FR2469679A1

FR2469679A1 - Appareil de climatisation, en particulier pompe a chaleur

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Publication number: FR2469679A1
Application number: FR8023117A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-11-17
Filing date: 1980-10-29
Publication date: 1981-05-22
Also published as: DE2946466C2; BE886168A; CH649371A5; DE2946466A1; FR2469679B3

Abstract

A.APPAREIL DE CLIMATISATION COMPORTANT DANS UN CIRCUIT D'AGENT FRIGORIFIQUE UN COMPRESSEUR, UN CONDENSEUR, UNE SOUPAPE DE DETENTE ET UN EVAPORATEUR AINSI QU'UN ECHANGEUR DE CHALEUR TRAVERSES TOUS DEUX PAR UN MILIEU (AIR PAR EXEMPLE). B.UN ECHANGEUR DE CHALEUR DE CHAUFFAGE 19 EST PREVUE ENTRE LE COMPRESSEUR 10 ET LE CONDENSEUR 11 DANS LE CIRCUIT DE L'AGENT FRIGORIFIQUE. DE PLUS, L'ECHANGEUR DE CHALEUR CONNU 18 EST PLACE ENTRE LE CONDENSEUR 11 ET LE DETENDEUR 12, AVANT L'EVAPORATEUR 13. UN ECHANGEUR DE CHALEUR SUPPLEMENTAIRE 27 RECUPERE LA CHALEUR DISSIPEE PAR LA COMPRESSION. C.L'APPAREIL PEUT FONCTIONNER COMME POMPE A CHALEUR, MEME EN HIVER.

Description

La présente invention concerne un appareil de climatisation, en particulier une pompe à chaleur, comportant - dans un circuit d'un agent frigorifique - un compresseur, un condenseur, un détendeur ( vanne de détente) et un évaporateur, ainsi qa'unéchangeur de chaleur adjoint à l'évaporateur, de préférence intégré dans celui-ci, qui se trouve en échange de chaleur avec l'évaporateur, l'évaporateur et l'échangeur de chaleur étant traversés par un agent ou milieu, en particulier par de l'air.

Dans un appareil de climatisation connu, utilisé comme les dispositifs de conditionnement d'air, on place dans le circuit de l'agent frigorifique, après le compresseur, dans l'ordre, un condenseur, un détenteur et un évaporateur. L'agent frigorifique est comprimé de manière connue dans le compresseur, ce qui provoque un fort échauffement, après quoi il est envoyé au condenseur. Ici, l'agent frigorifique comprimé se refroidit en libérant de la chaleur et se liquéfie. L'agent frigorifique liquide qui sort du condenseur est envoyé vers le détenteur oû il se détend brusquement et dans l'évaporateur où il s'évapore en absorbant de la chaleur. On retire de la chaleur de l'air qui traverse l'évaporateur et cet air est ainsi refroidi.

Comme lors du refroidissement d'air humide en dessous du joint de congélation il se forme du givre ou de la glace sur les surfaces de refroidissement, on fait parcourir pendant un court laps de temps l'échangeur de chaleur adjoint a l'évaporateur par de la vapeur ou de l'eau de chauffage afin de réchauffer l'évaporateur et de dégeler la glace qui s'est déposée.

Grâce a cet intervalle de dégel, on cherche à empêcher le givrage de l'évaporateur, une réduction concomitante de l'efficacité du refroidissement par une résistance croissante de l'air et, dans l'ensemble, un abaissement du rendement ou du coefficient de performance de l'appareil de climatisation. Toutefois, ce résultat n'est atteint que lorsque, après l'opération de dégel et l'arrêt de l'introduction de la vapeur ou de l'eau de chauffage, tous les résidus de vapeur ou d'eau sont complètement éliminés de l'échangeur de chaleur. S'il n'en est pas ainsi, ceux-ci se gèlent, obstruent le système tubulaire de l'échangeur chaleur et suppriment l'efficacité de cet élément. Or, il s'avère que l'élimination des résidus de vapeur ou d'eau constitue une opération difficile qui exige d'exposer des frais importants d'ordre technique.

Indépendamment de ces inconvénients, même avec un échangeur de chaleur fonctionnel, le rendement ou le coefficient de performance de l'appareil de climatisation connu ne donne pas satisfaction. De plus, il se fait qu'un tel appareil de climatisation ne peut être employé que de manière limitée comme pompe a chaleur servant à retirer de la chaleur de l'air extérieur pour réaliser un chauffage. Déjà à des températures inférieures à environ 3 - 50C, le gain d'énergie par prélèvement de chaleur de l'air extérieur est très peu important et la pompe à chaleur n'est pas économique. Par conséquent, l'appareil de climatisation connu peut être utilisé sensément dans nos latitudes que pour le refroidissement ou encore pour réchauffer l'eau sanitaire, mais pas pour le chauffage en hiver, d'une habitation par exemple.

La présente invention vise à procurer un appareil de climatisation du genre indiqué plus haut ayant un rendement ou un comfficient de performance sensiblement amélioré, grace auquel pour une consommation d'énergie égale ou moins importante on améliore le rendement du chauffage et/ou du refroidissement et qui peut être particulièrement utilisé économiquement - même en hiver - camme pompe à chaleur.

