à chaleur et on dégivre la zone givrée.
4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel on arrête périodiquement la pompe à chaleur et on dégivre la zone givrée.
5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on arrête périodiquement la pompe à chaleur et on dégivre la zone givrée par passage d'air extrait provenant des locaux à chauffer.
6. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on arrête périodiquement la pompe à chaleur et on dégivre la zone givrée par passage du fluide receveur de chaleur.
7. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'eau de condensation évacuée est réchauffée et périodiquement utilisée comme agent de dégivrage.
8. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on arrête périodiquement la pompe à chaleur et on dégivre la zone givrée par passage d'air extrait provenant des locaux à chauffer.
9. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on arrête périodiquement la pompe à chaleur et on dégivre la zone givrée par passage du fluide receveur de chaleur.
10. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'eau de condensation évacuée est réchauffée et périodiquement utilisée comme agent de dégivrage.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel, dans la zone d'évaporation, le mélange de fluides est mis en contact d'échange de chaleur à contre-courant d'abord avec un premier fluide (A) puis avec un second fluide (B), le fluide (B) étant de l'air extrait d'un local relativement chaud et le fluide (A) étant un mélange d'air extérieur et de fluide (B) après que celui-ci ait subi l'échange de chaleur précité.
12. Procédé selon la revendication 4, dans lequel, dans la zone d'évaporation, le mélange de fluides est mis en contact d'échange de chaleur à contre-courant d'abord avec un premier fluide (A) puis avec un second fluide (B), le fluide (B) étant de l'air extrait d'un local relativement chaud et le fluide (A) étant un mélange d'air extérieur et de fluide (B) après que celui-ci ait subi l'échange de chaleur précité.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel, dans la zone de condensation, le mélange de fluides est mis en contact d'échange de chaleur à contre-courant d'abord avec un premier fluide (A'), puis avec un second fluide (B') étant de l'air extérieur relativement froid et le fluide (A') étant un mélange d'air provenant d'un local relativement chaud et de fluide (B') après que celui-ci ait subi l'échange de chaleur précité.
14. Procédé selon la revendication 12, dans lequel, dans la zone de condensation, le mélange de fluides est mis en contact d'échange de chaleur à contre-courant d'abord avec un premier fluide (A'), puis avec un second fluide (B'), le fluide (B') étant de l'air extérieur relativement froid et le fluide (A') étant un mélange d'air provenant d'un local relativement chaud et de fluide (B') après que celui-ci ait subi l'échange de chaleur précité.
15. Procédé selon l'une des revendication 1 à 3, dans lequel l'air est introduit dans la zone d'évaporation à une température comprise entre -10 et 30 °C et il est évacué
de cette zone à une température d'au moins 5 °C plus basse et située entre +10 et -20 °C.
de cette zone à une température d'au moins 5 °C plus basse et située entre +10 et -20 °C.
16. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l'air est introduit dans la zone d'évaporation à une température comprise entre -10 et 30 °C et il est évacué de cette zone à une température d'au moins 5 °C plus basse et située entre +10 et -20 °C
17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le mélange de fluides, après passage dans la zone de condensation, est soumis à un pré-refroidissement par échange de chaleur avec une partie du mélange de fluides issu de la zone de détente, cette partie étant ensuite envoyée directement à la zone de compression sans passer par la zone d'évaporation.
18. Procédé selon l'une des revendications 12, 14 et 16, dans lequel le mélange de fluides, après passage dans la zone de condensation, est soumis à un pré-refroidissement par échange de chaleur avec une partie du mélange de fluides issu de la zone de détente, cette partie étant ensuite envoyée directement à la zone de compression sans passer par la zone d'évaporation.
19. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la zone d'évaporation est une combinaison de courants croisés et de contre-courant entre l'air et le fluide:
de travail.
de travail.
20. Procédé selon l'une des revendications 12, 14 et 16, dans lequel la zone d'évaporation est une combinaison de courants croisés et de contre-courant entre l'air et le fluide de travail.
21. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la zone d'évaporation est constituée par plusieurs batteries distinctes et non-jointives de tubes, les tubes d'une batterie étant disposés selon des plans paral-lèles entre eux et perpendiculaires à la direction de l'air qui constitue la source de chaleur, lesdites batteries étant parcourues en série par le mélange de fluides de telle manière que la circulation globale dudit mélange de fluides s'effectue à contre-courant de celle de l'air.
