EP3071902A1 - Dispositif à fluide frigorigène pour l'augmentation du rendement thermodynamique - Google Patents

Dispositif à fluide frigorigène pour l'augmentation du rendement thermodynamique

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EP3071902A1
EP3071902A1 EP14824056.7A EP14824056A EP3071902A1 EP 3071902 A1 EP3071902 A1 EP 3071902A1 EP 14824056 A EP14824056 A EP 14824056A EP 3071902 A1 EP3071902 A1 EP 3071902A1
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EP
European Patent Office
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bulge
fluid
condenser
compressor
pump
Prior art date
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Pending
Application number
EP14824056.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric BARBAN
Bruno DEBOUX
Pascal KALINOWSKI
Joëlle RIZK
Jimmy MORO-PEREZ
Gilles Castelain
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Dynaes SAS
Original Assignee
Dynaes SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B9/06—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using expanders
    • 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
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/16—Lubrication

Definitions

  • the invention relates to a heat pump, and in particular to improving the thermodynamic efficiency of a heat pump.
  • the present invention aims to overcome the disadvantages of the state of the art.
  • the present invention therefore relates to a heat pump comprising a closed circuit containing a refrigerant and a lubricant, the closed circuit comprising a fluid compressor and a fluid return circuit to the compressor, the compressor extending in the closed circuit between a fluid inlet and a fluid outlet, the return circuit extending in the closed circuit, complementarily to the compressor, between the fluid outlet and the fluid inlet, the return circuit comprising a condenser, a pressure reducer and an evaporator, said return circuit comprising a first pipe extending between the fluid outlet and the condenser, a second pipe extending between the condenser and the expander, a third pipe extending between the expander and the evaporator, and a fourth conduit extending between the evaporator and the fluid inlet, said closed circuit comprising a first bulge of a return line pipe containing tubules, the fluid comprising a mixture of a first freon R32 (difluoromethane), a second freon R125
  • the closed circuit comprises a second bulge of a return circuit line
  • said first bulge is disposed on said first conduit
  • said second bulge is disposed on the second conduit
  • the synthetic polyolester oil is of ISO VG 32 class
  • the synthetic polyolester oil of class ISO VG 32 is of trade name Emkarate ® RL32-3 MAF;
  • the refrigerant is a R407C freon
  • the refrigerant is a R407A freon
  • the pipes are arranged vertically;
  • the first bulge is arranged vertically
  • the first bulge is arranged vertically and in ascending fluid
  • the second bulge is arranged vertically
  • the invention also relates to:
  • a use of a heat pump above for purposes of heating an enclosure, in which the evaporator is placed in thermal contact with the outside of the enclosure and the condenser is placed in thermal contact with inside the enclosure to improve the thermodynamic efficiency of the heating operation;
  • a use of a heat pump above for cooling purposes of an enclosure in which the evaporator is placed in thermal contact with the inside of the enclosure and the condenser is placed in thermal contact with the chamber; outside the enclosure to improve the thermodynamic efficiency of the refresh operation.
  • said refrigerant is mounted in the first bulge.
  • FIG. 1 schematically represents a heat pump according to an advantageous embodiment of FIG. the present invention.
  • Heat pump' means a thermodynamic device for transferring heat from a source cooled by the heat pump by extracting heat from that source (or cold source), in contact with an evaporator of the pump, to a source heated by the pump by evacuation of heat towards this source (or hot source) in contact with a condenser of the pump.
  • a pump also comprises a compressor powered by an external energy source making it possible to transfer heat from the cold source to the hot source, in accordance with the second principle of thermodynamics and comprises an expansion valve for reducing the pressure imposed on the fluid, by the compressor.
  • the condenser and the evaporator which are the heat exchangers of the pump, are connected by two refrigerant transport branches or pipes, forming a closed circuit comprising, in series in the circuit, in one of the branches the compressor and, in series in the circuit, in the other branch, the regulator.
  • the closed fluidic circuit contains, in a sealed manner, refrigerant fluid, flowing in the circuit by the compressor and circulating in particular from the evaporator to the condenser, through the compressor, and flowing from the condenser to the evaporator, through the regulator.
  • the pump is adapted to take heat from the cold source, by evaporation of this fluid in the evaporator, to transport the heat to the hot source of the evaporator to the condenser through the compressor, and to transfer this heat to the source hot, by condensation of the fluid in the condenser.
  • Reversible heat pump a heat pump operating between a cold source and a hot source in which an additional known system of fluidic valves makes it possible to switch from a heating mode of the hot source, in contact with a first exchanger, by a cold source, in contact with a second exchanger, a cooling mode of the hot source, by inversion of the direction of circulation of the fluid in the circuit, or by reversal of the order of the exchangers in the circuit for the same direction fluid circulation.
  • a reversible heat pump requires heat transport and not a creation
  • COP a coefficient of performance Q / W characterizing the thermodynamic efficiency of a pump by an energy ratio between the energy Q, in thermal form transferred by the pump from the cold source to the hot source and the energy W, in the form of work, usually electrical, necessary for the operation of the pump.
  • a high figure characterizes an efficient pump. This figure may be greater than one without contradicting the second principle of thermodynamics.
  • the freons will be referenced in the request either by their chemical formula or by the name "Freon” followed by an abc number of the classification, by F followed by an abc number, or by R followed by abc.
  • Freon 134a or F134a or R134a which is 1,1,1,2-tetrafluoroethane
  • Freon R407C which is a mixture typically of 23% of R32, 25% of R125 and 52% of R134a (Percentages by mass), R407A (20%, 40%, 40%) and the R407F (30%, 30%, 40%). All the mixtures of R32, R125 and R134 are designated by "family of R407 freons", subfamily of the family consisting of all the freon among all the refrigerants or refrigerants. R407A is notably less rich in R134a than R407C.
  • 'Synthetic oils' or 'POE oils' means synthetic polyolester oils used for the lubrication of the compressor of a heat pump, in particular for heating or cooling homes, using R32, R125 and R134a in the composition of the refrigerant used by this pump. These oils are perfectly miscible, at the evaporator and condensing temperatures of the pump with R32, R125 and R134a, to allow a return of oil mixed with these freon in liquid phase, from the condenser to the evaporator of the pump.
  • Freons R32, R125 and R134a in the gas phase are also soluble in these oils, so as to ensure a return in vapor phase of the freon of the evaporator to the compressor of the pump and to favor at best the transport of the oil , in particular in the form of an oil mist loaded with freon between the compressor and the heat exchangers of the pump, that is to say the assembly consisting of two elements that are the evaporator and the pump condenser.
  • the closed circuit comprises the fluid compressor 1 and a fluid return circuit to the compressor.
  • the compressor extends in the closed circuit between the fluid inlet and the fluid outlet, the return circuit extending in the closed circuit, complementarily to the compressor, between the fluid outlet and the fluid inlet.
  • the return circuit comprises condenser 2, expander 3 and evaporator 4.
