CH649370A5

CH649370A5 - HEAT PUMP.

Info

Publication number: CH649370A5
Application number: CH1789/82A
Authority: CH
Inventors: Mats Inge Karlsson
Original assignee: Pertinex Ab
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1981-07-17
Publication date: 1985-05-15
Also published as: FR2487488B1; NO151869B; NO151869C; FR2487488A1; CA1167653A; AU7411181A; YU180981A; FI71835B; JPS57501141A; FI71835C; NL8120274A; NO820978L; BE889732A; FI820972L; WO1982000511A1; DE3152231A1; SE8005384L; SE424772B; GB2102552B; GB2102552A

Description

La présente invention a pour objet une pompe à chaleur comprenant un compresseur pour mettre en circulation un fluide réfrigérant, un évaporateur pour l'évaporation du fluide réfrigérant liquide par échange thermique avec un fluide externe, et un condenseur pour la condensation du fluide réfrigérant évaporé, l'évaporateur comprenant un premier tube en contact avec le fluide externe du côté extérieur de ce tube, lequel est connecté, à l'une de ses extrémités, au côté aspiration du compresseur, et est fermé à son autre extrémité, et un second tube relié au condenseur, ce second tube s'étendant pratiquement coaxialement à l'intérieur du premier tube, à partir de la première extrémité de celui-ci, et s'ouvrant à une certaine distance de l'autre extrémité, fermée, du premier tube de manière à former l'organe d'étranglement de l'évaporateur. The subject of the present invention is a heat pump comprising a compressor for circulating a refrigerant fluid, an evaporator for the evaporation of the liquid refrigerant fluid by heat exchange with an external fluid, and a condenser for the condensation of the evaporated refrigerant fluid, the evaporator comprising a first tube in contact with the external fluid on the external side of this tube, which is connected, at one of its ends, to the suction side of the compressor, and is closed at its other end, and a second tube connected to the condenser, this second tube extending practically coaxially inside the first tube, starting from the first end thereof, and opening at a certain distance from the other, closed end of the first tube so as to form the throttling member of the evaporator.

Une telle pompe est décrite dans le brevet GB N° 1093579. Toutefois, cette pompe présente l'inconvénient que le fluide externe peut geler, ce qui peut endommager le premier tube. Pour remédier à cet inconvénient, le premier tube est entouré d'une enveloppe externe tubulaire, allongée, recevant le fluide externe et constituée par un tube en élastomère synthétique flexible, cette enveloppe formant une partie d'un conduit assurant la circulation à travers lui du fluide-externe. Such a pump is described in GB patent No. 1093579. However, this pump has the disadvantage that the external fluid can freeze, which can damage the first tube. To remedy this drawback, the first tube is surrounded by an elongated tubular external envelope, receiving the external fluid and constituted by a flexible synthetic elastomer tube, this envelope forming part of a conduit ensuring the circulation through it of the fluid-external.

Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple: In the accompanying drawings, given by way of example:

la fig. 1 est un schéma d'une pompe à chaleur suivant l'invention, fig. 1 is a diagram of a heat pump according to the invention,

et la fig. 2 est une vue en perspective et en transparence de l'évaporateur et d'un tube formant l'enveloppe externe de l'évaporateur et assurant le passage du fluide externe. and fig. 2 is a perspective and transparent view of the evaporator and of a tube forming the external envelope of the evaporator and ensuring the passage of the external fluid.

