FR2482710A1 - Dispositif fonctionnant de facon parallele et bivalente en tant que pompe a chaleur a absorbeur et chaudiere, pour l'echauffement d'un fluide caloporteur - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE POMPE A CHALEUR FONCTIONNANT DE FACON PARALLELE ET BIVALENTE EN TANT QUE POMPE A CHALEUR A ABSORBEUR ET CHAUDIERE, POUR L'ECHAUFFEMENT D'UN FLUIDE CALOPORTEUR. DANS CE DISPOSITIF COMPORTANT UN DISPOSITIF EXTRACTEUR 1, UNE COLONNE DE RECTIFICATION 4, UN CONDENSEUR 5, UN ECHANGEUR DE FROID 6, UNE SOUPAPE DE DETENTE 7, UN EVAPORATEUR 8 ET UN ABSORBEUR 10 ALIMENTE PAR L'EXTRACTEUR AU MOYEN D'UN ECHANGEUR DE CHALEUR 11 POUR UNE SOLUTION PAUVRE ET UNE SOLUTION RICHE, AU MOYEN D'UNE SOLUTION PAUVRE PAR LA SOUPAPE 7, IL EST PREVU UNE CONDUITE DE DERIVATION 15 CONTOURNANT L'ECHANGEUR 11 ET MUNIE D'UNE SOUPAPE 16 OUVRANT LA CONDUITE 15 LORS DE LA CHUTE DE LA TEMPERATURE D'ENTREE DU FLUIDE CALOPORTEUR, LES SURFACES D'ECHANGE DE CHALEUR DANS L'ABSORBEUR 10 ETANT TELLES QUE LE GAZ APPARAISSANT LORS DE LA DETENTE DE LA SOLUTION PAUVRE EN AMONT DE LA SOUPAPE 12 EST ABSORBE PAR REFROIDISSEMENT SUR CES SURFACES. APPLICATION NOTAMMENT AUX DISPOSITIFS A FONCTIONNEMENT MIXTE POUR L'ECHAUFFEMENT D'UN FLUIDE CALOPORTEUR.

Description

2i.827 10 La présente invention concerne un dispositif fonctionnant de

façon parallèle et bivalente en tant que pompe à chaleur à absorbeur et chaudière, en vue d'échauffer un fluide caloporteur et comportant au moins un dispositif extracteur, un condenseur, un évaporateur et un absorbeur, constituant à la fois la chaudière, l'absorbeur parcouru par le fluide caloporteur étant alimenté, à partir du dispositif extracteur par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur pour une solution pauvre et une solution riche, au moyen d'une solution pauvre par l'intermédiaire d'une soupape

de détente.

Par rapport à des dispositifs connus travaillant alternativement de façon bivalente, dans lesquels seule la pompe à chaleur fonctionne dans le cas de températures extérieures assez élevées (températures de l'air d'admission) et dans lesquels seul un dispositif usuel de chauffage contenant une chaudière fonctionne dans le cas de températures assez basses inférieures à environ 00C, des dispositifs de ce type travaillant en parallèle et de façon bivalente ont pour avantage que, même dans le cas de températures relativement basses de l'air d'admission, la pompe à chaleur à absorption fonctionne et que l'apport supplémentaire de chaleur par un combustible doit être calculé seulement pour compenser la différence entre la puissance thermique demandée et la puissance thermique

délivrée par la pompe à chaleur.

Un dispositif fonctionnant en parallèle de façon bivalente, du type indiqué plus haut, est connu dans son principe d'après la demande de brevet DOS NO 2 647 216; d'une façon détaillée, ce document décrit néanmoins simplement un dispositif équipé d'une pompe à chaleur à compression. Si l'on veut faire fonctionner de façon économique la pompe à chaleur du dispositif également dans le cas de températures assez basses de l'air d'admission, par exemple à -151C, il faut assurément accroître la puissance de

la pompe à chaleur par rapport aux réalisations connues.