  • Said return circuit thus comprises a first duct extending between the fluid outlet and the condenser, a second duct extending between the condenser and the condenser. pressure reducer, a third conduit extending between the expander and the evaporator, and a fourth conduit extending between the evaporator and the fluid inlet.
  • said closed circuit comprises a first bulge 5 of a return circuit line containing tubes 50, the fluid comprising a mixture of a first freon R32 (difluoromethane), a second freon R125 (pentafluoroethane) and a third freon R134a
  • the lubricant comprises a polyolester synthetic oil.
  • FIG. 1 shows a heat pump provided with two pipe bulges: a first pipe bulge 5, with pipes 50, disposed between a fluid outlet compressor 1 of the pump and a condenser 2 of the pump and a second bulge 6 without tubing disposed between the condenser 2 and the expander 3 of the pump.
  • the pump also has an evaporator 4.
  • a single bulge is however also possible.
  • the invention can also be carried out with a model AIRMEC ® heat pump model ANF 50 power 15kW or ANF 100 power equal to 35kW.
  • the invention is therefore not limited to a particular manufacturer or model.
  • the pump can utilize a fourteen millimeter (14mm) ID copper pipe assembly forming a gas and liquid tight closed circuit with the closed circuit bathed in the atmosphere.
  • a reference compressor ZB38KCE 1 having a fluid inlet and a fluid outlet.
  • the first tubular bulge is constituted, on a first pipe of 14mm, by a local increase in the internal diameter of the pipe or first bulge.
  • This first bulge 5 contains internal tubes 50, for example seven tubes of internal diameter 5 mm for an outside diameter of 8.5 mm, surrounded by the first bulge of the pipe.
  • the inner diameter of the bulge is adapted to grip the tubes and the thickness of the bulge is adapted to withstand the maximum pressure specified for the fluid in that portion of the pump.
  • the inner diameter of the bulge is for 7 tubes arranged compactly, equal to 3 times the outer diameter of a tube is about 25.5mm.
  • this inner diameter of the bulge can be deduced as being the outer diameter of the tubes, tightly compacted.
  • the condenser known element, is encountered in the circuit following the first bulge.
  • the second bulge is designed to operate in the liquid phase for the refrigerant and the oil, it is for example identical to the first bulge but may or may not include tubing, they have not been recognized as essential to obtain the effect of the invention with the second bulge present in the circuit in addition to the first bulge.
  • the second bulge is followed downstream of the expander.
  • the expander is a known element, operating in the mainly liquid phase, at its inlet, and designed to produce a two-phase mixture of gas and liquid in the normal operation of the heat pump of the invention.
  • the expander is followed downstream of the evaporator, known element.
  • the pump In use in heating mode, the pump is brought into contact at the evaporator with the atmosphere surrounding an enclosure to be heated and at the condenser with a heating circuit of the enclosure.
  • the pump In use in cooling mode, the pump is brought into contact with the evaporator with an enclosure to be cooled and at the condenser with the atmosphere surrounding the enclosure.
  • Known fluidic valves can be used to switch on a user action from a heating mode to a cooling mode, if the pump according to the invention is to be reversible.
  • Freon chosen for all pumps is R407C or R407A Freon and the oil is EM KARATE ® RL32-3 MAF oil, miscible with Freon selected at all operating temperatures.
  • refrigerant or refrigerant and an oil that are miscible with each other use a refrigerant or refrigerant and an oil that are miscible with each other.
  • the refrigerant family constituted by R407 denomination freons and oils miscible with the freons of this family constitute in particular a set of fluids that can be used with the invention.
  • the general principle of the invention is estimated at the date of the patent to be the capacity to transport the oil of a heat pump, in the form of an emulsion of oil drops, conducive to increasing the heat exchange in the condenser and in the evaporator of the pump.
  • the means of the invention which are the first and the second bulge thus tend to regenerate or maintain this emulsion in its form conducive to improve the operation of heat exchangers (condenser and evaporator) of the pump.
  • drops taken as a synonym for bubbles (containing gas) in a gaseous transport medium or drops taken as synonymous with "anti-bubbles" (oil bubbles containing gas) in a liquid transport medium, is considered as providing nucleation sites for the condensation of the transport medium or the evaporation of this medium, favoring heat exchange, during its phase changes in the pump exchangers.
  • This emulsion is estimated, in the gaseous phase, to be a mist of droplets forming a "monodispersed" oil emulsion, in a gaseous phase, (that is to say of droplets whose diameter values are strongly centered on a value common) of sufficient life to reach the condenser and improve heat exchange.
  • the invention therefore uses a first means of forming an oil mist between the compressor and the condenser.
  • a particular means is thus a means of imposing a depression on oil drops having absorbed a transport refrigerant gas because of the solubility of the gas in the oil and causing the appearance of gas bubbles in the drops capable of bursting. in finer droplets.
  • This emulsion is estimated, in the liquid phase, to be a mixture of oil droplets forming a "monodispersed" oil emulsion, in a liquid phase, of sufficient lifetime to reach the expander, pass through it, reach the evaporator and to improve the heat exchange, to return finally to the compressor regularly over time and in the form of an oil mist of regular oil drop diameter and improve the isentropic efficiency by improved lubrication, compared to a commercial pump.
  • the invention thus uses to improve the COP of a heat pump, a first means of forming an oil mist between the compressor and the condenser and a second means of forming a dispersion of oil drops in the liquid phase between the condenser and the compressor, these drops may burst into droplets or bubbles passing through the regulator and reach the evaporator.
  • the elements of the invention that are the first tubular bulge and the second bulge can thus be adapted by those skilled in the art to achieve this goal.
  • thermodynamic efficiency or COP of the entire heat pump using one or two bulges, a particular refrigerant and a fluid miscible oil was not expected in the prior art.
  • the effect obtained makes it possible to envisage heating or cooling uses with a pump provided with at least one bulge. This improvement is obtained without increasing the temperature at the terminals of the first bulge used alone, which therefore does not operate as a secondary heat source.
  • the first bulge is composed along its length, by traversing the closed circuit from the compressor fluid outlet on the first pipe joining the compressor fluid outlet to the condenser, a first zone of increase in inner diameter of the driving, a second zone of constant inner diameter of the pipe and a third zone of decrease in inner diameter of the pipe.
  • the change in diameter of the first zone may be effected by a first cone whose apex angle allows, for the normal fluidic operating conditions of the pump, to cause a detachment of the flow lines of the fluid passing through the pump.
  • the diameter change of the third zone may be effected by a second cone whose apex angle allows, for the normal fluidic operating conditions of the pump not to cause a detachment of the flow lines of the fluid flowing the pump.
  • the second zone of the first bulge will advantageously be arranged vertically, when the refrigerant is a mixture of freons and oil.
  • This area will thus have a fireplace layout or a chimney or vertical duct function for the first bulge, which normally operates with a gaseous refrigerant and drops of oil.
  • This arrangement will allow a heat transfer to the condenser and not a production of heat that does not reach the condenser by increasing the life of the Freon emulsion and oil drops after passing through the fluid of the first bulge and allowing them to reach the condenser despite coalescence.