22. Procédé selon l'une des revendications 12, 14 et 16, caractérisé en ce que la zone d'évaporation est constituée par plusieurs batteries distinctes et non-jointives de tubes, les tubes d'une batterie étant disposés selon des plans paral-lèles entre eux et perpendiculaires à la direction de l'air qui constitue la source de chaleur, lesdites batteries étant parcourues en série par le mélange de fluides de telle manière que la circulation globale dudit mélange de fluides s'effectue à contre-courant de celle de l'air.
23. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'évaporateur est constitué par au moins un tube muni d'ailettes enroulé selon un serpentin placé suivant un axe horizontal et en ce que le mélange circule à contre-courant de l'air qui constitue la source de chaleur, le mélange étant introduit à l'extrémité à laquelle l'air est évacué et évacué
à l'extrémité à laquelle l'air est introduit.
à l'extrémité à laquelle l'air est introduit.
24. Procédé selon l'une des revendications 12, 14 et 16, caractérisé en ce que l'évaporateur est constitué par au moins un tube muni d'ailettes enroulé selon un serpentin placé suivant un axe horizontal et en ce que le mélange circule à contre-courant de l'air qui constitue la source de chaleur, le mélange étant introduit à l'extrémité à laquelle l'air est évacué et évacué
à l'extrémité à laquelle l'air est introduit.
à l'extrémité à laquelle l'air est introduit.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR80/01.575 | 1980-01-24 | ||
| FR8001575A FR2474666A1 (fr) | 1980-01-24 | 1980-01-24 | Procede de production de chaleur au moyen d'une pompe a chaleur utilisant un melange de fluides comme agent de travail et l'air comme source de chaleur |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1172054A true CA1172054A (fr) | 1984-08-07 |
Family
ID=9237852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA000369210A Expired CA1172054A (fr) | 1980-01-24 | 1981-01-23 | Procede de production de chaleur au moyen d'une pompe a chaleur utilisant un melange de fluides comme agent de travail et l'air comme source de chaleur |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4350020A (fr) |
| JP (1) | JPS56110848A (fr) |
| BE (1) | BE887124A (fr) |
| CA (1) | CA1172054A (fr) |
| DE (1) | DE3101776A1 (fr) |
| FR (1) | FR2474666A1 (fr) |
| GB (1) | GB2069117B (fr) |
| SE (1) | SE445255B (fr) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2549946B1 (fr) * | 1983-07-29 | 1988-08-05 | Thermetic Ste Nle | Echangeur thermique a ailettes prevu en particulier pour deshumidificateur d'air |
| FR2561363B1 (fr) * | 1984-03-14 | 1987-03-20 | Inst Francais Du Petrole | Procede de mise en oeuvre d'une pompe a chaleur et/ou d'une machine frigorifique a compression comportant un degivrage periodique par inversion de cycle |
| US4598556A (en) * | 1984-09-17 | 1986-07-08 | Sundstrand Corporation | High efficiency refrigeration or cooling system |
| FR2607142B1 (fr) * | 1986-11-21 | 1989-04-28 | Inst Francais Du Petrole | Melange de fluides de travail utilisables dans les cycles thermodynamiques a compression comprenant du trifluoromethane et du chlorodifluoroethane |
| FR2618536B1 (fr) * | 1987-07-22 | 1990-08-24 | Sofath | Dispositif pour ameliorer le fonctionnement des pompes a chaleur |
| US4950316A (en) * | 1989-07-28 | 1990-08-21 | Charles Harris | Dehumidification system |
| US5076064A (en) * | 1990-10-31 | 1991-12-31 | York International Corporation | Method and refrigerants for replacing existing refrigerants in centrifugal compressors |
| FR2687464A1 (fr) * | 1992-02-19 | 1993-08-20 | Bernier Jacques | Caloducs a melange zeotropique de fluides. |
| CN1114040A (zh) * | 1994-06-14 | 1995-12-27 | 宏贯股份有限公司 | 空气能热量循环交换机 |