Ce résultat est obtenu, dans un appareil de climatisation du type indiqué dans le préambule, par le fait que l'échangeur de chaleur est placé dans le circuit de l'agent frigorifique entre le condenseur et le détendeur et est parcouru par l'agent frigorifique. I1 est avantageux que cet échangeur de chaleur vu dans le sens dè la circulation du milieu, l'air par exemple, soit placé avant l'évaporateur, de préférence en une position substantiellemept parallèle aux surfaces d'évaporation de celui-ci.

Dans l'appareil de climatisation de la présente invention, l'agent frigorifique condensé qui sort du condenseur passe avant sa détente dans la soupape de détente par l'échangeur de chaleur conforme à l'invention, lequel est traversé par le même agent ou milieu, par exemple de l'air, que l'évaporateur. De cette manière, la chaleur résiduelle assez importante qui se trouve encore dans l'agent frigorifique condensé est cédée au milieu susdit, par exemple à l'air, et la température de l'agent frigorifique condensé est encore abaissé davantage. On obtient ainsi deux effets surprenants.D'une part, la température de sortie de l'agent frigorifique lors de la détente dans la soupape de détente et lors de l'évaporation subséquente dans l'évaporateur est sensiblement plus basse que dans l'appareil de climatisation connu. I1 en résulte que la témpérature de l'évaporateur est abaissée, de sorte qu'il peut retirer plus de chaleur du milieu, par exemple de l'air, qui le traverse et que celui-ci est plus fortement refroidi. D'autre part, cette chaleur résiduelle cédée au milieu, par exemple à l'air, dans l'échangeur de chaleur n'est pas perdue mais est recédée par la suite à l'agent frigorifique dans l'évaporateur.Cela permet, d'une part, de faire fonctionner l'appareil de climatisation comme pompe à chaleur avec l'air extérieur comme milieu, même à de très basses températures, et d'autre part d'obtenir une récupération d'6ner- gie importante à partir du circuit d'agent frigorifique.

Ceci peut s'expliquer clairement par un exemple.

Lorsque la température de condensation de l'agent frigorique comprimé dans le condenseur est d'environ 550C, l'agent frigorifique envoyé à l'échangeur de chaleur a une température résiduelle d'environ 400C. Lors de l'introduction correspondante de quantités d'air extérieur froid, dont la température peut par exemple être inférieure à OOC, la température de l'agent frigorifique dans l'échangeur de chaleur peut pratiquement être abaissée jusqu'à la température de l'air extérieur qui passe par l'échangeur de chaleur, de sorte que la température de sortie subséquente de l'agent frigorifique lors de l'évaporation dans l'évaporateur, ce que l'on appelle la température d'évaporation, est à peu près égale à la température de l'air extérieur.

L'obtention supplémentaire d'énergie dans l'appareil de climatisation utilisé comme pompe à chaleur est donc importante en comparaison d'une pompe à chaleur-traditionnelle. De cette manière on améliore sensiblement le rendement ou le coefficient de performance de l'appareil de climatisation ainsi que la possibilité d'application de cet appareil comme pompe à chaleur, application qui peut aussi être exploitée en hiver sous nos latitudes. L'appareil de climatisation utilisé comme pompe à chaleur fonctionne encore à des températures de l'ordre de - 100C en procurant de l'énergie à partir de l'air ambiant.

Des formes d'exécution de l'invention particulièrement avantageuses sont données ci-dessous: 10) l'évaporateur est équipé d'un autre échangeur de chaleur
qui se trouve en échange de chaleur avec lui et qui est
parcouru au moins temporairement par un agent de chauffa
ge , cet échangeur étant placé de préférence parallèlement
aux surfaces d'évaporation de l'évaporateur, 20) l'autre échangeur de chaleur dont il est question en 10
ci-dessus est raccordé en circuit fermé à un réservoir
d'agent de chauffage qui se trouve en échange de chaleur
avec un échangeur de chaleur de chauffage parcouru par
l'agent frigorifique placée dans le circuit de l'agent
frigorifique entre le compresseur et le condenseur, 30) ledit échangeur de chaleur de chauffage mentionné en 20
peut se trouver dans le réservoir d'agent de chauffage
et entre sur toute sa surface directement en contact avec
cet agent, 40) dans le cas repris en 29 et/ou 30 ci-dessus, on peut
prévoir une pompe de circulation et de préférence une
soupape, par exemple une soupape à aimant électro-vanne,
dans le circuit de l'agent de chauffage, 50) dans le cas repris en 40, ladite soupape et/ou la pompe
de circulation sont commandées en fonction de la pression
du milieu sortant de l'évaporateur, en particulier l'air,
et ce de préférence de telle manière que la soupape,
normalement fermée, qui obstrue le circuit de l'agent de
chauffage ou la pompe de circulation mise hors de fonction
nement sont respectivement ouverte et mise en-action quand
la pression n'atteint plus une valeur prédéterminée, 6 ) dans les cas repris en 40 ou 50, on peut prévoir un
interrupteur de manoeuvre qui arrête le fonctionnement du
compresseur lors de la fentleture de ladite soupape ou de
la mise en fonctionnement de la pompe de circulation, et
vice versa, 7Q) dans le cas repris en 60, on peut prévoir une boîte de
mesure de la pression connectée à l'interrupteur de manoeu
vre dans la zone de sortie du milieu, de l'air par exemple,
de l'évaporateur, l'interrupteur étant raccordé au compres
seur, à la soupape et à la pompe de circulation, 8t) dans les cas repris en 20 à 79, l'agent de chauffage peut
être une huile de chauffage, de préférence du glycol.