  • Such a vertical structure allows, for a soluble freon or a mixture of oil-soluble freon present in drops transported with the gas, numerous simultaneous effects resulting in creating or regenerating a stable emulsion in time of gas and oil, such as that conventionally produced by the compressor, at its discharge outlet, and in which the drops are usually "polydispersed" (ie largely variable around a central value) in diameter.
  • a change in the circulating composition of the mixture initially introduced into the fluidic circuit may be an indication of the operation of the invention.
  • freon other than a mixture of R32, R125 and R134a may also be used according to the invention insofar as it would be found an increase in the thermal power of the condenser to the introduction of a first bulge in the fluid circuit of a pump operating with this particular freon.
  • the skilled person in the presence of such an increase can adjust the length of the tubes or adjust the distance separating the first bulge of the condenser, in the fluid circuit, to optimize the increase in power observed in the condenser, for example in measuring the temperature of a hot water outlet of a heating circuit in thermal contact with the condenser. It may also vary the verticality of the tubes by admitting an angle maintaining a slope to the tubes allowing the flow of oil down, maintaining an effect on the thermal power of the condenser relative to a strict verticality.
  • R407C, R407A and R407F are as follows:
  • this structure is designed to be a means of regularly dividing the drops of oil with the result of forming a sufficiently stable emulsion of drops and gas, in terms of lifetime of the drops, to enable them to reach the condenser and form nucleation sites improving the heat exchange in the condenser and the thermodynamic efficiency of the pump.
  • the same general inventive idea of a means of forming an emulsion will be applied to the design of the first tubular bulge but instead of an emulsion of drops in one or more gases, design the first bulge to form an emulsion of bubbles in the gas or gases.
  • a mixed mode for which an emulsion of drops but also oil bubbles is formed by the first bulge between the oil and the freons present in the first pipe is not excluded depending on the properties of relative surface tension of the oil and freons at the temperature and operating pressure of the fluid in the first pipe.
  • the invention has been tested with mixtures of the R32, R125 and R134a freons induced by an introduction of R407C and a particular EM KARATE ® RL32-3 MAF oil in the circuit of a pump modified by the first bulge arranged vertically and having the second bulge.
  • a compressor (referenced ZB38KCE) is used.
  • the oil is considered in liquid form throughout the closed circuit at the mentioned temperatures and pressures.
  • the mixture of R32, R125 and R134a is gaseous at the outlet. Therefore, in normal operation in this embodiment, there is no increase in temperature at the outlet of the first bulge with respect to its inlet, and this bulge therefore does not function as a source of heat.
  • the mixture of R32, R125 and R134a is liquid at the outlet.
  • the mixture of R32, R125 and R134a is liquid at the outlet, with two-phase liquid-gas periods, where bubbles appear. Therefore, in normal operation in this embodiment, there is no increase in temperature at the outlet of the second bulge with respect to its inlet, and this bulge therefore does not function as a source of heat.
  • the mixture of R32, R125 and R134a is biphasic liquid-gas output.
  • the mixture of R32, R125 and R134a is gaseous at the outlet.
  • the COP gains are comparable to those of an AIRWELL ® brand machine mentioned above for the first mode, over the temperature range of -7 ° C to + 7 ° C.
  • the invention is susceptible of industrial application in the field of heat pumps and air conditioners.

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Abstract

Pompe à chaleur comprenant un circuit fermé contenant un fluide frigorigène et un lubrifiant, le circuit fermé comprenant un compresseur (1 ) de fluide et un circuit de retour de fluide au compresseur, le compresseur s'étendant dans le circuit fermé entre une entrée de fluide et une sortie de fluide, le circuit de retour s'étendant dans le circuit fermé, complémentairement au compresseur, entre la sortie de fluide et l'entrée de fluide, le circuit de retour comprenant un condenseur (2), un détendeur (3) et un évaporateur (4), ledit circuit de retour comprenant une première conduite s'étendant entre la sortie de fluide et le condenseur, une deuxième conduite s'étendant entre le condenseur et le détendeur, une troisième conduite s'étendant entre le détendeur et l'évaporateur, et une quatrième conduite s'étendant entre l'évaporateur et l'entrée de fluide, ledit circuit fermé comportant un premier renflement (5) d'une conduite du circuit de retour contenant des tubulures (50), le fluide comprenant un mélange d'un premier fréon R32 (difluorométhane), d'un deuxième fréon R125 (pentafluoroéthane) et d'un troisième fréon R134a (1,1,1,2-tétrafluoroéthane), et le lubrifiant comprenant une huile synthétique polyolester.

Description

Dispositif à fluide frigorigène pour l'augmentation du rendement thermodynamique
L'invention concerne une pompe à chaleur, et notamment l'amélioration du rendement thermodynamique d'une pompe à chaleur.
L'art antérieur connaît de la demande internationale WO20009004124, un dispositif antérieur de production de chaleur, dans un système thermodynamique, par circulation d'un fluide sous pression à travers une pluralité de tubulures dans un renflement d'une conduite d'une pompe à chaleur dans laquelle le fluide est sous forme gazeuse, entre un échangeur et un compresseur.
Ce dispositif antérieur produisant de la chaleur, il reste difficile pour l'art antérieur de l'adapter à la réalisation d'une pompe à chaleur utilisable en chaudière l'hiver dans une habitation ou d'une pompe à chaleur réversible, utilisable en chaudière l'hiver et en climatiseur l'été. Une telle pompe réalisant un transfert de chaleur plutôt qu'une production de chaleur.
Les documents WO2009053726, US20091 13900, JP2001317840 et WO2013164439 décrivent d'autres dispositifs de l'art antérieur.
La présente invention a pour but de surmonter les inconvénients de l'état de la technique.
La présente invention a donc pour objet une pompe à chaleur comprenant un circuit fermé contenant un fluide frigorigène et un lubrifiant, le circuit fermé comprenant un compresseur de fluide et un circuit de retour de fluide au compresseur, le compresseur s'étendant dans le circuit fermé entre une entrée de fluide et une sortie de fluide, le circuit de retour s'étendant dans le circuit fermé, complémentairement au compresseur, entre la sortie de fluide et l'entrée de fluide, le circuit de retour comprenant un condenseur, un détendeur et un évaporateur, ledit circuit de retour comprenant une première conduite s'étendant entre la sortie de fluide et le condenseur, une deuxième conduite s'étendant entre le condenseur et le détendeur, une troisième conduite s'étendant entre le détendeur et l'évaporateur, et une quatrième conduite s'étendant entre l'évaporateur et l'entrée de fluide, ledit circuit fermé comportant un premier renflement d'une conduite du circuit de retour contenant des tubulures, le fluide comprenant un mélange d'un premier fréon R32 (difluorométhane), d'un deuxième fréon R125 (pentafluoroéthane) et d'un troisième fréon R134a (1 ,1 ,1 ,2- tétrafluoroéthane), et le lubrifiant comprenant une huile synthétique polyolester.