La pompe à chaleur représentée sur la flg. 1 comprend un compresseur 10 qui pompe un agent réfrigérant, tel que celui connu sous le nom de Fréon, vers un condenseur 11 puis, à partir de ce dernier, vers un évaporateur 12 qui est représenté d'une manière plus détaillée sur la fig. 2. L'évaporateur est disposé à l'intérieur d'une enveloppe externe constituée par un tube 13, qui est fermé à une extrémité 14, et qui est connecté à une pompe de circulation 15 à son autre extrémité. Un certain nombre de tubes 16, de section droite inférieure à celle du tube 13, sont connectés à l'une de leurs extrémités à ce tube 13. Ils s'étendent parallèlement les uns aux autres à partir du tube 13, dans la direction transversale par rapport à ce dernier, puis forment une boucle 17 de 180° pour revenir, toujours parallèlement les uns aux autres, en direction du tube 13, de manière à pouvoir être reliés, à leurs autres extrémités, à un autre tube 18 identique au tube 13. Ce tube 18 est fermé à l'une de ses extrémités 19 et il est relié, à son autre extrémité, à la pompe de circulation 15. Cette pompe fait circuler un fluide externe, tel que de l'eau, à travers les tubes 13,16 et 18, comme indiqué par les flèches sur le dessin. On peut voir ainsi que les tubes 13 et 18 forment des collecteurs pour les tubes 16 de plus petit diamètre. Les tubes 13, 16 et 18 sont réalisés en un élastomère synthétique flexible, à longue durée de vie. The heat pump shown in fig. 1 comprises a compressor 10 which pumps a refrigerant, such as that known under the name of Freon, to a condenser 11 and then, from the latter, to an evaporator 12 which is shown in more detail in FIG. 2. The evaporator is placed inside an external envelope constituted by a tube 13, which is closed at one end 14, and which is connected to a circulation pump 15 at its other end. A number of tubes 16, of cross section smaller than that of tube 13, are connected at one of their ends to this tube 13. They extend parallel to each other from the tube 13, in the transverse direction relative to the latter, then form a loop 17 of 180 ° to return, always parallel to each other, in the direction of the tube 13, so that they can be connected, at their other ends, to another tube 18 identical to the tube 13. This tube 18 is closed at one of its ends 19 and it is connected, at its other end, to the circulation pump 15. This pump circulates an external fluid, such as water, through the tubes 13, 16 and 18, as indicated by the arrows in the drawing. It can thus be seen that the tubes 13 and 18 form collectors for the tubes 16 of smaller diameter. The tubes 13, 16 and 18 are made of a flexible synthetic elastomer with a long service life.

Ils peuvent être constitués de tubes en PVC noir du type utilisé pour les réseaux de distribution d'eau potable, ou bien encore de tubes en un monomère éthylènepropylènediène (EPDM). Il est essentiel que le matériau constituant les tubes soit insensible à la corrosion, à la lumière ultraviolette et aux actions chimiques, et qu'il élimine les problèmes liés au gel. They can be made of black PVC tubes of the type used for drinking water distribution networks, or alternatively of tubes made of an ethylenepropylenediene monomer (EPDM). It is essential that the material of the tubes is insensitive to corrosion, ultraviolet light and chemical actions, and that it eliminates the problems associated with freezing.

Sur la fig. 1, les tubes 16 sont disposés en un groupe comprenant six tubes et un nombre quelconque désiré de tels groupes de tubes peut être relié aux tubes 13 et 18, un groupe additionnel étant représenté partiellement en 16'. In fig. 1, the tubes 16 are arranged in a group comprising six tubes and any desired number of such groups of tubes can be connected to the tubes 13 and 18, an additional group being shown partially at 16 '.

Les tubes 13, 16 et 18 forment un échangeur de chaleur pour fournir de la chaleur à l'évaporateur 12; cet échangeur de chaleur peut être disposé dans le sol de telle façon que le fluide circulant à travers cet échangeur absorbe la chaleur du sol, ou bien encore il peut être suspendu sur des supports logés, par exemple, sur le toit d'un garage ou d'un parking de véhicules, ou bien encore sur une paroi ou une barrière, de telle façon que le fluide circulant à travers eux puisse absorber la chaleur de l'air. The tubes 13, 16 and 18 form a heat exchanger to supply heat to the evaporator 12; this heat exchanger can be arranged in the ground in such a way that the fluid circulating through this exchanger absorbs heat from the ground, or else it can be suspended on supports housed, for example, on the roof of a garage or a car park, or on a wall or barrier, so that the fluid flowing through them can absorb the heat from the air.

