FR2477689A1 - CONDENSING UNIT FOR HEAT PUMP - Google Patents
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Abstract
GROUPE DE CONDENSATION SE COMPOSANT D'UN MOTOCOMPRESSEUR, D'UN SEPARATEUR ET D'UN COLLECTEUR D'HUILE AINSI QUE D'UN CONDENSEUR. UN OU PLUSIEURS MOTOCOMPRESSEURS 2, 3 ET LEUR CIRCUIT PROPRE, PARTIELLEMENT FERME, DE LUBRIFICATION 7, 8, 9, 10, 11 AINSI QUE LE TUBE DE REFROIDISSEMENT 13 ENROULE EN SERPENTIN CONCENTRIQUEMENT AUTOUR DU STATOR DU MOTEUR ELECTRIQUE 3 SONT LOGES DANS UNE ENVELOPPE CYLINDRIQUE 1 QUI EST HERMETIQUEMENT FERMEE ET REVETUE D'UNE MATIERE DE CALORIFUGEAGE ET D'INSONORISATION 15 ET DONT LE VOLUME INTERNE COMMUNIQUE PAR L'INTERMEDIAIRE DU SEPARATEUR D'HUILE 7 DIRECTEMENT AU REFOULEMENT DU COMPRESSEUR. APPLICATION A LA REALISATION DE POMPES DE CHALEUR SOUS FORME MODULAIRE.CONDENSING GROUP CONSISTING OF A MOTORCOMPRESSOR, A SEPARATOR AND AN OIL COLLECTOR AS WELL AS A CONDENSER. ONE OR MORE MOTORCOMPRESSORS 2, 3 AND THEIR OWN, PARTLY CLOSED, LUBRICATION CIRCUIT 7, 8, 9, 10, 11 AS WELL AS COOLING TUBE 13 WINDING IN COIL CONCENTRICALLY AROUND THE STATOR OF ELECTRIC MOTOR 3 ARE HOUSED IN A CYLINDRICAL ENVELOPE 1 WHICH IS TIGHTLY CLOSED AND COATED WITH AN INSULATION AND SOUNDPROOFING MATERIAL 15 AND WHOSE INTERNAL VOLUME COMMUNICATED THROUGH THE OIL SEPARATOR 7 DIRECTLY TO THE COMPRESSOR DISCHARGE. APPLICATION TO THE REALIZATION OF HEAT PUMPS IN MODULAR FORM.
Description
1.1.
L'invention se rapporte à un groupe de conden- The invention relates to a group of condensers
sation de pompe de chaleur. On sait que la pompe de chaleur est essentiellement une machine de refroidissement de vapeur se composant d'un compresseur qu'une canalisation raccorde au condenseur qui est relié de son côté par l'intermédiaire heat pump. It is known that the heat pump is essentially a steam cooling machine consisting of a compressor which a pipe connects to the condenser which is connected on its side via
d'une soupape d'étranglement et d'une canalisation corres- a throttling valve and a corresponding
pondante à l'évaporateur qui est raccordé par une autre cana- the evaporator which is connected by another
lisation à l'entrée du compresseur. at the compressor inlet.
Le compresseur et le condenseur représentent le The compressor and the condenser represent the
groupe de condensation dans la structure mentionnée ci- condensation group in the structure mentioned above.