Ces formes d'exécution mentionnées aux points 10 à 80 peuvent être appliquées isolément ou en combinaison. Grâce à ces mesures1 le rendement ou le coefficient de performance de l'appareil de climatisation de l'invention reste invariablement bon, meme si l'air extérieur qui circule dans I'évaporateur est relativement humide et si les températures extérieures sont basses. L'energie nécessaire pour le dégivrage de l'évaporateur est extraite du circuit d'agent frigorifique lui-même, de sorte que l'on peut se dispenser des sources d'énergie supplémentaires auxquelles il faut faire appel avec le refroidisseur d'air comme décrit antérieurement.La dépense d'énergie nécessaire pour le dégivrage de l'évaporateur est sensiblement moins élevée que dans le cas du refroidisseur d'air connu, surtout du fait que énergie soustraite du circuit d'agent frigorifique via l'échangeur de chaleur de chauffage est renvoyée à celui-ci après la remise en fonctionnement du compresseur. Le besoin en énergie n'est que d'environ l/lo de celle qui etait nécessaire pour dégivrer l'évaporateur dans tous les procédés connus jusqu'à présent.Les mesures reprises dans les points 50 à 70 permettent d'exécuter l'opération de dégivrage de manière complètement automatique sans qu'il soit nécessaire de surveiller l'appareil de climatisation, ni d'effectuer une intervention spéciale dans cet appareil
Une forme d'exécution particulièrement avantageuse de 1 invention consiste à pourvoir 1 wvaporateur deun échangeur de chaleur supplémentaire qui se trouve en échange de chaleur avec celui-ci et qui est parcouru par un liquide de refroidissement, de préférence une huile de refroidissement, d'un moteur électrique, de préférence un moteur à induction, commandant le compresseur.

Cette variante est particulièrement avantageuse si on l'applique en combinaison avec les formes d'exécution ci-après; l'échangeur de chaleur supplémentaire dont question ci-avant,
vu dans le sens de la circulation du milieu, en particulier
de l'air, est placé avant lteaporateur et de préference de
telle manière que le premier échangeur de chaleur et l'échan-
geur supplémentaire soient disposés l'un au-dessus de l'autre
et coiffent à peu près la face frontale de l'évaporateur vu
dans le sens de la circulation du milieu, en particulier de
l'air, - le liquide de refroidissement circule dans un circuit fermé
qui traverse ou qui longe l'enveloppe du compresseur, de
préférence la tête de cylindre de celui-ci , ladite enveloppe
ou tête de cylindre étant de préférence disposée après le
moteur électrique dans le circuit- de refroidissement
Ces mesures permettent d'augmenter considérablement le rendement ou le coefficient de performance de l'appareil de climatisation.

Les dissipations de puissance du moteur électrique et de la tête de cylindre du compresseur s'élèvent approximativement à 20-25 % de l'énergie mise en oeuvre. Cette perte de puissance est entièrement ramenée au circuit de l'agent frigorifique gracie à l'échangeur de chaleur supplémentaire prévu par la présente invention, sans que le volume de fonctionnement possible du compresseur soit réduite pour autant.

Dans les cas des compresseurs de réfrigération hermétiques ou semi-hermétiques ou des réfrigérateurs à compression il était connu jusqu'ici de céder directement la puissance dissipée à l'agent frigorifique gazeux entrant dans le compresseur.

Du fait de cette absorption de chaleur effectuée immédiatement en amont du compresseur, le volume de fonctionne ment du compresseur est réduit. Par contre, dans le cas de l'appareil de climatisation de l'invention, la puissance dissipée dans le compresseur n'est pas immédiatement cédée à l'agent frigorifique gazeux, mais est reprise par l'huile de refroidissement du moteur qui circule dans la tête de cylindre du compresseur. De son c5té, l'huile de refroidissement du moteur cède la chaleur absorbée dans l'échangeur de chaleur suppléntentaire au milieu qui traverse celui-ci, par exemple l'air. L'air réchauffé est de nouveau refroidi dans l'Xvapo- rateur, de sorte que la puissance dissipée totale du moteur et du compresseur est reprise par l'évaporateur et est transformée en énergie utile.Comme, par cette opération, l'agent..

frigorifique gazeux n'est pas - et de loin - chauffé dans l'évaporateur à une température aussi élevée que dans le cas connu de la cession directe de la puissance dissipée dans le compresseur à l'agent frigorifique gazeux entrant dans le coeapresseur, le volume de fonctionnement possible du compresseur ngest pas réduit ou n'est réduit que dans une faible mesure. Cela signifie que, contrairement au cas des compresseurs de réfrigération semi-hermétiques ou tout à fait hermé- tiques connus, le volume de fonctionnement du compresseur peut être encore augmenté - comme cela est nécessaire - lorsque les températures extérieures s'abaissent.