Dans une forme d'exécution préférée de l'échangeur de chaleur décrit, les tubes 16 de chaque groupe consistent en un tapis absorbant qui est vendu sous le nom Solaroll et qui est fabriqué par la société Bio-Energy Systems, Inc., Ellenville, New York, U.S.A. Ces tubes peuvent être disposés avec la configuration à extrémités situées d'un même côté, ainsi qu'il est représenté sur la fig. 1, mais on peut concevoir toute autre configuration bien connue dans la technique, par exemple celle du type papillon ou encore celle du type grille. Un écoulement équilibré, tel que celui représenté sur la fig. 1, dans lequel le fluide en circulation a la même direction d'écoulement dans les tubes 13 et 18, est préférable à l'écoulement déséquilibré avec des directions d'écoulement opposées dans ces tubes. In a preferred embodiment of the heat exchanger described, the tubes 16 of each group consist of an absorbent mat which is sold under the name Solaroll and which is manufactured by the company Bio-Energy Systems, Inc., Ellenville, New York, USA These tubes can be arranged with the configuration with ends located on the same side, as shown in fig. 1, but one can conceive any other configuration well known in the art, for example that of the butterfly type or that of the grid type. A balanced flow, such as that shown in fig. 1, in which the circulating fluid has the same direction of flow in the tubes 13 and 18, is preferable to the unbalanced flow with opposite directions of flow in these tubes.

Le fluide externe, qui a absorbé la chaleur pendant le passage à travers l'échangeur de chaleur décrit ci-dessus, passe le long de l'évaporateur 12 en réalisant un échange de chaleur avec ce dernier, cela afin de fournir la chaleur nécessaire pour l'évaporation du réfrigérant liquide fourni à l'évaporateur. Le fluide externe a habituellement une température de 6 à 8°C, mais la température peut s'abaisser jusqu'à 2°C. Au lieu d'être chauffé dans l'échangeur de chaleur décrit précédemment, le fluide externe qui passe à travers le tube 13 en échangeant de la chaleur avec l'évaporateur 12 peut être chauffé dans un collecteur solaire, ou il peut être fourni par un réseau de chauffage à distance. Ce fluide peut être également constitué par de l'eau souterraine pompée à partir du sol et réinjectée dans le sol après avoir passé le long de l'évaporateur et assuré l'échange thermique avec ce dernier. The external fluid, which has absorbed the heat during the passage through the heat exchanger described above, passes along the evaporator 12 by carrying out a heat exchange with the latter, this in order to provide the heat necessary for evaporation of the liquid refrigerant supplied to the evaporator. The external fluid usually has a temperature of 6 to 8 ° C, but the temperature can drop to 2 ° C. Instead of being heated in the heat exchanger described above, the external fluid which passes through the tube 13 by exchanging heat with the evaporator 12 can be heated in a solar collector, or it can be supplied by a district heating network. This fluid can also consist of groundwater pumped from the ground and reinjected into the soil after passing along the evaporator and ensuring the heat exchange with the latter.

Si on se réfère plus particulièrement à la fig. 2 du dessin, on voit que l'évaporateur 12 comprend un premier tube 20 qui présente des parois frontales 21 et 22 et qui est ainsi complètement fermé par rapport à l'intérieur du tube 13 dans lequel est logé l'évaporateur. Un second tube 23 passe à travers la paroi frontale 21 et s'étend à l'intérieur du premier tube 20, pratiquement coaxialement avec ce dernier. L'extrémité interne du second tube 23 s'ouvre à une certaine distance de l'autre paroi frontale 22. Un conduit 24 relie le tube 20, à son extrémité fermée par la paroi frontale 21, au compresseur 10, du côté aspiration de ce dernier, le côté refoulement étant connecté à l'entrée du condenseur 11, par un conduit 25, tandis qu'un autre conduit 26 relie le tube 23 à la sortie du condenseur. Ce condenseur est disposé de manière à assurer un échange thermique avec un second fluide externe, tel que de l'eau, qui sert de fluide caloporteur If we refer more particularly to FIG. 2 of the drawing, it can be seen that the evaporator 12 comprises a first tube 20 which has front walls 21 and 22 and which is thus completely closed relative to the interior of the tube 13 in which the evaporator is housed. A second tube 23 passes through the front wall 21 and extends inside the first tube 20, practically coaxially with the latter. The internal end of the second tube 23 opens at a certain distance from the other front wall 22. A conduit 24 connects the tube 20, at its end closed by the front wall 21, to the compressor 10, on the suction side of this last, the discharge side being connected to the inlet of the condenser 11, by a conduit 25, while another conduit 26 connects the tube 23 to the outlet of the condenser. This condenser is arranged so as to ensure a heat exchange with a second external fluid, such as water, which serves as heat transfer fluid.

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

649 370 649,370

pour distribuer la chaleur récupérée dans le condenseur, par exemple en direction de radiateurs d'une installation de chauffage central d'une construction. to distribute the heat recovered in the condenser, for example towards radiators of a building central heating installation.