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C'est pourquoi la présente invention a pour but de réaliser un dispositif fonctionnant en parallèle de façon bivalente, du type indiqué plus haut, et qui travaille de façon économique également dans le cas de basses températures de l'air d'admission, c'est-à-dire fournit une puissance thermique plus importante que les réalisations connues

jusqu'à présent.

La solution conforme à l'invention de ce problème est caractérisée par le fait qu'il est prévu une conduite de dérivation, contournant l'échangeur de chaleur, pour une solution pauvre ou une solution riche et comportant une soupape qui ouvre la conduite de dérivation dans le cas d'une baisse de la température d'entrée du fluide caloporteur, et que les surfaces d'échange de chaleur dans l'absorbeur sont dimensionnées de telle sorte que le gaz libre apparaissant lors de la détente instantanée de la solution pauvre en aval

de la soupape de détente soit absorbé à nouveau par refroi-

dissement sur lesdites surfaces. L'avantage particulier de l'invention doit être vu dans le fait que le problème posé est résolu moyennant une dépense extrêmement faible, à savoir en prévoyant simplement une soupape commandée par

la température dans une conduite de dérivation.

L'invention supprime un accroissement de la puissance de l'absorbeur par le fait que, dans le cas o la

température d'entrée tombe au-dessous d'une valeur prédéter-

minée, c'est-à-dire lors de l'apparition d'un manque de puissance thermique, une dérivation est créée en direction de l'échangeur de chaleur de telle manière que la chaleur, transmise par ailleurs de façon interne dans l'échangeur de chaleur à la solution riche, est transférée dans l'absorbeur

au fluide caloporteur, qui en général est de l'eau chaude.

De façon détaillée il se produit en aval de la soupape de détente de l'absorbeur, c'est-à-dire à l'entrée de ce dernier, une détente de la solution pauvre chaude, qui est envoyée par la conduite de dérivation, tandis qu'un gaz est libéré instantanément en raison de la vaporisation par détente. La solution pauvre se refroidit alors jusqu'à la température d'ébullition, à la pression régnant dans l'absorbeur. Sur les surfaces d'échange thermique situées dans l'absorbeur, c'est-à-dire en définitive sur la surface d'un dispositif tubulaire par exemple hélicoïdal, parcouru par le fluide caloporteur devant être échauffé, il se produit un refroidissement sous l'effet duquel le gaz libéré instan- tanément est à nouveau absorbé. La chaleur d'absorption alors libérée est transmise en supplément au fluide caloporteur qui est par conséquent échauffé plus fortement que dans le cas du fonctionnement normal lors duquel la soupape située dans la

conduite de dérivation est fermée.

Naturellement, les surfaces correspondantes de transfert thermique de l'absorbeur doivent posséder des dimensions correspondantes; de même, la puissance thermique fournie dans le dispositif extracteur doit être adaptée de

façon correspondante.

Une forme de réalisation particulièrement avan-

tageuse de l'invention permet d'éviter, dans le cas de basses

températures de l'air d'admission, le risque particulière-

ment important du givrage de l'évaporateur et par conséquent le risque d'une perturbation du mode de fonctionnement de la pompe à chaleur. En prévoyant un échangeur de chaleur à condensation pour les gaz de fumée et l'air d'admission, le gaz de fumée délivre, dans cet échangeur de chaleur, sa chaleur de condensation à l'air d'admission envoyé à l'évaporateur. Ceci provoque d'une part un échauffement désiré de l'air d'admission et, d'autre part, un dessèchement des gaz de fumée qui, après la traversée de cet échangeur de

chaleur, sont ajoutés de préférence à l'air d'admission.