Dans une forme d'exécution particulièrement avanta-geuse, relative aux trois dernières variantes indiquées, le moteur électrique comporte au moins deux étages de commutation rotative pouvant être enclenchés à volonté et est conçu de telle façon que la réduction de la vitesse entraine une réduction de la puissance absorbée du moteur. Pour cette variante, il est particulièrement opportun que le moteur électrique consiste en un moteur à induction comportant pour chaque étage de commutation rotative un bobinage séparé. De cette manière, la durée de vie du compresseur - généralement limitée - est considérablement augmentée car pendant les saisons à tempéra tures extérieures relativement élevées on peut faire fonction ner le compresseur à petite vitesse et on n enclenche la grande vitesse pour élever le volume de fonctionnement, que pendant les saisons caractérisées par de basses températures extérieures, I1 s'est avéré que déjà avec un compresseur comportant deux vitesses, par exemple 700 et 1400 tours par minute, la durée de vie du compresseur est sensiblement augmentée et qu'elle est à peu près doublée.

I1 est tout particulièrement avantageux, pour réaliser cette variante, que le moteur électrique consistant en un moteur à induction soit muni de deux bobinages séparés donnant chacun un étage de vitesse. De cette manière, le changement de la vitesse du moteur modifie dans la même proportion sa puisance absorbée. Contrairement au bobinage Dalander connu, la réduction de la vitesse n'exerce pas ici une influence défavorable sur le rendement ou le coefficient de performance de l'appareil de climatisation. La puissance d'absorption du moteur à induction s'adapte automatiquement à la nouvelle vitesse. Au surplus, on obtient aussi l'avantage supplémentaire que lors de la mise en fonctionnement du compresseur on enclenche toujours en premier lieu la plus petite vitesse et on ne passe que par la suite à une vitesse plus élevée.Cela a pour résultat de réduit re les variations de pression qui se manifestent lors du démarrage du compresseur,ce qui permet de se dispenser de coûteux dispositifs de décharge au démarrage dans le circuit de l'agent frigorifique.

Grâce à lélimination des puissances dissipées dans le moteur électrique et dans le compresseur par l'échangeur de chaleur supplémentaire disposé dans Ilévaporateur, il est possible dlutiliser beaucoup plus adéquatement le moteur et de réduire, ainsi, le volume de l'ensemble- compresseur/moteur électrique.

Pour toutes les variantes de réalisation de l'invention exposées ci-avant, il peut être avantageux de disposer le condenseur dans un réservoir de liquide, de préférence un récipient contenant de l'eau, afin qu'il se trouve sur toute sa surface en contact immédiat avec le liquide, de préférence l'eau.

L'invention est décrite d'une manière plus détaillée ci-apres, par un exemple d'exécution représenté dans le dessin annexé. La figure unique de ce dessin donne une représentation schématique d'un appareil de climatisation qui convient pour être utilisé comme pompe à chaleur à l'aide de laquelle on peut prélever de la chaleur de l'air ambiant.

L'appareil de climatisation comporte, de manière connue, un circuit d'agent frigorifique 32 comprenant un compresseur 10, un condenseur 11, un détendeur 12 et un évaporateur 13.

L'évaporateur 13 est subdivisé en surfaces d'évaporation séparées 131, 132, 133 gui sont raccordées en parallèle au circuit d'agent frigorifique 32. L'agent frigorifique qui se détend dans le détendeur 12 est réparti par un distributeur 33 entre les diverses surfaces d'évaporation 131 - 133 et est de nouveau recueilli dans le collecteur 14. Le compresseur 10 est commandé par un moteur électrique 15 qui consiste en un moteur à induction. Ce moteur 15 comporte deux étages de vitesse pouvant être enclenchés à volonté et qui sont conçus de telle manière que la réduction du nombre de tours conduit à une réduction de la puissance absorbée.A cet effet, le moteur à induction 15 à commutation de polarité comprend deux bobinages séparés 16, 17 correspondant respectivement à un faible nombre de tours (par exemple 700 tours/minute) et à un nombre de tours élevé par exemple 1400 tours/minute). Grâce à ce type de commutation de polarité e t, par conséquent, à ce type de commutation de vitesse, on est certain que la commutation de vitesse se modifie dans la même proportion que la puissance dissipée du moteur; le rendement du moteur, qui est donc indépendant de l'étage de vitesse enclenché, reste essentiellement uniforme et efficace.

Dans le circuit d'agent frigorifique, entre le condenseur 11 et la soupape de détente 12, se trouve un échangeur de chaleur 18 adjoint à l'évaporateur 13 et de préférence intégré dans celui-ci, cet échangeur tant parcouru par l'agent frigorifique. L'air qui traverse l'évaporateur 13, représenté dans le dessin par des flèches, traverse aussi l'échangeur de chaleur 18. Celuiaci est placé, par rapport au sens de circulation de lgairg avant lévaporateur 13 comportant les surfaces diivaporation 131 à 133 et de préférence parallèlement à ces dernières de telle maniere que l'air qui arrive à l'évaporateur 1: rencontre d'ahord l'échangeur de chaleur 18 et y absorbe la chaleur cédée par l'agent frigorifique dans l'échangeur de chaleur 18.