Dans des variantes de l'invention :
- le circuit fermé comprend un second renflement d'une conduite du circuit de retour;
- ledit premier renflement est disposé sur ladite première conduite;
- ledit second renflement est disposé sur la deuxième conduite;
- l'huile synthétique polyolester est de classe ISO VG 32;
- l'huile synthétique polyolester de classe ISO VG 32 est de dénomination commerciale Emkarate® RL32-3 MAF;
- le fluide frigorigène est un fréon R407C;
- le fluide frigorigène est un fréon R407A;
- les tubulures sont disposées verticalement;
- le premier renflement est disposé verticalement;
- le premier renflement est disposé verticalement et en fluide montant;
- le second renflement est disposé verticalement;
L'invention concerne aussi :
- une utilisation d'une pompe à chaleur ci-dessus, à des fins de chauffage d'une enceinte, dans laquelle l'évaporateur est mis en contact thermique avec l'extérieur de l'enceinte et le condenseur est mis en contact thermique avec l'intérieur de l'enceinte pour améliorer le rendement thermodynamique de l'opération de chauffage;
- une utilisation d'une pompe à chaleur ci-dessus à des fins de rafraîchissement d'une enceinte, dans laquelle l'évaporateur est mis en contact thermique avec l'intérieur de l'enceinte et le condenseur est mis en contact thermique avec l'extérieur de l'enceinte pour améliorer le rendement thermodynamique de l'opération de rafraîchissement. Dans une variante, ledit fluide frigorigène est montant dans le premier renflement.
Ces caractéristiques et d'autres de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée suivante faite en référence au dessin joint, donné à titre non limitatif, et sur lequel la figure 1 représente schématiquement une pompe à chaleur selon un mode de réalisation avantageux de la présente invention.
Aux fins de la présente invention, les dénominations suivantes sont utilisées :
« Pompe à chaleur » : un dispositif thermodynamique pour transférer la chaleur d'une source refroidie par la pompe à chaleur par prélèvement de chaleur à cette source (ou source froide), en contact avec un évaporateur de la pompe, à une source réchauffée par la pompe par évacuation de chaleur vers cette source (ou source chaude) en contact avec un condenseur de la pompe. Une pompe comprend aussi un compresseur alimenté par une source d'énergie externe rendant possible le transfert de chaleur de la source froide à la source chaude, en conformité avec le second principe de la thermodynamique et comprend un détendeur pour diminuer la pression imposée au fluide, par le compresseur. Le condenseur et l'évaporateur, qui sont les échangeurs de chaleur de la pompe, sont reliés par deux branches de transport de fluide frigorigène ou conduites, formant un circuit fermé comprenant, en série dans le circuit, dans une des branches le compresseur et, en série dans le circuit, dans l'autre branche, le détendeur. Le circuit fluidique fermé contient, de façon étanche, du fluide frigorigène, mis en écoulement dans le circuit par le compresseur et circulant notamment de l'évaporateur au condenseur, à travers le compresseur, et circulant du condenseur à l'évaporateur, à travers le détendeur. La pompe est adaptée à prélever de la chaleur à la source froide, par évaporation de ce fluide dans l'évaporateur, à transporter la chaleur à la source chaude de l'évaporateur au condenseur à travers le compresseur, et céder cette chaleur à la source chaude, par condensation du fluide dans le condenseur. « Pompe à chaleur réversible » : une pompe à chaleur fonctionnant entre une source froide et une source chaude dans laquelle un système additionnel connu de vannes fluidiques permet de passer d'un mode de chauffage de la source chaude, en contact avec un premier échangeur, par une source froide, en contact avec un second échangeur, à un mode de refroidissement de la source chaude, par inversion du sens de circulation du fluide dans le circuit, ou par interversion de l'ordre des échangeurs dans le circuit pour le même sens de circulation du fluide. Une pompe à chaleur réversible nécessite un transport de chaleur et non une création
« COP » : un coefficient de performance Q/W caractérisant le rendement thermodynamique d'une pompe par un rapport d'énergie entre l'énergie Q, sous forme thermique transférée par la pompe de la source froide à la source chaude et l'énergie W, sous forme de travail, usuellement électrique, nécessaire au fonctionnement de la pompe. Un chiffre élevé caractérise une pompe efficace. Ce chiffre peut être supérieur à un sans contredire le second principe de la thermodynamique.
« Fréon » : dénomination commerciale usuelle des chlorofluorocarbures ou CFC classifiés par différents organismes comme notamment l'« ASHRAE » (« American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc.) selon une liste numérotée dans laquelle un fréon est répertorié par un numéro « abc » , où a = (nombre de C)— 1 , b = (nombre de H) + 1 et c = nombre de F. Si a est égal à 0, il est omis dans la formule. Les fréons seront référencés dans la demande soit par leur formule chimique soit par le nom « fréon » suivi d'un numéro abc de la classification, soit par F suivi d'un numéro abc, soit par R suivi de abc.
On considérera ainsi particulièrement dans la demande :
- le fréon 32 ou R32 ou F32 qui est du difluorométhane ;
- le fréon 125 ou R125 ou F125 qui est pentafluoroéthane ;
- le fréon 134a ou F134a ou R134a qui est du 1 ,1 ,1 ,2- tétrafluoroéthane ;
- le fréon R407C qui est un mélange typiquement de 23% de R32, 25% de R125 et 52% de R134a (Pourcentages massiques), le R407A (20%, 40%, 40%) et le R407F (30%, 30%, 40%). L'ensemble des mélanges de R32, R125 et R134 étant désigné par « famille des fréons R407 », sous- famille de la famille constituée par tous les fréons parmi l'ensemble des fluides frigorigènes ou réfrigérants. Le R407A est notamment moins riche en R134a que le R407C.
« Huiles synthétiques » ou « huiles POE » : des huiles polyolester de synthèse utilisées à des fins de lubrification du compresseur d'une pompe à chaleur, notamment pour le chauffage ou le refroidissement des habitations, utilisant du R32, du R125 et du R134a dans la composition du fluide frigorigène utilisé par cette pompe. Ces huiles sont parfaitement miscibles, aux températures d'évaporateur et de condensation de la pompe avec le R32, le R125 et le R134a, afin permettre un retour d'huile mélangée à ces fréons en phase liquide, du condenseur à l'évaporateur de la pompe. Les fréons R32, le R125 et le R134a en phase gazeuse, sont aussi solubles dans ces huiles, de façon à assurer un retour en phase gazeuse du fréon de l'évaporateur au compresseur de la pompe et favoriser au mieux le transport de l'huile, notamment sous forme de brouillard d'huile chargée de fréon entre le compresseur et les échangeurs de chaleur de la pompe, c'est-à-dire l'ensemble constitué des deux éléments que sont l'évaporateur et le condenseur de la pompe.