| US6490874B2 (en) * | 2000-12-21 | 2002-12-10 | International Business Machines Corporation | Recuperative environmental conditioning unit |
| WO2004111557A1 (fr) * | 2003-06-12 | 2004-12-23 | Rane Milind V | Systeme a compression de vapeur multifonctionnel |
| DE102004001875B4 (de) * | 2004-01-14 | 2023-03-30 | Thomas Hake | Modulares Dachsystem |
| EP2087301B1 (fr) * | 2006-11-07 | 2018-11-14 | Tiax LLC | système et méthode de déshumidification |
| US20110259551A1 (en) * | 2010-04-23 | 2011-10-27 | Kazushige Kasai | Flow distributor and environmental control system provided the same |
| MD4208C1 (ro) * | 2011-10-12 | 2013-09-30 | Институт Энергетики Академии Наук Молдовы | Pompă de căldură cu tub de vârtejuri |
| EP2587197B1 (fr) * | 2011-10-28 | 2016-11-16 | Urenco Limited | Dégivrage |
| KR101766045B1 (ko) | 2015-10-08 | 2017-08-08 | 현대자동차주식회사 | 차량용 공조시스템 |
| KR101755926B1 (ko) * | 2015-12-09 | 2017-07-10 | 현대자동차주식회사 | 차량용 공조시스템 |
| WO2017214111A1 (fr) * | 2016-06-06 | 2017-12-14 | Labstrong Corp. | Dispositif pour la purification d'eau à l'aide d'une pompe à chaleur |
| KR20210013425A (ko) * | 2019-07-24 | 2021-02-04 | 현대자동차주식회사 | 차량용 공조시스템 |
| JP6918257B1 (ja) * | 2021-01-28 | 2021-08-11 | 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 | 空気調和機及び熱交換器 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2100867A (en) * | 1936-07-31 | 1937-11-30 | Gen Electric | Air conditioning system |
| US2148238A (en) * | 1936-10-24 | 1939-02-21 | Hermann J Krackowizer | Air circulator |
| US2293482A (en) * | 1941-06-26 | 1942-08-18 | Gen Electric | Heat pump |
| US2492725A (en) * | 1945-04-09 | 1949-12-27 | Carrier Corp | Mixed refrigerant system |
| US2759708A (en) * | 1953-11-02 | 1956-08-21 | Drying Systems Inc | Air to air heat pump apparatus |
| US2770107A (en) * | 1954-02-15 | 1956-11-13 | Drying Systems Inc | Air to air heat pump apparatus |
| US3214929A (en) * | 1962-10-29 | 1965-11-02 | Robert V Anderson | Refrigeration unit having superheated gas feedback |
| US3477240A (en) * | 1968-03-25 | 1969-11-11 | Refrigeration System Ab | Refrigerating method and system for maintaining substantially constant temperature |
| FR2088027A1 (en) * | 1970-05-08 | 1972-01-07 | Frigoscandia Contracting Ab | Defrosting refrigerant evaporator - employing a liquid agent to reduce freezing point |
| CH564129A5 (fr) * | 1972-05-19 | 1975-07-15 | Linde Ag | |
| FR2274873A2 (fr) * | 1974-06-12 | 1976-01-09 | Lafumas Pierre | Installation de climatisation |
| DE2509038C3 (de) * | 1975-03-01 | 1979-05-03 | Planungsbuero Obermeyer, Gesellschaft Fuer Planungen Im Bauwesen Mbh, 8000 Muenchen | Gerät zum Klimatisieren von Raumluft |
| DE2612997A1 (de) * | 1975-03-27 | 1976-10-07 | Electricite & Isolation Elise | Verfahren zum aufheizen oder abkuehlen eines raumes unter anwendung eines thermodynamischen kreisprozesses und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
| DE2518730A1 (de) * | 1975-04-26 | 1976-11-04 | Juergens Walter | Verdampfer fuer kuehlaggregate |
| FR2328163A1 (fr) * | 1975-10-16 | 1977-05-13 | Chauffe Cie Gle | Perfectionnements aux dispositifs de chauffage des locaux par l'utilisation de pompes a chaleur |
| DE2557314A1 (de) * | 1975-12-19 | 1977-06-30 | Licentia Gmbh | Verfahren und anordnung zum abtauen eines verdampfers |
| FR2337855A1 (fr) * | 1976-01-07 | 1977-08-05 | Inst Francais Du Petrole | Procede de production de chaleur utilisant une pompe de chaleur fonctionnant avec un melange de fluides |
| DE2639339A1 (de) * | 1976-09-01 | 1978-03-09 | Motorheizung Gmbh | Vor vereisung gesicherte verdampferanordnung fuer waermepumpen zur aufnahme von waerme aus der umgebungsluft |
| FR2394767A1 (fr) * | 1977-06-17 | 1979-01-12 | Air Liquide | Perfectionnements a la pompe a chaleur |
-
1980