dessus, c'est-à-dire sur le circuit du fluide de travail. Le but primaire de la pompe de chaleur réside dans le chauffage (et non pas le refroidissement) et à cette fin, l'énergie calorifique est pompée sur l'environnement et portée à l'aide du travail fourni pour la commande du compresseur à un niveau supérieur de température qui convient au chauffage de locaux ou à une application analogue. Le rendement de la pompe de above, that is to say on the circuit of the working fluid. The primary purpose of the heat pump is heating (not cooling) and for this purpose the heat energy is pumped to the environment and carried with the help of the work supplied for the control of the compressor. higher temperature level suitable for space heating or similar application. The performance of the pump
chaleur p = Qc est déterminé par le rapport dénommé "coeffi- heat p = Qc is determined by the ratio called "coeffi-
cient de chauffage" de la quantité de chaleur obtenue et délivrée au condenseur par le travail Wk nécessaire à la commande du compresseur et d'autres machines auxiliaires. Le coefficient de chauffage mentionné - est en général supérieur à 1 et donne une indication directe sur la quantité de of the amount of heat obtained and delivered to the condenser by the work Wk required to control the compressor and other auxiliary machines, the heating coefficient mentioned - is generally greater than 1 and gives a direct indication of the number of
chaleur produite par kWh dépensé.heat produced per kWh spent.
Un -mode de réalisation qui est déjà utilisé actuellement dans les pompes de chaleur connues comprend différents modules de la machine de refroidissement de vapeur, par exemple le compresseur et son moteur de commande, le condenseur et les armatures nécessaires ainsi que-l;é dispositif de commande automatique qui sont reliés à l'usine en un groupe de montage afin de faciliter les travaux de montage sur place et de contribuer à la fiabilité de la marche de l'installation. En effet, le groupe de montage qui est assemblé à l'usine subit dans cette dernière un contrôle soigneux au cours duquel l'étanchéité de tous les raccords est vérifiée avec une extrême précision et donc un groupe de ce type peut être considéré comme étant très fiable à cet égard. Lorsqu'un groupe-de ce type est monté dans le circuit 2. de l'ensemble de l'installation de la pompe de chaleur sur le A mode of realization which is already used currently in known heat pumps includes different modules of the steam cooling machine, for example the compressor and its control motor, the condenser and the necessary reinforcements as well as the device. automatic control systems which are connected to the factory in a mounting group to facilitate on-site assembly work and to contribute to the reliable operation of the installation. Indeed, the assembly group which is assembled in the factory undergoes in the latter a careful control during which the sealing of all the connections is verified with extreme precision and therefore a group of this type can be considered as being very reliable in this regard. When a group of this type is mounted in the circuit 2. of the entire heat pump installation on the
chantier, il suffit d'effectuer deux raccords. site, simply make two connections.
Cette solution connue du groupe de montage est dénommée en pratique "groupe de condensation" et la figure 1 des dessins annexés, qui représente schématiquement l'ensem- ble du circuit de la pompe de chaleur, permet de bien comprendre cette disposition, une ligne brisée entourant le "groupe de condensation" qui forme un module compact prêt au montage. Ces groupes connus de condensation de la pompe de chaleur, qui est donc formée de plusieurs modules classiques fixés sur un bâti correspondant sur lequel ils sont reliés par des canalisations et équipés d'un dispositif automatique correspondant de commande ainsi que de la tuyauterie, forment le groupe de montage décrit plus haut. Ces groupes connus de montage ont un mauvais rendement énergétique en raison des pertes de chaleur se produisant lors de l'échange de chaleur entre l'environnement et la surface du compresseur, du condenseur et d'autres éléments ainsi que des canalisations de liaison. Un autre inconvénient réside dans le fait qu'ils émettent beaucoup de bruit, ont un fort encombrement et sont coûteux essentiellement pour la raison que chaque module d'un groupe de condensation de ce type exige un contrôle spécial This known solution of the assembly group is called in practice "condensing unit" and Figure 1 of the accompanying drawings, which schematically shows the entire circuit of the heat pump, allows to understand this arrangement, a broken line surrounding the "condensing unit" which forms a compact module ready for mounting. These known groups of condensation of the heat pump, which is thus formed of several conventional modules fixed on a corresponding frame on which they are connected by pipes and equipped with a corresponding automatic control device and the piping, form the editing group described above. These known assembly groups have poor energy efficiency due to heat losses occurring during the exchange of heat between the environment and the surface of the compressor, the condenser and other elements as well as connecting pipes. Another disadvantage is that they emit a lot of noise, have a large footprint and are essentially expensive for the reason that each module of a condensing unit of this type requires special control.
sous pression afin de garantir la sécurité et l'étanchéité. under pressure to ensure safety and tightness.