« Disposé verticalement » : dans une pompe à chaleur en fonctionnement normal, désigne pour un renflement d'une conduite ou une tubulure d'une conduite, une orientation définissant une direction d'écoulement parallèle ou antiparallèle au champ de pesanteur terrestre. Cette notion désigne aussi une conduite ou une tubulure, dans laquelle les lois des écoulements diphasiques dans des tubes verticaux, s'appliquent préférentiellement aux lois des écoulements diphasiques horizontaux, du fait de son orientation. De la façon la plus générale, cette notion désigne aussi une conduite ou une tubulure présentant une pente pour un écoulement et qui n'est donc pas horizontale. La notion ne se limite donc pas, au sens de l'invention, à un parallélisme strict au champ de gravité d'une tubulure ou d'un renflement d'une conduite. Le circuit fermé comprend le compresseur 1 de fluide et un circuit de retour de fluide au compresseur. Le compresseur s'étend dans le circuit fermé entre l'entrée de fluide et la sortie de fluide, le circuit de retour s'étendant dans le circuit fermé, complémentairement au compresseur, entre la sortie de fluide et l'entrée de fluide. Le circuit de retour comprend le condenseur 2, le détendeur 3 et l'évaporateur 4. Ledit circuit de retour comprend ainsi une première conduite s'étendant entre la sortie de fluide et le condenseur, une deuxième conduite s'étendant entre le condenseur et le détendeur, une troisième conduite s'étendant entre le détendeur et l'évaporateur, et une quatrième conduite s'étendant entre l'évaporateur et l'entrée de fluide.
Selon l'invention, ledit circuit fermé comporte un premier renflement 5 d'une conduite du circuit de retour contenant des tubulures 50, le fluide comprenant un mélange d'un premier fréon R32 (difluorométhane), un deuxième fréon R125 (pentafluoroéthane) et un troisième fréon R134a
(1 ,1 ,1 ,2-tétrafluoroéthane), et le lubrifiant comprend une huile synthétique polyolester.
L'invention est décrite ci-dessous à titre d'exemple en référence à une figure 1 , qui représente une pompe à chaleur munie de deux renflements de conduite: un premier renflement de conduite 5, à tubulures 50, disposé entre une sortie de fluide du compresseur 1 de la pompe et un condenseur 2 de la pompe et un second renflement 6 sans tubulures disposé entre le condenseur 2 et le détendeur 3 de la pompe. La pompe possède aussi un évaporateur 4. Un seul renflement est toutefois aussi envisageable.
On peut par exemple utiliser une pompe à chaleur pour le chauffage de marque AIRWELL® et de puissance nominale 12kW.
L'invention peut aussi être réalisée avec une pompe à chaleur AIRMEC® de référence de modèle ANF 50 de puissance 15kW ou ANF 100 de puissance égale à 35kW. L'invention n'est donc pas limitée à un fabricant ou à un modèle particulier. La pompe peut utiliser un ensemble de conduites en cuivre de diamètre intérieur de quatorze millimètres (14 mm) formant un circuit fermé étanche aux gaz et aux liquides, le circuit fermé baignant dans l'atmosphère.
Dans ce circuit est inséré un compresseur 1 de référence ZB38KCE possédant une entrée de fluide et une sortie de fluide. En parcourant le circuit fermé à l'extérieur du compresseur, de la sortie de fluide ou refoulement du compresseur à l'entrée de fluide du compresseur ou aspiration, on rencontre en série dans le circuit fermé un premier renflement 5 à tubulures 50, un condenseur 2, un second renflement 6 sans tubulures, un détendeur 3 et un évaporateur 4.
Le premier renflement à tubulures est constitué, sur une première conduite de 14mm, par une augmentation locale du diamètre intérieur de la conduite ou premier renflement. Ce premier renflement 5 contient des tubulures internes 50, par exemple de sept tubes de diamètre intérieur 5mm pour un diamètre extérieur de 8,5mm, entourés par le premier renflement de la conduite. Le diamètre intérieur du renflement est adapté pour pouvoir enserrer les tubes et l'épaisseur du renflement est adaptée pour supporter la pression maximale spécifiée pour le fluide dans cette partie de la pompe.
Le diamètre intérieur du renflement est pour 7 tubes rangés de façon compacte, égal à 3 fois le diamètre extérieur d'un tube soit environ 25,5mm.
Pour un plus grand nombre de tubes, ce diamètre intérieur du renflement peut-être déduit comme étant le diamètre extérieur des tubes, serrés de façon compacte.
On choisira une somme des sections intérieures des tubes de 5mm égale à la section intérieure de la conduite de 14mm pour une pompe de
15kW et égale au double de la section intérieure pour une pompe de 35kW.
Dans le cas où une conduite de plus grande section intérieure serait à munir d'un renflement, on choisira un même rapport entre le diamètre des tubulures et le diamètre de la conduite que celui de ce premier mode de réalisation, soit ici un ratio égal à 14mm/5mm ou 2,8. La longueur des tubulures du premier renflement sera prise égale à environ 22 cm pour une pompe d'origine AERMEC® et 13 cm pour une pompe d'origine AIRWELL®
Le condenseur, élément connu, est rencontré dans le circuit à la suite du premier renflement.
Le second renflement est conçu pour opérer en phase liquide pour le fluide frigorigène et l'huile, il est par exemple identique au premier renflement mais il peut ou non comporter des tubulures, celles-ci n'ayant pas été reconnue indispensables pour l'obtention de l'effet de l'invention avec le second renflement présent dans le circuit en plus du premier renflement. Le second renflement est suivi, en aval, du détendeur. Le détendeur est un élément connu, opérant en phase principalement liquide, à son entrée, et conçu pour produire un mélange diphasique de gaz et de liquide dans le fonctionnement normal de la pompe à chaleur de l'invention.
Le détendeur est suivi en aval de l'évaporateur, élément connu.
Dans une utilisation en mode chauffage, la pompe est mise en contact au niveau de l'évaporateur avec l'atmosphère environnant une enceinte à chauffer et au niveau du condenseur avec un circuit de chauffage de l'enceinte.
Dans une utilisation en mode rafraîchissement, la pompe est mise en contact au niveau de l'évaporateur avec une enceinte à rafraîchir et au niveau du condenseur avec l'atmosphère environnant l'enceinte.
Des vannes fluidiques connues peuvent permettre de passer sur une action de l'utilisateur d'un mode chauffage à un mode rafraîchissement, si la pompe selon l'invention doit être réversible.
Le fréon choisi pour toutes les pompes est un fréon R407C ou R407A et l'huile est une huile EM KARATE® RL32-3 MAF, miscible avec le fréon choisi à toutes les températures d'opération.
D'une façon générale, pour la mise en œuvre de l'invention, on utilisera un fluide frigorigène ou réfrigérant et une huile qui sont miscibles l'un avec l'autre. La famille de fluide frigorigène constituée par les fréons de dénomination R407 et les huiles miscibles avec les fréons de cette famille constituent notamment un ensemble de fluides utilisables avec l'invention.