Le réfrigérant liquide est introduit dans le tube 23, en amont du fluide externe passant à travers le tube 13 et, à partir de l'extrémité 5 ouverte de ce tube 23, le réfrigérant liquide s'évapore pendant l'absorption de chaleur à partir du fluide externe. Il passe ensuite à travers le tube 20, dans une direction d'écoulement opposée à celle du réfrigérant liquide dans le tube 23, et du fluide externe dans le tube 13, en direction du conduit 24 pour être aspiré de nouveau par io le compresseur 10 et comprimé par ce dernier. Le tube 23 forme ainsi l'organe d'étranglement de l'évaporateur 12. Le réfrigérant liquide fourni à travers le tube 23 est refroidi, pendant son écoulement en direction de l'extrémité ouverte du tube 23, par le réfrigérant environnant se trouvant dans le tube 20 et, à l'endroit de l'extrémité ouverte du tube 23, ce réfrigérant s'évapore et pénètre dans le tube 20. Grâce à ce refroidissement préalable du réfrigérant liquide fourni, on obtient le fait décrit précédemment, à savoir que le débit du réfrigérant est adapté à la quantité de chaleur fournie par le fluide externe dans le tube 13. The liquid refrigerant is introduced into the tube 23, upstream of the external fluid passing through the tube 13 and, from the open end 5 of this tube 23, the liquid refrigerant evaporates during the absorption of heat from external fluid. It then passes through the tube 20, in a direction of flow opposite to that of the liquid refrigerant in the tube 23, and of the external fluid in the tube 13, in the direction of the conduit 24 to be sucked in again by the compressor 10 and compressed by it. The tube 23 thus forms the throttling member of the evaporator 12. The liquid refrigerant supplied through the tube 23 is cooled, during its flow towards the open end of the tube 23, by the surrounding refrigerant being in the tube 20 and, at the open end of the tube 23, this refrigerant evaporates and enters the tube 20. Thanks to this prior cooling of the liquid refrigerant supplied, the fact described above is obtained, namely that the flow rate of the refrigerant is adapted to the quantity of heat supplied by the external fluid in the tube 13.

Dans une forme d'exécution typique de la pompe à chaleur suivant l'invention, le tube 13 a un diamètre interne d'environ 40 mm. Le premier tube 20 de l'évaporateur 12 a un diamètre interne d'environ 19 mm, tandis que le second tube 23 a un diamètre interne allant de 4,7 à 4,8 mm. Le réfrigérant est fourni au tube 23 à partir du conduit 26 à une température de 40 à 50° C, par exemple, et il est refroidi dans le tube 23 jusqu'à une température de vaporisation de 10 à 20° C. In a typical embodiment of the heat pump according to the invention, the tube 13 has an internal diameter of approximately 40 mm. The first tube 20 of the evaporator 12 has an internal diameter of about 19 mm, while the second tube 23 has an internal diameter ranging from 4.7 to 4.8 mm. The refrigerant is supplied to the tube 23 from the conduit 26 at a temperature of 40 to 50 ° C, for example, and it is cooled in the tube 23 to a vaporization temperature of 10 to 20 ° C.

R R

2 feuilles dessins 2 sheets of drawings

Claims

649370 2 CLAIMS

1. Heat pump comprising a compressor (10) for circulating a coolant, an evaporator (12) for the evaporation of the liquid coolant by heat exchange with an external fluid, and a condenser (11) for the condensation of the evaporated refrigerant, the evaporator (12) comprising a first tube (20) in contact with the external fluid on the outside of this tube, which is connected, at one of its ends (21), to the suction side of the compressor (10) and is closed at its other end

(22), and a second tube (23) connected to the condenser (11), this second tube

(23) extending practically coaxially inside the first tube (20), from the first end (21) thereof, and opening at a certain distance from the other end, closed (22) of the first tube (20) so as to form the throttling member of the evaporator (12), characterized in that the first tube (20) is surrounded by an elongated tubular outer casing (13) receiving the external fluid and constituted by a flexible synthetic elastomer tube, this external envelope (13) forming part of a conduit ensuring the circulation through it of the external fluid.

2. Heat pump according to claim 1, characterized in that the duct (13) forms a manifold for tubes (16, 16 ') of a heat exchanger.