Entre le compresseur 10 et le condenseur 11 se trouve encore un échangeur de chaleur de chauffage 19 parcouru par l'agent frigorifique. Le circuit total de l'agent frigorifique 32 comprend donc les éléments suivants raccordés les uns aux autres, dans l'ordre mentionné, par des conduites tubule res: compresseur 10, échangeur de chaleur de chauffage 19, condenseur 11, échangeur de chaleur 18; détendeur 12, distributeur 33, évaporateur 13 comprenant les surfaces d'évaporation parallèles 131 - 133, et collecteur 14. L'agent frigorifique circule dans ces éléments dans l'ordre indiqué, ainsi qu'on l'a représenté dans le dessin par les pointes des flèches, et est de nouveau amené du collecteur 14 au compresseur 10.

L'échangeur de chaleur de chauffage 19 se trouve enéchange de chaleur avec un réservoir d'agent de chauffage 20 et, en fait, cet échangeur de chaleur de chauffage 19 est disposé dans le réservoir d'agent de chauffage 20 même et est en contact direct sur toute sa surface avec l'agent de chauffage qui peut être une huile de chauffage, par exemple du glycol.

Le réservoir d'agent de chauffage 20 fait partie du circuit fermé 22 de l'agent de chauffage, dans lequel se trouve un autre échangeur de chaleur 21. L'autre échangeur de chaleur 21 parcouru par l'agent de chauffage est également adjoint à l'évaporateur 13 et est de préférence intégré dans celui-ci; il est en échange de chaleur avec l'évaporateur. Dans l'exemple d'exécution décrit ici, l'autre échangeur de chaleur 21 presente deux surfaces d'échange de chaleur 211 et 212 qui sont placées entre les trois surfaces d'évaporation 131 - 133, parallèlement à celles-ci. De cette manière, toutes les surfaces d'évaporation 131 - 133 peuvent être alimentées en chaleur au moyen des surfaces d'échange de chaleur 211 et 212. Le circuit d'agent de chauffage 22 comprend une pompe de circulation 23 et une soupape à aimant électro--vanne 24. La mise en fonctionnement et l'interruption du fonctionnement de la pompe de circulation 23 et la commande de la soupape à aimant 24 s'effectuent au moyen d'un commutateur 25 au moyen duquel on peut en même temps enclencher ou déclencher le moteur électrique 15. le commutateur 25 est conçu de telle manière que la mise en fonctionnement de la pompe de circulation 23 et la mise en fonctionnement simultanée de la soupape à aimant 23 déconnectent le moteur électrique 15 et par conséquent le compresseur 10, et vice versa.Le commutateur 25 est raccordé à une boite de mesure de pression 26 placée dans la zone de sortie de l'air de l'évaporateur 13 et est commandé par cette boite de telle manière que la pompe de circulation 23 et la soupape à aimant 24 soient mises en fonctionnement ou hors de fonctionnement en fonction de la pression de l'air qui sort de l'évaporateur 13 et ce de telle façon que la pompe de circulation 23, normalement hors de foonctionnement, et la soupape à aimant 24 normalement ouverte destinée à obstruer le circuit de l'agent de chauffage 21, démarre ou s'ouvre lorsque l'air sortant de l'évaporateur 13 a une pression inférieure à une valeur prédéterminée. I1 est possible également de munir le commutateur 25 d'un système temporisé qui, après enclenchement du commutateur 25 par la boite de mesure de pression 26 et par conséquent arrêt du moteur électrique 15, mise en fonctionnement de la pompe de circulation 23 et fermeture de la soupape à aimant 24, provoque le renversement de marche du commutateur 25 par lequel la pompe de circulation 23 est de nouveau arrêtée, la soupape à aimant est de nouveau ouverte et le moteur électrique 15 ainsi que le compresseur 10 sont de nouveau mis en fonctionnement.

L'évaporateur 13 est encore muni d'un échangeur de chaleur supplémentaire 27 qui se trouve en échange de chaleur avec lui et qui est parcouru par un liquide de refroidissement du moteur électrique 15. Vu dans le sens de la circulation de l'air, cet échangeur de chaleur supplémentaire 27 est, comme le premier échangeur de chaleur 18, disposé avant l'évaporateur 13. En outre, le premier échangeur de chaleur 18 et l'échangeur de chaleur supplémentaire 27 sont disposés l'un au-dessus de l'autre et, vus dans le sens de la circulation de l'air, coiffent la face frontale de l'évaporateur 13, se trouvent donc immédia- tement devant la surface de l'évaporateur 131 et coSncident donc à peu près avec celleoci.

Le liquide de réfrigération ou l'huile de refroidissement du moteur électrique 15 circule dans un circuit fermé 28 dans lequel se trouve l'échangeur de chaleur supplémentaire 27 et qui est amené par la tête de cylindre 29 du compresseur 10.