Indépendamment de l'explication du phénomène physique à l'origine de l'invention appliquée à une pompe du commerce modifiée par le premier renflement à tubulures et le second renflement et opérant avec un mélange d'huile EMKARATE® RL32-3 MAF et un mélange de R32, de R125 et de R134a, certaines indications ci-dessous observées par le demandeur lors de nombreuses expériences peuvent être utilisées par l'homme du métier pour reproduire, adapter ou étendre l'invention à d'autres mélanges de fluides frigorigènes et d'huile et concevoir grâce à son enseignement une pompe à chaleur de rendement thermodynamique amélioré.
Le principe général de l'invention est estimé à la date du brevet être la capacité à transporter l'huile d'une pompe à chaleur, sous forme d'une émulsion de gouttes d'huile, propice à augmenter les échanges thermiques dans le condenseur et dans l'évaporateur de la pompe. Les moyens de l'invention qui sont le premier et le second renflement tendent donc à régénérer ou à entretenir cette émulsion sous sa forme propice à améliorer le fonctionnement des échangeurs de chaleur (condenseur et évaporateur) de la pompe.
La présence de gouttes, prises comme synonymes de bulles (contenant du gaz) dans un milieu de transport gazeux ou de gouttes prises comme synonymes d' «antibulles » (bulles d'huile contenant du gaz) dans un milieu de transport liquide, est considérée comme fournissant des sites de nucléation à la condensation du milieu de transport ou à l'évaporation de ce milieu, favorisant les échanges thermiques, lors de ses changements de phase dans les échangeurs de la pompe.
Cette émulsion est estimée, en phase gazeuse, être un brouillard de gouttelettes formant une émulsion d'huile « monodispersée », dans une phase gazeuse, (c'est-à-dire de gouttelettes dont les valeurs de diamètres sont fortement centrés sur une valeur commune) de durée de vie suffisante pour atteindre le condenseur et y améliorer les échanges thermiques. L'invention utilise donc un premier moyen de former un brouillard d'huile entre le compresseur et le condenseur. Un moyen particulier est ainsi un moyen d'imposer une dépression à des gouttes d'huiles ayant absorbé un gaz frigorigène de transport en raison de la solubilité du gaz dans l'huile et provoquer l'apparition de bulles gazeuses dans les gouttes aptes à éclater en gouttelettes plus fines.
Cette émulsion est estimée, en phase liquide, être un mélange de gouttelettes d'huile formant une émulsion d'huile « monodispersée », dans une phase liquide, de durée de vie suffisante pour atteindre le détendeur, le traverser, atteindre l'évaporateur et y améliorer les échanges thermiques, pour retourner finalement au compresseur de façon régulière avec le temps et sous forme d'un brouillard d'huile de diamètre de gouttes d'huile régulier et en améliorer le rendement isentropique par une lubrification améliorée, par comparaison à une pompe du commerce.
L'invention utilise ainsi pour améliorer le COP d'une pompe à chaleur, un premier moyen de former un brouillard d'huile entre le compresseur et le condenseur et un second moyen de former une dispersion de gouttes d'huile en phase liquide entre le condenseur et le compresseur, ces gouttes pouvant éclater en gouttelettes ou en bulles au passage par le détendeur et atteindre l'évaporateur.
Les éléments de l'invention que sont le premier renflement à tubulures et le second renflement peuvent ainsi être adaptés par l'homme du métier pour atteindre ce but.
Seul le renflement à tubulures étant antérieurement connu en phase gazeuse avec un fréon quelconque et à titre de source secondaire de chaleur.
L'amélioration du rendement thermodynamique ou du COP de l'ensemble d'une pompe à chaleur utilisant un ou deux renflements , un fluide frigorigène particulier et une huile miscible avec le fluide, n'était donc pas attendu, dans l'art antérieur. L'effet obtenu permet d'envisager des utilisations de chauffage ou de rafraîchissement avec une pompe munie d'au moins un renflement. Cette amélioration est obtenue sans augmentation de température aux bornes du premier renflement utilisé seul qui ne fonctionne donc pas en source de chaleur secondaire.
Il a été ainsi possible avec l'invention d'observer avec du R407C avec un seul renflement à tubulures, une augmentation du COP de 27% à +7°C, sur une pompe AIRWELL®.
Avec du R407A, une augmentation de COP de 21 % a été obtenue à la même température.
Des résultats comparables en pourcentages de gain en COP ont été obtenus pour une pompe AERMEC® ANF 50 ou ANF 100.
Toutefois, avec un seul renflement, ce résultat d'amélioration du COP se dégrade en dessous de la température de +7°C lorsqu'un seul renflement est utilisé. Il devient notamment inutilisable en pratique à 0°C, le pourcentage de gain en COP devenant inférieur à 10%
Pour obtenir un gain en COP sur une plage étendue de -7°C à +7°C, on adjoint donc au premier renflement, le second renflement.
Dans ce cas, pour une machine de marque AIRWELL®, les caractéristiques d'augmentation de puissance thermique observées ont été les suivantes avec les deux renflements, aussi appelé kit de l'invention:
A) Machine AIRWELL® 12kW nominale - R407C et huile POE
A.1 ) Température 7°C : puissance constructeur 12,72 kW; puissance avec kit 16,1 ; Gain en COP 27%
A.2) Température 0°C : puissance constructeur 10,65 kW; puissance avec kit 14,24; Gain en COP 34%
A.3) Température -7°C : puissance constructeur 8,5 kW; puissance avec kit 1 1 ,67; Gain en COP 37%
B) Machine AIRWELL® 12kW nominale - R407A et huile POE
B.1 ) Température 7°C : puissance constructeur 12,67 kW; puissance avec kit 15,28; Gain en COP 21 %
B.2) Température 0°C : puissance constructeur 1 1 ,09 kW; puissance avec kit 13,65; Gain en COP 23% B.3) Température -7°C : puissance constructeur 9,03 kW; puissance avec kit 10,32; Gain en COP 14%
Des résultats comparables en pourcentages de gain en COP ont été obtenus pour une pompe AERMEC® ANF 50 ou une pompe ANF 100.
On constate donc que les deux renflements permettent d'assurer un gain de COP sur toute une plage de température et notamment les plus froides. On constate aussi que dans un mode préféré de l'invention on utilisera le R407C et une huile miscible avec lui comme une huile polyolester ou POE.
Ces résultats démontrent donc l'utilité de l'invention en termes d'économie d'énergie dans l'utilisation d'une pompe à chaleur.
Les éléments de ce premier mode sont exposés ci-dessous de façon plus détaillée.
Le premier renflement se compose sur sa longueur, en parcourant le circuit fermé à partir de la sortie de fluide du compresseur sur la première conduite joignant la sortie de fluide du compresseur au condenseur, d'une première zone d'augmentation de diamètre intérieur de la conduite, d'une deuxième zone de diamètre intérieur constant de la conduite et d'une troisième zone de diminution de diamètre intérieur de la conduite.
De façon connue, le changement de diamètre de la première zone peut être effectué par un premier cône dont l'angle au sommet permet, pour les conditions de fonctionnement fluidiques normales de la pompe, de causer un décollement des lignes de courant du fluide parcourant la pompe.
