FR2472149A1

FR2472149A1 - Cooler and heater with heat pump - has intermediate heat transfer agent and low heat loss condenser

Info

Publication number: FR2472149A1
Application number: FR8026950A
Authority: FR
Inventors: Herbert Duras; Manfred Hahn
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-12-18
Filing date: 1980-12-18
Publication date: 1981-06-26
Also published as: DE2950887A1; FR2472149B3

Abstract

The cooler and heater has a heat pump whose coolant loop containing compressor, vaporiser and condenser is assigned to the cooler. A secondary loop filled with an intermediate heat-transfer agent includes the condenser and a heat exchanger, which is associated with a hot water boiler. The condenser (5,6) is a tube carrying coolant. Part (5) of the tube is enclosed in an outer tube (7) in which the liquid intermediate heat-transfer agent flows. The condenser is located in a thermally-insulated chamber (19) carrying a coolant.

Description

La présente invention concerne un appareil combiné de refrige- ration et de chauffage, comportant une pompe de chaleur, dont le circuit complet de caloporteur avec compresseur, évaporateur et condenseur, est affecte à l'appareil de réfrigération, ainsi qu'un circuit secondaire rempli d'un caloporteur intermédiaire et dans lequel sont insérés d'une part le condenseur et d'autre part un echangeur de température auquel est affecté un réservoir d'eau chaude. The present invention relates to a combined refrigeration and heating appliance, comprising a heat pump, the complete heat transfer circuit of which with compressor, evaporator and condenser, is assigned to the refrigeration appliance, as well as a filled secondary circuit. an intermediate coolant and into which are inserted on the one hand the condenser and on the other hand a temperature exchanger to which is assigned a hot water tank.

Dans un appareil combiné de réfrigération et de chauffage connu (demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n" 26 09 C7'), les condenseurs d'un appareil de réfrigération du commerce sont disposés dans un conduit d'air, qu'une canalisation d'alimentation en air relie a une chambre d'échangeur de température, sur un réservoir d'eau chaude isolé thermiquement. Une canalisation de retour, dans laquelle une soufflante est incorporée, relie la chambre de l'échangeur de température au conduit d'air.Un thermorupteur mesure la température de l'eau dans le réservoir et la soufflante demeure branchée tant que cette température demeure inférieure à une valeur prédéterminée, de sorte que l'air traverse les condenseurs pour atteindre l'échangeur de température, puis revient aux condenseurs. Lorsque la température prédéterminée de l'eau est atteinte, la soufflante est par contre coupée et un orifice d'alimentation est ouvert automatiquement dans le conduit d'air, afin d'assurer le refroidissement des condenseurs nécessaire en service pour la réfrigération, l'extrémité supérieure du conduit d'air étant ensuite ouverte. Dans ce montage, le conduit d'air et les propriétés relativement mauvaises de transmission de chaleur par l'air produisent des pertes notables, qui interdisent une utilisation optimale de la chaleur produite par les condenseurs. In a known combined refrigeration and heating appliance (patent application of the Federal Republic of Germany published under No. 26 09 C7 '), the condensers of a commercial refrigeration appliance are arranged in an air duct , that an air supply pipe connects to a heat exchanger chamber, on a thermally insulated hot water tank. A return pipe, in which a blower is incorporated, connects the heat exchanger chamber temperature at the air duct A thermoswitch measures the temperature of the water in the tank and the blower remains connected as long as this temperature remains below a predetermined value, so that the air passes through the condensers to reach the heat exchanger temperature, then returns to the condensers. When the predetermined water temperature is reached, the blower is cut off and a supply opening is automatically opened in the air duct, in order to Ensure the cooling of the condensers necessary in service for refrigeration, the upper end of the air duct then being open. In this arrangement, the air duct and the relatively poor properties of heat transmission by the air produce significant losses, which prevent optimal use of the heat produced by the condensers.

L'invention a pour objet un appareil combiné de réftigération et de chauffage, permettant l'utilisation d'un caloporteur interme- diaire liquide, avec de faibles pertes thermiques sur le condenseur et sans commutation du circuit de caloporteur, tout en permettant un soutirage direct de chaleur dans le circuit de caloporteur quand le réservoir d'eau est chauffé. The subject of the invention is a combined refrigeration and heating apparatus, allowing the use of an intermediate liquid coolant, with low thermal losses on the condenser and without switching the coolant circuit, while allowing direct withdrawal. heat in the heat transfer system when the water tank is heated.

Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le con denseur est réalisé sous forme d'un tube parcouru par le caloporteur une partie du tube est gainée avec maintien d'un intervalle par un tube de protection parcouru par le caloporteur intermédiaire liquide; et le condenseur est monté dans une chambre isolée thermiquement et pouvant être balayée par un fluide frigorigène. According to an essential characteristic of the invention, the condenser is produced in the form of a tube traversed by the coolant, part of the tube is sheathed with maintenance of an interval by a protective tube traversed by the liquid intermediate coolant; and the condenser is mounted in a thermally insulated chamber which can be swept by a refrigerant.

Dans l'appareil combiné de réfrigération et de chauffage selon l'invention, la chaleur produite par la partie gainee du condenseur, lors du fonctionnement en appareil de réfrigération, est absorbée par le caloporteur intermédiaire liquide circulant dans le tube de protection et permettant un échange de température beaucoup plus intense que l'air. I1 n'y a pratiquement pas de perte de chaleur par suite de la disposition du condenseur dans une chambre isolée thermiquement, de sorte que toute la chaleur produite par le condenseur peut être transmise par des canalisations a un échangeur de temperåture logé dans le réservoir d'eau chaude.De l'air est par contre insuffle dans la chambre comme fluide frigorigène quand le refroidissement du condenseur est insuffisant pour le fonctionnement de l'appareil de réfrigération, le contenu du réservoir d'eau étant chauffé. Dans ce cas de fonctionnement, la chaleur contenue dans le circuit de caloporteur est cédée par la partie non gainée du condenseur, sans retard par le débit d'air, de sorte qu'un soutirage de chaleur sans retard est assuré. Un refroidissement du calo?.orteur intermédiaire contenu dans le tube de protection par le débit d'air est donc inutile avant un soutirage de chaleur dans le circuit de caloporteur. In the combined refrigeration and heating apparatus according to the invention, the heat produced by the sheathed part of the condenser, during operation in the refrigeration apparatus, is absorbed by the liquid intermediate coolant circulating in the protection tube and allowing an exchange much more intense than air. There is practically no heat loss as a result of the arrangement of the condenser in a thermally insulated chamber, so that all the heat produced by the condenser can be transmitted by pipes to a temperature exchanger housed in the tank. On the other hand, air is blown into the chamber as a refrigerant when the cooling of the condenser is insufficient for the operation of the refrigeration appliance, the contents of the water tank being heated. In this operating case, the heat contained in the coolant circuit is transferred by the unsheathed part of the condenser, without delay by the air flow, so that a heat withdrawal without delay is ensured. It is therefore unnecessary to cool the intermediate heat carrier contained in the protection tube by the air flow before drawing heat from the heat transfer circuit.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris a l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et du dessin annexé sur lequel la figure 1 représente le schéma des éléments fonctionnels; et la figure 2 représente le schéma électrique de la commande des éléments fonctionnels. Other characteristics and advantages of the invention will be better understood with the aid of the detailed description below of an exemplary embodiment and of the appended drawing in which FIG. 1 represents the diagram of the functional elements; and FIG. 2 represents the electric diagram of the control of the functional elements.