Dans le circuit de refroidissement 28, la tête de cylindre 29 est située en aval du moteur électrique 15 de sorte que les importantes pertes par surchauffe qui se produisent dans la tête de cylindre 29 du compresseur 10 peuvent encore être reprises supplémentairement par l'huile de refroidissement qui est déjà chauffée dans le moteur électrique 15 par la chaleur de perte de celui-ci. Le circuit de refroidissement 28 peut encore être amené également sur l'enveloppe du compresseur 10.

Le condenseur 11 se trouve dans un réservoir de liquide qui se présente ici sous la forme d'un récipient d'eau 30 et est immédiatement plongé dans le liquide, ici de l'eau.

Le réservoir de liquide est raccordé à un circuit d'eau 31.

De l'eau froide est amenée au réservoir d'eau 30, réchauffée par le condenseur 11 et retirée du réservoir d'eau 30. L'eau réchauffée peut être utilisée dans des installations de chauffage par le sol ou comme eau de consommation.

Le mode de fonctionnement de l'appareil de climatisation décrit ci-dessus, utilisé comme pompe à eau, est le suivant:
L'agent frigorifique chaud comprimé dans le compresseur 10 arrive d'abord dans l'échangeur de chaleur de chauffage li. Comme on l'a expliqué plus haut, au cours du fonctionnement du compresseur 10 la pompe de circulation 23 et la soupape à aimant 24 du circuit de l'agent de chauffage 22 sont hors service. Au bout de peu de temps, l'agent de chauffage ou l'huile de chauffage se trouvant dans le réservoir d'agent de chauffage 20 est chauffé à la température de l'agent frigorifique qui sort du compresseur 10, de sorte que ce dernier ne cède plus de chaleur à l'agent de chauffage.Après avoir quitté l'échangeur de chaleur de chauffage 19, l'agent frigorifique traverse le condenseur 11 et cède une grande partie de son énergie calorifique à l'eau froide qui passe dans le réservoir d'eau 30. De cette manière, l'agent frigorifique est fortement refroidi et condensé. Toutefois, la température de l'agent frigorifique liquide qui sort du condenseur 11 est toujours d'environ 35 à 400C suivant la température de condensation régnant dans le condenseur 11.L'agent frigorifique liquide passe maintenant dans l'échangeur de chaleur 18 et cède une partie importante de sa chaleur à l'air qui est en contact avec l'échangeur de chaleur 18. L'air, qui est directement aspiré du milieu ambiant au moyen des ventilateurs et qui se trouve à une température correspondante à la température extérieure, se réchauffe.

La chaleur de surchauffe présente dans la tête de cylindre 29 lors du fonctionnement du compresseur 10 et la puissance dissipée du moteur à induction 15 sont absorbées par le liquide ou l'huile de refroidissement dans le moteur électrique 15 et dans la tête de cylindre 29 du compresseur et sont amenées par le circuit fermé de refroidissement 28 dans l1échan- geur de chaleur supplémentaire 27. Là, le liquide de refroidissement cède une partie importante de sa chaleur à l'air qui entre de l'extérieur et il se refroidit dans une mesure équivalente.

L'air extérieur réchauffé par l'échangeur de chaleur 18 et aussi par l'échangeur de chaleur supplémentaire 27 passe dans l'évaporateur 13.

L'agent frigorifique refroidi davantage dans l'échangeur de chaleur 18 est amené alors dans la soupape de détente B2, où il se détend, puis il est repris par le distributeur 33 qui le répartit dans les surfaces d'évaporation 131 à 133 de l'évaporateur 13. La détente provoque un abaissement important de la température de l'agent frigorifique qui est déjà refroidi à une très basse température d'évaporation par l'échangeur de chaleur 18. De la sorte, l'agent frigorifique est à même de retirer une partie importante de l'énergie calorifique de l'air qui traverse l'évaporateur 13. Ce faisant, l'agent frigorifique se réchauffe et passe à l'état gazeux dans le collecteur 14.

De là , il est ramené au compresseur 10 qui le recomprime en élevant sensiblement sa température. Le cycle est alors repris à son point de départ.

Cet appareil de climatisation permet de récupérer une proportion importante de l'énergie présente dans le circuit d'agent frigorifique 32. A titre d'exemple, la puissance dissipée dans le moteur électrique 15 et dans la tête de cylindre 29 du compresseur représente déjà 20-25 % de l'énergie fournie.

Cette puissance dissipée est presque complètement transférée à l'agent frigorifique par l'echangeur de chaleur supplémentaire 27 et l'évaporateur 13 et peut être transformée dans le condenseur 11 en une énergie de chauffage utile. En outre, la chaleur résiduelle importante portée par l'agent frigorifique qui sort du condenseur 11 à une température d'environ 35-40 CO est aussi transmise à l'agent frigorifique par l'échangeur de chaleur i8 et l'évaporateur 13.Mais ce qui est essentiel réside dans le fait que grace à l'échangeur de chaleur 18 la température d'évaporation de l'agent frigorifique est sensiblement abaissée de telle sorte que l'agent frigorifique gazeux se trouvant dans l'évaporateur 13 est rendu capable, même à de très basses températures, de retirer encore une partie importante de l'énergie calorifique de l'air extérieur qui traverse l'evapo rateur 13* L'appareil de climatisation utilisé comme pompe à chaleur peut même encore être exploité économiquement quand l'air extérieur a une témpérature négative dans l'échelle
Celsius.