De façon connue, le changement de diamètre de la troisième zone peut être effectué par un second cône dont l'angle au sommet permet, pour les conditions de fonctionnement fluidiques normales de la pompe de ne pas causer un décollement des lignes de courant du fluide parcourant la pompe.
En tout état de cause, la deuxième zone du premier renflement sera avantageusement disposée verticalement, lorsque le fluide frigorigène sera un mélange de fréons et d'huile. Cette zone aura ainsi une disposition en cheminée ou une fonction de cheminée ou de conduit vertical pour le premier renflement, qui opère, normalement, avec un fluide frigorigène gazeux et des gouttes d'huile.
Cette disposition permettra un transfert de chaleur au condenseur et non une production de chaleur ne parvenant pas au condenseur en augmentant la durée de vie de l'émulsion de fréon et de gouttes d'huile après traversée par le fluide du premier renflement et en leur permettant d'atteindre le condenseur malgré la coalescence.
Une telle structure verticale permet, pour un fréon soluble ou un mélange de fréons solubles dans une huile présente en gouttes transportées avec le gaz, de nombreux effets simultanés aboutissant à créer ou à régénérer une émulsion stable dans le temps de gaz et d'huile, telle que celle produite classiquement par le compresseur, à sa sortie de refoulement, et dans laquelle les gouttes sont usuellement « polydispersées » ( i.e. largement variables autour d'une valeur centrale) en diamètre.
On peut citer parmi ces effets :
- une détente de Joule-Thomson dans le premier cône permettant pour la partie des gaz solubles dans les gouttes d'huile de former des bulles éclatant en gouttelettes plus petites que les gouttes et bien calibrées ;
- un décollement des lignes de courant du fluide provoquant un volume mort dans le premier cône au niveau duquel se créent des turbulences qui divisent les gouttes qui s'y trouvent transportées ;
- une sélection des gouttes par les tubes verticaux interdisant ou défavorisant la circulation de l'huile sous forme de film vers le condenseur, en provoquant des vagues le long des tubes et en produisant de l'écume de gouttelettes le long de ces tubes à partir d'un film d'huile sur les parois des tubes ;
- une sélection des gouttes par les tubes verticaux jouant le rôle d'un collimateur de la direction des gouttes et de leur masse, en favorisant le transport des gouttelettes plutôt que les gouttes, la masse des gouttes favorisant leur piégeage le long des tubes et leur transformation en écume de gouttelettes de façon connue en mécanique des fluides diphasiques dans des tubes verticaux ; - une tranquillisation de l'écoulement par les tubes et le second cône, permettant un transport des gouttelettes créées par le premier renflement vertical sans coalescence et avec des pertes de charge faibles jusqu'au condenseur qui suit le premier renflement dans le circuit.
Pour un mélange de gaz frigorigène et d'huile, l'homme du métier pourra modifier la longueur des tubes et leur diamètre pour obtenir un effet de division d'huile favorable à l'augmentation du rendement thermodynamique de la pompe, rendement ou COP mesuré par des moyens connus de l'art antérieur.
Notamment, un changement de la composition circulante du mélange introduit initialement dans le circuit fluidique pourra être un indice de fonctionnement de l'invention. Pour un mélange initial de R407C introduit, il sera possible d'observer des variations des compositions du mélange mesurées à la sortie du compresseur, au fil du temps en fonction des conditions de fonctionnement : température extérieure, température du circuit hydraulique, réglage du détendeur. La solubilité différentielle des composants du R407C dans l'huile étant variable, un piégeage de l'huile dans les tubes du premier renflement pourra aussi expliquer cette variation de composition circulante.
Toutefois, une telle variation qui change aussi la masse volumique du mélange circulant ne peut à elle seule expliquer une augmentation du COP, une augmentation de la puissance électrique nécessaire à la mise en mouvement de ce mélange plus lourd devant être fournie parallèlement. L'influence de la solubilité mutuelle de l'huile et des fréons est donc estimée un indicateur utile à la mise au point du premier renflement vertical pour les cas pratiques multiples de pompe selon l'invention fonctionnant avec le R407C ou ses variantes ou un mélange de R32, de R125 et de R134a dans des proportions non normalisées.
Il n'est pas exclu qu'un fréon particulier autre qu'un mélange de R32, de R125 et de R134a puisse aussi être utilisé selon l'invention dans la mesure où il serait constaté une augmentation de la puissance thermique du condenseur à l'introduction d'un premier renflement dans le circuit fluidique d'une pompe fonctionnant avec ce fréon particulier.
D'une façon plus générale, comme indiqué précédemment, un mélange particulier d'un fluide frigorigène quelconque (fréon ou non ) et d'une huile soluble avec le fluide frigorigène quelconque gazeux et miscible avec le fluide frigorigène quelconque liquide, aux températures de fonctionnement du circuit fermé d'une pompe à chaleur, mélange particulier qui permettrait d'observer une augmentation de la puissance thermique du condenseur à l'introduction d'un premier renflement à tubulures verticales entre le compresseur et le condenseur de la pompe à chaleur fonctionnant avec ce mélange particulier, serait conforme à l'enseignement de l'invention.
L'homme du métier en présence d'une telle augmentation, pourra ajuster la longueur des tubes ou ajuster la distance séparant le premier renflement du condenseur, dans le circuit fluidique, pour optimiser l'augmentation de puissance observée dans le condenseur, par exemple en mesurant la température d'un départ d'eau chaude d'un circuit de chauffage en contact thermique avec le condenseur. Il pourra aussi varier la verticalité des tubes en admettant un angle maintenant une pente aux tubes permettant l'écoulement de l'huile vers le bas, en maintenant un effet sur la puissance thermique du condenseur par rapport à une stricte verticalité.
Pour les couples de fluide frigorigène et d'huile conformes à l'invention et utilisant un mélange de R32, de R125 et de R134a les pourcentages d'amélioration de COP sont pour le R407C, R407A et R407F sont comme suit :
407C 407A 407F
Air Gain en Gain en Gain en ambiant COP COP COP
7°C 27% 21 % -3%
0°C 34% 23% 12%
-7°C 37% 14% 3%
Pour un fluide frigorigène général, mélange d'huile sous forme de gouttes d'huile et de gaz, comme des fréons en phase gazeuse, traversant le premier renflement, cette structure est conçue pour constituer un moyen de diviser régulièrement les gouttes d'huile avec pour résultat de former une émulsion de gouttes et de gaz suffisamment stable, en termes de durée de vie des gouttes, pour leur permettre d'atteindre le condenseur et former des sites de nucléation améliorant les échanges thermiques dans le condenseur et le rendement thermodynamique de la pompe. Pour un mélange moussant d'huile et de gaz, la même idée inventive générale d'un moyen de former une émulsion sera appliquée à la conception du premier renflement à tubulures mais au lieu d'une émulsion de gouttes dans un ou des gaz, on concevra le premier renflement pour former une émulsion de bulles dans le ou les gaz.