- 1980-01-24 FR FR8001575A patent/FR2474666A1/fr active Granted
-
1981
- 1981-01-19 BE BE1/10102A patent/BE887124A/fr not_active IP Right Cessation
- 1981-01-21 DE DE19813101776 patent/DE3101776A1/de not_active Withdrawn
- 1981-01-22 SE SE8100354A patent/SE445255B/sv not_active IP Right Cessation
- 1981-01-23 GB GB8102176A patent/GB2069117B/en not_active Expired
- 1981-01-23 JP JP954181A patent/JPS56110848A/ja active Pending
- 1981-01-23 US US06/227,844 patent/US4350020A/en not_active Expired - Lifetime
- 1981-01-23 CA CA000369210A patent/CA1172054A/fr not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3101776A1 (de) | 1981-12-17 |
| SE445255B (sv) | 1986-06-09 |
| JPS56110848A (en) | 1981-09-02 |
| US4350020A (en) | 1982-09-21 |
| GB2069117B (en) | 1984-02-29 |
| FR2474666B1 (fr) | 1984-12-28 |
| BE887124A (fr) | 1981-07-20 |
| SE8100354L (sv) | 1981-07-25 |
| FR2474666A1 (fr) | 1981-07-31 |
| GB2069117A (en) | 1981-08-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1172054A (fr) | Procede de production de chaleur au moyen d'une pompe a chaleur utilisant un melange de fluides comme agent de travail et l'air comme source de chaleur | |
| AU2006253864B2 (en) | System and method for managing water content in a fluid | |
| BE1009557A5 (fr) | Methode et appareillage de prerefroidissement d'air avec dispositif de refrigeration a contact indirect. | |
| KR940011341B1 (ko) | 공기 예비냉각방식 및 장치 | |
| EP0057120B1 (fr) | Procédé de chauffage d'un local au moyen d'une pompe à chaleur à compression fonctionnant avec un fluide mixte de travail | |
| CN104676992B (zh) | 减少除霜的浪涌式蒸汽压缩传热系统 | |
| FR2485169A1 (fr) | Perfectionnements aux installations de fourniture d'eau chaude comprenant un circuit thermodynamique | |
| US5309732A (en) | Combined cycle air/air heat pump | |
| EP1015833B1 (fr) | Refroidisseur evaporatif a disque tournant | |
| JP4996192B2 (ja) | Ｌｎｇのガス化装置 | |
| EP0148756B1 (fr) | Système pour le revalorisation d'énergie thermique à bas niveau mettant en oeuvre des phénomènes d'évaporation et de mélange de deux fluides en équilibre de pression de vapeur sous des températures différentes | |
| EP0192496B1 (fr) | Procédé de production de froid et/ou de chaleur mettant en oeuvre un mélange non azéotropique de fluides dans un cycle à éjecteur | |
| KR101336461B1 (ko) | 히트펌프 제습기를 이용한 온수 생산장치, 이를 이용한 제습과 온수 생산방법 및 제상방법 | |
| FR2672970A1 (fr) | Installation de deshumidification, de pompe a chaleur et caloduc. | |
| EP3502577A1 (fr) | Centrale de traitement de l'air comprenant un dispositif à absorption et procédé associé | |
| EP0229410A1 (fr) | Machine frigorifique | |
| Jianhui et al. | Experimental study on the performance of air source heat pump system with multiple parallel outdoor units | |
| BE1013535A3 (fr) | Dispositif de refroidissement combinant l'utilisation d'une boucle diphasique et d'un systeme de refrigeration a absorption, notamment applicable pour le reffroidissement de l'air d'admission d'un moteur a combustion interne. | |
| FR2561363A1 (fr) | Procede de mise en oeuvre d'une pompe a chaleur et/ou d'une machine frigorifique a compression comportant un degivrage periodique par inversion de cycle | |
| JPH09151707A (ja) | 液化天然ガスを用いる冷熱発電装置 | |
| AU697594B2 (en) | Vacuum dewatering of desiccant brines | |
| Moyer et al. | Refrigeration: including household automatic refrigerating machines | |
| JP2001303970A5 (fr) | ||
| FR2994254A1 (fr) | Pompe a chaleur pour realiser un chauffage a fort ecart de temperatures d'un fluide exterieur, et installation comprenant une telle pompe a chaleur | |
| FR2523703A1 (fr) | Procede de controle de l'echange thermique entre deux flux independants et installation mettant en oeuvre ce procede |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MKEX | Expiry |