Dans un appareil de réfrigération 1, une pompe de chaleur est insérée dans un circuit de caloporteur commun avec un compresseur 2, un évaporateur 3, une soupape de détente 4 et un condenseur réfrigérable, divisé en deux parties 5, 6. Un fonctionnement autonome de l'appareil de réfrigération 1 est ainsi possible. Le condensateur 5, 6 est constitué par un tube, dont la partie 5 est gainée avec naintien d'un intervalle par un tube de protection 7. La partie G non gainée du tube est disposée en amont de la partie 5 gainée par rapport au sens d'écoulement du fluide frigorigène. L'espace libre compris entre le tube de la partie 5 et le tube de protection 7 est parcouru par de l'eau servant de caloporteur intermediaire.Le tube de protection 7 est inséré dans un circuit d'eau 8, contenant un echangeur de température 9, une pompe de circulation 10 et un second échangeur de température 11. L'échangeur de température 9 se trouve la partie inférieure d'un réservoir d'eau chaude 12 isolé thermiquement, tandis que l'échangeur de température 11, branché en amont du tube de protection 7, est réalisé sous forme de réfrigérant à huile pour le compresseur 2. Un reservoir d'egalisation de pression 13 est en outre relie au circuit d'eau 8. Les parties 5, 6 du condenseur sont hélicoïdales, la partie 6 non gainee étant disposee coaxialement a l'intérieur de la partie 5 gainée.A l'intérieur de la partie 5 et par suite du tube de protection 7 hélicoidal, se trouve un conduit d'air 16, entourant la partie 6. Le conduit d'air 16 est disposé verticalement, au centre de la chambre 19. L'ensemble du condenseur 5, 6 ainsi constitué est recouvert par un capot 14, qui porte une couche 15 d'isolation thermique et dont l'extrémité inférieure est ouverte. L'extrémité inférieure du conduit d'air 16 vertical se trouve dans le même plan que le bas du capot 14, afin d'éviter une circulation d'air par ascendance thermique. Le conduit d'air 16 contient par contre une soufflante 18 équipée d'un moteur électrique et branchée lors du dépassement d'une température prédéterminée à la sortie du tube de protection ou de la partie 6. Dès que le circuit 8 de caloporteur intermédiaire ne cede pas une quantite de chaleur suffisante au réservoir d'eau chaude 12, la soufflante 18 produit ainsi une ventilation forcée du condenseur 5, 6 dans la chambre 19 délimitée par le capot 14. La partie 6 non gainée du condenseur est soumise directement à l'air de refroidissement et assure ainsi un refroidissement du condensateur suffisant pour le maintien du fonctionnement requis en réfrigération. La partie 5 peut aussi contribuer à cette action quand le debit d'air refroidit le caloporteur intermédiaire dans le tube de protection 7.En fonctionnement normal, le circuit de caloporteur intermédiaire 8 permet par contre d'utiliser pour le chauffage du réservoir d'eau chaude 12 non seulement la chaleur produite par le condenseur 5, 6, mas aussi la chaleur produite par l'échangeur de température 11 du compresseur 2. In a refrigeration appliance 1, a heat pump is inserted in a common coolant circuit with a compressor 2, an evaporator 3, an expansion valve 4 and a refrigerable condenser, divided into two parts 5, 6. Autonomous operation of the refrigeration appliance 1 is thus possible. The capacitor 5, 6 is constituted by a tube, the part 5 of which is sheathed with an interval maintained by a protective tube 7. The unsheathed part G of the tube is arranged upstream of the sheathed part 5 with respect to the direction of refrigerant flow. The free space between the tube of part 5 and the protective tube 7 is traversed by water serving as an intermediate coolant. The protective tube 7 is inserted into a water circuit 8, containing a heat exchanger 9, a circulation pump 10 and a second temperature exchanger 11. The temperature exchanger 9 is located at the bottom of a hot water tank 12 thermally insulated, while the temperature exchanger 11, connected upstream of the protective tube 7, is produced in the form of an oil cooler for the compressor 2. A pressure equalization tank 13 is also connected to the water circuit 8. The parts 5, 6 of the condenser are helical, the part 6 not sheathed being arranged coaxially inside the sheathed part 5. Inside the part 5 and as a result of the helical protection tube 7, there is an air duct 16, surrounding the part 6. The duct air 16 is arranged vertically in the center of the chamber 19. The assembly of the condenser 5, 6 thus formed is covered by a cover 14, which carries a layer 15 of thermal insulation and the lower end of which is open. The lower end of the vertical air duct 16 is in the same plane as the bottom of the cover 14, in order to avoid air circulation by thermal lift. The air duct 16 on the other hand contains a blower 18 equipped with an electric motor and connected when a predetermined temperature is exceeded at the outlet of the protective tube or of part 6. As soon as the intermediate coolant circuit 8 does not cede not a sufficient amount of heat to the hot water tank 12, the blower 18 thus produces forced ventilation of the condenser 5, 6 in the chamber 19 delimited by the cover 14. The unsheathed part 6 of the condenser is subjected directly to the cooling air and thus ensures sufficient cooling of the capacitor to maintain the required operation in refrigeration. Part 5 can also contribute to this action when the air flow cools the intermediate coolant in the protective tube 7.In normal operation, the intermediate coolant circuit 8 allows on the other hand to use for heating the water tank hot 12 not only the heat produced by the condenser 5, 6, but also the heat produced by the temperature exchanger 11 of the compressor 2.