L'invention est destinée à éliminer les inconvé- The invention is intended to eliminate the drawbacks
nients mentionnés et, de plus, à obtenir les résultats suivants: - une amélioration du rendement thermique par utilisation de la totalité de la chaleur perdue (provenant du frottement des pièces mobiles du compresseur, de l'échauffement du stator du moteur électrique, des pertes de chaleur de mentioned above and, moreover, to obtain the following results: - an improvement of the thermal efficiency by using all the heat lost (coming from the friction of the moving parts of the compressor, from the heating of the stator of the electric motor, from the losses heat of
l'enveloppe du compresseur, du condenseur, des autres élé- compressor, condenser, other components
ments et des canalisations de liaison); - la simplification et l'abaissement du prix de revient par linkages); - simplification and lowering of the cost price by
une technologie permettant de diminuer le nombre des élé- technology to reduce the number of
ments du groupe de condensation et de simplifier ce condensing unit and to simplify this
dernier, de diminuer le nombre des canalisations de liai- the last, to reduce the number of
son et de n'exiger qu'un unique contrôle de sécurité et de l'étanchéité de l'ensemble du groupe de condensation; 3. - une réduction notable du bruit obtenue par le concept sound and require only a single safety check and tightness of the entire condensing unit; 3. - a significant reduction of the noise obtained by the concept
selon l'invention de la réalisation du dispositif; et - according to the invention of the embodiment of the device; and -
- l'augmentation de la capacité pouvant être obtenue de manière simple par assemblage de plusieurs groupes de base, ce facteur ayant une importance spéciale, car il permet d'adapter la capacité du groupe de condensation au the increase in the capacity that can be obtained in a simple manner by assembling several basic groups, this factor having a special importance because it makes it possible to adapt the capacity of the condensing unit to
fonctionnement de l'ensemble de la pompe de chaleur. operation of the entire heat pump.
Le groupe de condensation destiné à une pompe de The condensing unit for a pump
chaleur et conforme à l'invention, se composant d'un compres- heat and according to the invention, consisting of a compres-
seur et de son moteur électrique de commande qui forment un and its electric control motor which form a
module en forme de motocompresseur, ainsi que d'un sépara- module in the form of a motor-compressor, as well as a separa-
teur, d'un collecteur d'huile et d'un condenseur, se of an oil collector and a condenser,
caractérise essentiellement en ce qu'un ou plusieurs motocom- essentially characterized in that one or more motorcycles
presseurs ainsi que leur système propre partiellement fermé de lubrification et le serpentin de refroidissement, qui est pressers as well as their own partially closed lubrication system and the cooling coil, which is
entouré concentriquement autour du stator du moteur élec- surrounded concentrically around the stator of the electric motor
trique, sont disposés dans une enveloppe cylindrique herméti- are arranged in a cylindrical, hermetically
quement fermée qui est revêtue d'une couche de calorifugeage et d'insonorisation et dont le volume interne est relié par l'intermédiaire du séparateur mentionné d'huile directement au refoulement du compresseur, de sorte que la pression de closed, which is covered with a layer of insulation and soundproofing and whose internal volume is connected by means of the mentioned separator of oil directly to the discharge of the compressor, so that the pressure of
condensation du circuit de refroidissement règne à l'inté- condensation of the cooling circuit prevails
rieur de l'enveloppe du groupe. Le groupe de condensation de la pompe de chaleur conforme à l'invention représente donc un in the group envelope. The condensing unit of the heat pump according to the invention therefore represents a
groupe de montage qui est enfermé dans une enveloppe calori- assembly group which is enclosed in a heat
fugée et insonorisée et comportant les raccords au circuit de fugitive and soundproofed and including the connections to the circuit of
la pompe de chaleur.the heat pump.