I1 est vrai qu'en refroidissant l'air extérieur humide qui traverse l'évaporateur 13 à des températures inférieures au point de congélation on s'expose au risque bien connu du givrage de l'évaporateur. La formation de glace abaisse la capacité de refroidissement par suite d'une augmentation de la résistance de l'air. Aussitôt que la pression régnant sur la face arrière de l'évaporateur 13 considérée dans le sens de la circulation de l'air s'abaisse en dessous d'une valeur prédéterminée, la boite de mesure de pression 26 donne au commutateur 15 un signal de commande approprié.Celui-ci arrête le moteur électrique 15, excite la soupape à aimant 24 de telle sorte que celle-ci passe de la position ouverte représentée dans le dessin à sa position fermée et met la pompe de circulation 23 en fonctionnement,
Par cette opération, l'agent de chauffage est pompé du réservoir d'agent de chauffage 20 dans 11 échangeur de chaleur 21 où il passe dans les surfaces d'échange de chaleur 211 et 212 pour retourner ensuite au réservoir d'agent de chauffage. L'agent de chauffage est à la même température, environ 60-70 OC, que l'agent frigorifique gazeux comprimé qui sort du compresseur.

Les surfaces d'échange de chaleur 211 et 212 irradient de la chaleur vers les surfaces d'évaporation 131 à 133 de sorte que la glace qui s'y est déposée fond progressivement. Dans le cas deun évaporateur 13 fortement givré, le processus de dégivrage dure environ 5-10 minutes. Grâce au dégivrage des surfaces d'évaporation 131 à 133 la résistance à l'air de l'éva- porateur 13 diminue et la pression de l'air dans la zone d'air froid, clestb ire à la face dorsale de l'évaporateur 13, augmente de nouveau. Ceci donne lieu à l'émission d'un signal donné au commutateur 25 par la boite de mesure de pression 26.

Le commutateur déconnecte la pompe de circulation 23, interrompt i amenée du courant à la soupape à aimant (électro-vanne) 24 de sorte que celle-ci retombe et reprend la position ouverte re- résentée dans le dessin, et remet le moteur électrique 15 en fonctionnement. La déconnexion de la pompe de circulation 23, de la soupape à aimant 24 et la mise en fonctionnement du moteur électrique 15 peuvent aussi se faire au moyen d'un système temporisé qui est mis en action par commande du commuta teur -25 par la boite de mesure de pression 26.Dès que le compresseur 10 démarre, le circuit d'agent frigorifique 32 décrit ci-avant se remet en opération et, en meme temps, la température de l'agent de chauffage dans le réservoir d'agent de chauffage 20 est portée au niveau de la température de l'agent frigorifique comprimé sortant du compresseur 10
La dépense en énergie-pour maintenir constamment lDévaporateur 13 à l'état dégivré est sensiblement moins elevée que dans le cas des appareils de climatisation connus, surtout parce que cette énergie est retirée su réservoir d'agent de chauffage chauffé par l'agent frigorifique meme et est rendue à l'agent frigorifique après entrée en fonctionnement du compresseur 10. La dépense en énergie nécessaire à cette fin ne représente que le dixième environ de celle qui est utilisiée pour les appareils de climatisation ou les appareils de réfrigération connus.

L'appareil de climatisation décrit ci-avant peut non seulement être utilisé comme pompe à chaleur mais encore comme appareil de réfrigération. Pour ce faire, on peut soit insuffler directement dans un local à refroidir l'air refroidi qui sort de l'évaporateur, soit mettre en oeuvre un nouvel échangeur de chaleur dans lequel on effectue un échange de chaleur entre l'air refroidi et un agent de refroidissement.

L'appareil de climatisation décrit ci-dessus se distingue par sa grande efficacité et par son caractère hautement économique. I1 peut même être appliqué efficacement comme pompe à chaleur en hiver sous nos latitudes. Il est même possible de retirer de la chaleur de l'air extérieur dont la température est inférieure au point de congélation et d'utiliser cette chaleur pour le chauffage. I1 est nécessaire évidemment, pour l'exploitation en hiver à de basses températures extérieures, de faire fonctionner le moteur électrique 15 à l'étage de vitesse le plus élevé pour augmenter de cette façon le volume de fonctionnement du compresseur 10. L'appareil de climatisation ne nécessite pas la mise en oeuvre de sources d'énergie supplémentaires, par exemple pour le dégivrage de l'évaporateur 13.

Seulement, pour augmenter l'efficacité de l'appareil de climatisation, il faut prévoir des ventilateurs actionnés séparément pour insuffler des quantités suffisantes d'air extérieur dans l'évaporateur 13 et les échangeurs de chaleur 18 et 27.

L'appareil de climatisation fonctionne automatiquement et ne nécessite aucune surveillance ni aucun entretien.

Claims

REVENDICATIONS

1. Appareil de climatisation, en particulier pompe à chaleur, comportant dans un circuit d'agent frigorifique un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur, ainsi qugun échangeur de chaleur adjoint à l'évaporateur, de préférence intégré dans celui-ci, qui se trouve en échange de chaleur avec l'évaporateur, l'évaporateur et l'échangeur de chaleur étant traversés par un agent ou milieu, en particulier par de l'air, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (18) est placé dans le circuit de l'agent frigorifique (32) entre le condenseur (11) et le détendeur (12) et est parcouru par 1 'agent frigorifique.