Afin d'assurer une commande optimale de l'appareil combiné de chauffage et de réfrigération, un thermorupteur 25 est couplé thermiquement à la sortie du tube ae protection 7 ou de la partie 6 et actionne un contact inverseur. Le contact de travail permet de brancher le moteur de la soufflar.te 18 quand une température supérieure prédéterminée est atteinte. Le contact de repos du thermorupteur 2S est par contre en serie avec un contact de travail d'un relais tempo risc 20 et un moteur d'entraînement de la pompe 10. Le contact de travail du relais temporisé 20 est par exemple actionné par une bilame 21 a chauffage separé, dont l'enroulement de chauffage 22 est branché en parallèle avec le moteur d'entraînement du compresseur 2. La pompe de circulation 10 est ainsi branchée avec retard par rapport au compresseur 2, c'est-à-dire uniquement quand une quantité de chaleur utilisable est disponible après un certain temps de fonctionnement sur la partie 5 du condenseur. Le contact de travail du relais temporisé 20 demeure fermé pendant un certain temps après la coupure du compresseur 2, permettant ainsi de transmettre au réservoir-d'eau chaude la quantité de chaleur encore-contenue dans la partie 5 du condenseur. In order to ensure optimum control of the combined heating and refrigeration appliance, a thermal switch 25 is thermally coupled to the outlet of the protection tube 7 or of part 6 and actuates a change-over contact. The working contact makes it possible to connect the blower motor 18 when a predetermined higher temperature is reached. The normally closed contact of the 2S thermal switch is on the other hand with a working contact of a time relay 20 and a motor driving the pump 10. The working contact of the time relay 20 is for example actuated by a bimetallic strip 21 with separate heating, the heating winding 22 of which is connected in parallel with the compressor drive motor 2. The circulation pump 10 is thus connected with delay relative to the compressor 2, that is to say only when a usable amount of heat is available after a certain operating time on part 5 of the condenser. The working contact of the timed relay 20 remains closed for a certain time after the compressor 2 has been switched off, thus enabling the quantity of heat still contained in part 5 of the condenser to be transmitted to the hot water tank.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art to the principle and to the devices which have just been described only by way of nonlimiting examples, without departing from the scope of the invention.

Claims

1. Combined refrigeration and heating appliance, comprising a heat pump, the complete heat transfer circuit of which with compressor, evaporator and condenser, is assigned to the refrigeration appliance, as well as a secondary circuit filled with an intermediate coolant and in which are inserted on the one hand the condenser and on the other hand a temperature exchanger to which is assigned a hot water tank, said apparatus being characterized in that the condenser (5, 6), is produced in the form of a tube traversed by the coolant; a part (5) of the tube is sheathed with maintenance of an interval by a protective tube (7) traversed by the liquid intermediate coolant; and the condenser (5, 6) is mounted in a thermally insulated chamber (19) which can be swept by a refrigerant.

2. Combined refrigeration and heating apparatus according to claim 1, characterized in that the unsheathed part (6) of the tube is arranged upstream of the sheathed part (5) relative to the direction of flow of the refrigerant.

3. Combined refrigeration and heating apparatus according to one of claims 1 and 2, characterized in that the chamber (19) comprises a thermally insulated cover (14), open at the bottom and surrounding the condenser (5, 6), thus that an air duct (16) disposed inside the cover (14); and the unsheathed part (6) of the condenser is arranged inside and the sheathed part (5) outside the air duct (16).

4. Combined refrigeration and heating apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized by the vertical arrangement of the air duct (16) in the center of the chamber (19).

5. Combined refrigeration and heating device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the lower end of the air duct (16) is in the same plane as the lower edge of the cover (14 ).

6. Combined refrigeration and heating device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the protective tube (7) is connected in series and downstream of a temperature exchanger (11), ensuring the exchange heat with the compressor (oil cooler 11).

7. Combined refrigeration and heating device according to any one of claims 1 to 6, characterized by a blower (18), assigned to the air duct (16) and switched as a function of the temperature of the sheathed part of the condenser (5 , 6).

8. Combined refrigeration and heating device according to claim 7, characterized in that the circuit of the fan drive motor comprises a thermal switch (25) disposed at the outlet of the coolant of the condenser (5, 6) or at the outlet of the intermediate coolant of the protective tube (7).

9. Combined refrigeration and heating device according to one of claims 7 and 8, characterized in that the thermal switch (25) comprises a change-over contact, the working contact of which is connected to the drive motor of the blower and of the contact rest is connected to the series connection of a timer contact (20) and of a motor driving the pump (10) for circulation of the intermediate coolant; and the timer contact control signal (20) is taken from the compressor drive motor (2).