L'invention va être décrite plus en détail en The invention will be described in more detail in
regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limi- with reference to the accompanying drawings by way of examples which are in no way
tatifs et sur lesquels: -and on which:
- la figure 1 est un schéma du circuit connu de refroidissement de vapeur; - la figure 2 est une coupe longitudinale d'un groupe de condensation de la pompe de chaleur selon la ligne II-II de la figure 3; - la figure 3 est une vue en bout du groupe de condensation de la pompe de chaleur dans le sens de la flèche III de la figure 2, l'isolation et.l'extrémité correspondante de l'enveloppe étant enlevées; 4. - la figure 4 est une vue en plan de l'intérieur du groupe de condensation de la pompe de chaleur dans le sens de la flèche IV de la figure 2, la partie supérieure de - Figure 1 is a diagram of the known steam cooling circuit; - Figure 2 is a longitudinal section of a condensing unit of the heat pump along the line II-II of Figure 3; FIG. 3 is an end view of the condensing unit of the heat pump in the direction of the arrow III of FIG. 2, the insulation and the corresponding end of the casing being removed; 4. - Figure 4 is a plan view of the inside of the condensing unit of the heat pump in the direction of arrow IV of Figure 2, the upper part of
l'isolation et celle de l'enveloppe cylindrique étant enle- insulation and that of the cylindrical envelope being removed.
vées; etVees; and
- les figures 5a, 5b, 5c représentent schémati- FIGS. 5a, 5b, 5c show schematically
quement un groupe de condensation de base et l'assemblage de deux, trois ou davantage de ces groupes d'une pompe de chaleur selon l'invention en un groupe compact et agrandi, a basic condensation unit and the assembly of two, three or more of these groups of a heat pump according to the invention into a compact and enlarged group,
- hermétiquement fermé.- hermetically closed.
La figure 1 illustre à titre de rappel un schéma d'un circuit connu de refroidissement de vapeur qui se compose d'un compresseur K dont le refoulement est relié au FIG. 1 is a diagrammatic representation of a known vapor cooling circuit which consists of a compressor K whose discharge is connected to the
condenseur C dans lequel les vapeurs du fluide de refroidis- condenser C in which the vapors of the cooling fluid
sement sont condensées et qui délivre la quantité de chaleur Qc. La sortie du condenseur C est reliée par l'intermédiaire d'une soupape d'étranglement Rv à un évaporateur E dans lequel le fluide condensé -par exemple liquide-est vaporisé et qui prélève la chaleur Qc (sur son environnement The condenser outlet C is connected via a throttle valve Rv to an evaporator E in which the condensed fluid - for example liquid - is vaporized and which draws heat Qc (on its environment
immédiat), la sortie de l'évaporateur étant reliée à la tubu- immediately), the evaporator outlet being connected to the tubular
lure d'aspiration du compresseur qui reçoit l'énergie Wk pour sa commande. Le groupe de condensation, qui fait l'objet de l'invention, est entouré d'une ligne brisée dans ce schéma et comprend donc le compresseur K ainsi que sa commande et le condenseur C. Les modules X et C de la figure 1 sont réunis suction lure of the compressor which receives the energy Wk for its control. The condensing unit, which is the subject of the invention, is surrounded by a broken line in this diagram and therefore comprises the compressor K as well as its control and the condenser C. The modules X and C of FIG. together
conformément à la solution technologique nouvelle de l'inven- in accordance with the new technological solution of the invention
tion à l'intérieur d'une enveloppe commune cylindrique 1 qui within a cylindrical common envelope 1 which
est hermétiquement fermée et revêtue d'une matière de calori- is hermetically sealed and lined with heat
fugeage et d'insonorisation 15, cette enveloppe logeant par fugging and soundproofing 15, this envelope housing by
ailleurs d'autres modules nécessaires et étant décrite ci- moreover other necessary modules and being described
après plus en détail en regard des figures 2, 3 et 4. after in more detail with reference to FIGS. 2, 3 and 4.