2 Appareil de climatisation suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (18), vu dans le sens de la circulation du milieu, en particulier de l'air, est placé avant ltévaporateur (13), de préférence en une position substantiellement parallèle aux surfaces d'évaporation (131 = 133) de celui-ci.

3. Appareil de climatisation suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'évaporateur (13) est équipé d'un autre échangeur de chaleur (21) qui se trouve en échange de chaleur avec lui et qui est parcouru au moins temporairement par un agent de chauffage, cet échangeur (21) étant placé de préférence parallèlement aux surfaces d'évaporation (131 - 133) de l'évaporateur (13).

4. Appareil de climatisation suivant la revendication 3 caractérisé en ce que l'autre échangeur de chaleur (21), est raccordé, dans un circuit- fermé (22), à un réservoir d'agent de chauffage (20) qui se trouve en échange de chaleur avec un échangeur de chaleur de chauffage (19) parcouru par l'agent frigorifique, placé dans le circuit de l'agent frigorifique (32) entre le compresseur (10) et le condenseur (11).

5 Appareil de climatisation suivant la revendication 4 caractérise en ce que l'échangeur de chaleur de chauffage (19) est placé dans le réservoir d'agent de chauffage (20) et est sur toute sa surface directement en contact avec cet agent.

6. Appareil de climatisation suivant l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce qu'une pompe de circulation (23) et de préférence une soupape, par exemple une soupape à aimant (électro-vanne ;24)sont disposées dans le circuit de l'agent de chauffage (22).

7. Appareil de climatisation suivant la revendication 6 caractérisé en ce que la soupape (24) et/ou la pompe de circulation (23) sont mises en service en fonction de la pression du milieu, en particulier de l'air, sortant de l'evapora- teur (13) et ce de préférence de telle manière que la soupape (24), normalement fermée, qui obstrue le circuit de l'agent de chauffage (22) ou la pompe de circulation (23) déconnectée sont respectivement ouverte et mise en fonctionnement quand la pression n'atteint plus une valeur prédéterminée .

8q Appareil de climatisation suivant l'une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce qu'il comporte un interrupteur de manoeuvre (25) qui arrete le fonctionnement du compresseur(10) lors de la fermeture de la soupape (24) ou de la mise en fontionnement de la pompe de circulation (23), et vice versa.

9. Appareil de climatisation suivant la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte une boîte de mesure de la pression (26) connectée à l'interrupteur de manoeuvre (25) et disposée dans la zone de sortie du milieu, en particulier de l'air, de l'évaporateur (10), l'interrupteur (25) étant raccordé au compresseur (10), à la soupape (24) et à la pompe de circulation (23).

10. Appareil de climatisation suivant l'une quelconque des revendications 4 à 9 caractérisé en ce que l'agent de chauffage est une huile de chauffage, de préférence du glycol.

11. Appareil de climatisation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que l'evapora- teur (13) est muni d'un échangeur de chaleur supplémentaire (27) qui se trouve en échange de chaleur avec lui et qui est parcouru par un liquide de refroidissement, de préférence une huile de refroidissement, d'un moteur électrique (15), de préférence un moteur à induction, qui commande le compresseur (10) q

12.Appareil de climatisation suivant la revendication ll caractérisé en ce que 1Péchangeur de chaleur supplémentaire (27), vu dans le sens de la circulation du milieu, en particulier de l'air, est placé avant 11 évaporateur (13) et, de préférence, de telle façon que le premier échangeur de chaleur (18) et l'échangeur de chaleur supplémentaire (27) soient disposés l'un au-dessus de l'autre et coiffent à peu près la race frontale de l'évaporateur (13) vu dans le sens de la circulation du milieu, en particulier de lCair.

13. Appareil de climatisation suivant l'une des revendications 11 ou 12 caractérisé en ce que le liquide de refroidissement circule dans un circuit fermé (28) qui traverse ou qui longe l'enveloppe du compresseur (10), de pré férence la tête de cylindre (29) de celui-ci, et de préférence en ce que l'enveloppe ou la tête de cylindre (29) sont disposes après le moteur électrique (15) dans le circuit de refroidissement (28).

14. Appareil de climatisation suivant l'une quelconques des revendications ll à 13 caractérisé en ce que le moteur électrique (15) comporte au moins deux étages de commutation rotative pouvant être enclenchés à volonté et est conçu de telle façon que la réduction de la vitesse entralne une réduction de la puissance absorbée du moteur électrique (15).

15. Appareil de climatisation suivant la revendication 14 caractérisé en ce que le moteur électrique (15) consiste en un moteur à induction muni de deux bobinages séparés (15,16) donnant chacun un.étage de vitesse.

16. Appareil de climatisation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 15 caractérisé en ce que le condenseur (11) est disposé dans un réservoir de liquide, de préférence un récipient contenant de l'eau (30) et se trouve sur toute sa surface en contact immédiat avec le liquide, en particulier l'eau.