Un mode mixte pour lequel une émulsion de gouttes mais aussi de bulles d'huile soit formée par le premier renflement entre l'huile et les fréons présents dans la première conduite n'est pas exclue en fonction des propriétés de tension superficielle relative de l'huile et des fréons à la température et à la pression de fonctionnement du fluide dans la première conduite.
L'invention a été testée avec des mélanges des fréons R32, de R125 et de R134a induits par une introduction de R407C et une huile particulière E M KARATE® RL32-3 MAF dans le circuit d'une pompe modifiée par le premier renflement disposé verticalement et disposant du second renflement.
Un fluide frigorigène quelconque et une huile soluble et miscible avec ce fluide, produisant une augmentation de la puissance thermique du condenseur dans le même circuit serait conforme à l'enseignement de l'invention, cette augmentation étant un critère de l'invention. Le résultat de l'invention est cependant obtenu lorsque cette augmentation de puissance est obtenue simultanément à une augmentation de COP. L'homme du métier pourra donc parmi les couples de fluide frigorigène et d'huile provoquant une augmentation de la puissance thermique déterminer en introduisant le second renflement, les couples qui provoquent une augmentation du COP.
Notamment, pour les fréons, une huile synthétique polyolester ou « POE » famille comprenant des huiles connues pour être miscible avec les fréons en phase liquide et dans laquelle les fréons en phase gazeuse sont solubles, serait conforme à l'enseignement de l'invention avec les fréons.
Dans un second mode de réalisation de l'invention, le fonctionnement d'une pompe à chaleur AERMEC® ANF 50 du commerce modifiée selon l'invention est détaillé en termes de pression et de température dans la pompe.
Un compresseur (référencé ZB38KCE) est utilisé. Ce compresseur est de technologie dite « Scroll » et il refoule un mélange d'une huile polyolester E M KARATE® RL32-3 MAF, de R32 gazeux, de R125 gazeux et R134a gazeux à une température de T = 87 °C et une pression de P = 18 bars.
L'huile est considérée sous forme liquide dans tout le circuit fermé aux températures et pressions mentionnées.
Le premier renflement est vertical et en fluide montant, il voit P = 18 bars et T = 84 °C en entrée et P = 18 bars et T = 84 °C en sortie. Le mélange de R32, de R125 et R134a est gazeux en sortie. Il n'existe donc pas, en fonctionnement normal dans ce mode de réalisation, d'augmentation de température en sortie du premier renflement par rapport à son entrée, et ce renflement ne fonctionne donc pas comme source de chaleur.
Le condenseur voit P = 18 bars et T = 84 °C en entrée et en sortie P = 18 bars et T = 45 °C. Le mélange de R32, de R125 et R134a est liquide en sortie.
Le second renflement est vertical descendant et voit P = 18 bars et T = 45 °C en entrée et P = 18 bars et T = 45 °C en sortie. Le mélange de R32, de R125 et R134a est liquide en sortie, avec des périodes diphasiques liquide-gaz, où des bulles apparaissent. Il n'existe donc pas, en fonctionnement normal dans ce mode de réalisation, d'augmentation de température en sortie du second renflement par rapport à son entrée, et ce renflement ne fonctionne donc pas comme source de chaleur.
Le détendeur voit P = 7 bars, T = 13°C en sortie. Le mélange de R32, de R125 et R134a est diphasique liquide-gaz en sortie.
L'évaporateur voit P = 7 bars et T = 13°C en entrée. Le mélange de R32, de R125 et R134a est gazeux en sortie. Le compresseur aspire un mélange d'huile EMKARATE RL32-3 MAF, de R32, de R125 et R134 à P = 4 bars et T = 5 °C.
Pour cette configuration, les gains en COP sont comparables à ceux d'une machine de marque AIRWELL® mentionnés précédemment pour le premier mode, sur la plage de température allant de -7°C à +7°C.
L'invention est susceptible d'application industrielle dans le domaine des pompes à chaleurs et des climatiseurs.
Diverses modifications sont à la portée de l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention tel que décrit dans les revendications annexées.

Claims

Revendications
1 . - Pompe à chaleur comprenant un circuit fermé contenant un fluide frigorigène et un lubrifiant, le circuit fermé comprenant un compresseur (1 ) de fluide et un circuit de retour de fluide au compresseur, le compresseur s'étendant dans le circuit fermé entre une entrée de fluide et une sortie de fluide, le circuit de retour s'étendant dans le circuit fermé, complémentairement au compresseur, entre la sortie de fluide et l'entrée de fluide, le circuit de retour comprenant un condenseur (2), un détendeur (3) et un évaporateur (4), ledit circuit de retour comprenant une première conduite s'étendant entre la sortie de fluide et le condenseur, une deuxième conduite s'étendant entre le condenseur et le détendeur, une troisième conduite s'étendant entre le détendeur et l'évaporateur, et une quatrième conduite s'étendant entre l'évaporateur et l'entrée de fluide, caractérisé en ce que ledit circuit fermé comporte un premier renflement (5) d'une conduite du circuit de retour contenant des tubulures (50), en ce que le fluide comprend un mélange d'un premier fréon R32 (difluorométhane), d'un deuxième fréon R125 (pentafluoroéthane) et d'un troisième fréon R134a (1 ,1 ,1 ,2- tétrafluoroéthane), et en ce que le lubrifiant comprend une huile synthétique polyolester.
2. - Pompe selon la revendication 1 , dans laquelle le circuit fermé comprend un second renflement (6) d'une conduite du circuit de retour.
3. - Pompe selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ledit premier renflement (5) est disposé sur ladite première conduite.
4. - Pompe selon les revendications 2 et 3, dans laquelle ledit second renflement (6) est disposé sur ladite deuxième conduite.
5. - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'huile synthétique polyolester est de classe ISO VG 32.
6. - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le fluide frigorigène est un fréon R407C.
7. - Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans laquelle le fluide frigorigène est un fréon R407A.
8. - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle lesdites tubulures (50) sont disposées verticalement.
9. - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit premier renflement (5) est disposé verticalement.
10. - Pompe selon la revendication 9, dans laquelle ledit premier renflement (5) est disposé verticalement et en fluide montant.
1 1 . - Pompe selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications 3 à 10, dans laquelle ledit second renflement est disposé verticalement.
12. - Utilisation d'une pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, à des fins de chauffage d'une enceinte, dans laquelle l'évaporateur est mis en contact thermique avec l'extérieur de l'enceinte et le condenseur est mis en contact thermique avec l'intérieur de l'enceinte pour améliorer le rendement thermodynamique de l'opération de chauffage.
13. - Utilisation d'une pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , à des fins de rafraîchissement d'une enceinte, dans laquelle l'évaporateur est mis en contact thermique avec l'intérieur de l'enceinte et le condenseur est mis en contact thermique avec l'extérieur de l'enceinte pour améliorer le rendement thermodynamique de l'opération de rafraîchissement.
14. - Utilisation selon la revendication 12 ou 13, dans laquelle ledit fluide frigorigène est montant dans ledit premier renflement.
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