Comme le montre ces dernières figures mention- As shown in these last figures,
nées, le groupe de condensation de la pompe de chaleur selon l'invention comprend une enveloppe cylindrique 1 qui est The condensing unit of the heat pump according to the invention comprises a cylindrical casing 1 which is
hermétiquement fermée et entourée d'une matière 15 de calori- hermetically sealed and surrounded by a heat
fugeage et d'insonorisation, cette enveloppe renfermant un motocompresseur 3, 2 raccordé à la canalisation d'aspiration 5. ainsi qu'à un conduit sous pression 6 qui le fait communi- quer avec un séparateur d'huile 7. Un conduit 12 de sortie des vapeurs épurées de refroidissement relie directement ce séparateur 7 au volume interne de l'enveloppe cylindrique 1 et un conduit 8 relie ce séparateur à un collecteur d'huile 9 raccordé d'une part à une pompe de lubrification 10 montée sur le compresseur 2 et, d'autre part, à un conduit de reflux 11. Le groupe de condensation de la pompe de chaleur comprend par ailleurs un serpentin 13 de refroidissement du condenseur qui est enroulé en au moins une couche, mais si possible en plusieurs couches autour du stator du moteur électrique 3, This envelope containing a motor compressor 3, 2 connected to the suction pipe 5. as well as to a pressurized duct 6 which makes it communicate with an oil separator 7. A duct 12 of FIG. outlet of the purified cooling vapors directly connects this separator 7 to the internal volume of the cylindrical casing 1 and a duct 8 connects this separator to an oil manifold 9 connected on the one hand to a lubrication pump 10 mounted on the compressor 2 and, on the other hand, to a reflux duct 11. The condensing unit of the heat pump furthermore comprises a condenser cooling coil 13 which is wound in at least one layer, but if possible in several layers around the stator of the electric motor 3,
les deux extrémités du serpentin de refroidissement 13 abou- both ends of the cooling coil 13 result in
tissant aux raccords d'entrée et de sortie C et D du fluide en circulation (par exemple de l'eau). Un raccord B du conduit d'aspiration 5 relié à l'aspiration du compresseur 2 ainsi qu'un autre raccord A du conduit 14 d'évacuation du condensat sont montés sur la carcasse de l'enveloppe 1. Comme le montre la figure 3, l'enveloppe 1 supporte par ailleurs weaving at the inlet and outlet connections C and D of the circulating fluid (for example water). A connection B of the suction duct 5 connected to the suction of the compressor 2 and another connector A of the condensate discharge duct 14 are mounted on the casing of the casing 1. As shown in FIG. 3, envelope 1 also supports
les chambres 20 de connexion du moteur électrique 3. the connection chambers 20 of the electric motor 3.
Le groupe de condensation de la pompe de chaleur fonctionne de la manière suivante: Le compresseur 2 aspire les vapeurs du fluide de refroidissement sur l'évaporateur non représenté et donc ces vapeurs arrivent par le raccord B dans le sens de la flèche dans le conduit 5 d'aspiration du compresseur 2, celui-ci comprimant les vapeurs et les refoulant par le conduit 6 (figures 2 et 4) dans le séparateur d'huile 7 dans lequel la majeure partie de cette huile est éliminée des vapeurs du fluide de refroidissement. L'huile séparée tombe sur le fond The condensing unit of the heat pump operates in the following way: The compressor 2 draws the vapors of the cooling fluid on the evaporator not shown and thus these vapors arrive through the connection B in the direction of the arrow in the duct 5 suction of the compressor 2, the latter compressing the vapors and discharging through the conduit 6 (Figures 2 and 4) in the oil separator 7 wherein the bulk of this oil is removed from the vapors of the cooling fluid. The separated oil falls on the bottom
du séparateur 7 d'o elle s'écoule d'elle-même par la canali- separator 7 from which it flows by itself through the channel
sation 8 dans le collecteur 9. L'huile aspirée sur le collec- 8. The oil sucked into the collector
teur 9 au moyen de la pompe 10 est refoulée par l'arbre creux 4 de commande vers les différents points de lubrification. La pression maximale nécessaire est réglée dans le conduit de 9 by means of the pump 10 is discharged by the hollow shaft 4 control to the different lubrication points. The maximum pressure required is set in the
reflux 11 qui déverse l'excès d'huile dans le collecteur 9. reflux 11 which discharges the excess oil into the collector 9.
Les vapeurs épurées du fluide de refroidissement quittent le séparateur 7 par.le conduit de sortie 12 et donc s'écoulent The purified vapors of the cooling fluid leave the separator 7 through the outlet duct 12 and thus flow
dans le sens de la flèche F dans le volume interne de l'enve- in the direction of the arrow F in the internal volume of the enve-
6. loppe 1 dans laquelle elles se condensent sur le serpentin de 6. loppe 1 in which they condense on the coil of
refroidissement 13. Le condensat (fluide liquide de refroi- 13. Condensate (liquid cooling medium)
dissement) tombe sur le fond de l'enveloppe cylindrique 1. Le liquide quitte l'enveloppe 1 dans le sens de la flèche E par la canalisation d'évacuation 14 et le raccord correspondant A pour être renvoyé dans le circuit de la pompe de chaleur qui dissement) falls on the bottom of the cylindrical casing 1. The liquid leaves the casing 1 in the direction of the arrow E by the evacuation pipe 14 and the corresponding connection A to be returned to the circuit of the heat pump who
n'est pas représenté sur la figure 2. is not shown in Figure 2.
L'eau de refroidissement du serpentin 13 du condenseur arrive par le raccord C et sort par le raccord D. Il apparaît clairement d'après les dessins et la The cooling water of the coil 13 of the condenser arrives via the connection C and leaves via the connection D. It is clear from the drawings and the
description qui précède que la solution technologique du above description that the technological solution of the
groupe de condensation de la pompe de chaleur selon l'inven- condensing unit of the heat pump according to the invention
tion permet de réduire à un minimum les pertes de chaleur avec une disposition dans laquelle tous les éléments sont renfermés avec un faible encombrement dans une enveloppe cylindrique commune 1 qui est hermétiquement fermée et raccordée comme décrit plus haut au circuit de la pompe de chaleur, cette enveloppe étant bien isolée extérieurement à l'aide d'une matière correspondante 15 de calorifugeage et d'insonorisation, ce mode d'exécution pouvant être réalisé de This arrangement makes it possible to minimize heat losses with a provision in which all the elements are contained with a small space in a common cylindrical envelope 1 which is hermetically closed and connected as described above to the circuit of the heat pump. shell being well insulated externally with a corresponding material 15 of heat insulation and soundproofing, this embodiment can be realized from
manière simple en raison de la forme cylindrique de l'enve- simple way because of the cylindrical shape of the enve-
loppe. Le groupe de condensation de base de la pompe de chaleur selon l'invention, tel que représenté sur les figures 2, 3 et 4 et décrit cidessus, peut être assemblé conformément à l'invention en des groupes de condensation Loppe. The basic condensing unit of the heat pump according to the invention, as shown in FIGS. 2, 3 and 4 and described above, can be assembled according to the invention into condensation groups.
plus importants qui sont juxtaposés et logés dans une enve- more important ones that are juxtaposed and housed in a
loppe cylindrique commune 1 dont les dimensions sont en common cylindrical loppe 1 whose dimensions are in
conséquence supérieures, de la manière représentée schéma- consequence, as shown schematically
tiquement sur les figures 5a, 5b et 5c. only in FIGS. 5a, 5b and 5c.
7.7.
Claims (1)
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