A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés trois exemples

de réalisation de l'objet de l'invention. -

Les conduites véhiculant les différents fluides sont représentées de la manière suivante les conduites, qui sont caractérisées par deux lignes continues parallèles, véhiculent un fluide frigorigène gazeux, à savoir du NH3 dans les exemples de réalisation. Des conduites représentées par une seule ligne en trait plein transportent le fluide frigorigène à l'état

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liquide. Une solution pauvre circule dans des conduites représentées par une ligne en trait plein comportant des points épaissis, tandis qu'une solution riche circule dans des conduites représentées en trait mixte. Une conduite, qui est représentée par une ligne formée de traits interrompus très espacés, est une conduite prévue pour le fluide caloporteur, c'est-à-dire en général de l'eau chaude; une conduite indiquée par une ligne formée de traits interrompus rapprochés est une conduite véhiculant de l'air. Des conduites, qui sont représentées par un trait continu intersecté par des petits traits obliques, véhiculent des gaz

de fumée.

Le dispositif de la figure 1 contient comme éléments essentiels le dispositif extracteur 1 muni d'une cuve 2, à laquelle est envoyé en 3 un fluide de chauffage, la colonne de rectification 4, le condenseur 5 dans lequel les vapeurs chaudes du fluide frigorigène délivrent une chaleur de condensation à l'eau chaude, l'échangeur de froid 6, la soupape de détente 7, l'évaporateur 8 dans lequel le fluide frigorigène se vaporisant prélève de la chaleur à l'air d'admission envoyé par la conduite d'admission d'air 9, et l'absorbeur 10 auquel la cuve 2 du dispositif extracteur envoie une solution pauvre par l'échangeur de chaleur 11 et

la soupape de détente 12.

Dans l'échangeur de chaleur 11 se produit par conséquent une délivrance de chaleur de la solution pauvre chaude à la solution riche envoyée au moyen de la pompe 13 à partir de l'absorbeur 10. Cela signifie qu'il se produit un refroidissement de la solution pauvre qui délivre, à l'intérieur de l'absorbeur, une chaleur d'absorption à l'eau

chaude parcourant le serpentin tubulaire 14.

Afin d'accroître la puissance de chauffage de l'absorbeur, on utilise la conduite de dérivation 15, qui contourne l'échangeur de chaleur 11 et qui est connectée au moyen de la soupape 16 en fonction de la température d'entrée de l'eau chaude, mesurée en 17, lors de l'apparition d'un manque de puissance. Il se produit alors par conséquent un entraînement direct de la solution pauvre chaude jusqu'à la

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soupape de détente 12, de sorte que la solution pauvre chaude subit, dans cette dernière, une détente avec libération d'un gaz libéré instantanément. La surface du serpention tubulaire 14 est dimensionnée de telle manière que l'eau chaude provoque un refroidissement aboutissant à l'absorption du gaz libéré instantanément, de sorte que la chaleur d'absorption

est transmise en supplément à l'eau chaude.

Afin de réduire le risque de givrage de l'évaporateur, les gaz de fumée du dispositif extracteur 1 sont envoyés par une conduite 18 à l'échangeur de chaleur 19 à condensation des gaz de fumée et de l'air d'admission, de sorte que la chaleur de condensation des gaz de fumée est transmise, dans cet échangeur de chaleur, à l'air d'admission -et accroît par conséquent la température de vaporisation. En outre, il se.produit alors un dessèchement des gaz de fumée, qui, après avoir traversé l'échangeur de chaleur 19, sont

également envoyés au ventilateur.

Dans le cas de l'invention, la solution pauvre chaude est par conséquent utilisée en tant qu'agent caloporteur et une partie de la surface de l'absorbeur est

utilisée pour découplage de la chaleur.

Ceci est également valable pour l'autre exemple de réalisation représenté sur la figure 2. Sur cette figure, on a utilisé pour les différentes conduites les chiffres de référence et les modes de représentation déjà utilisés sur la

figure 1.

L'exemple de réalisation de la figure 2 se distingue de celui de la figure 1 par le fait qu'un échangeur de chaleur 21, qui peut être branché par l'intermédiaire d'une soupape à trois voies 20, actionnée quant à elle en fonction de la température d'entrée, et qui assure un transfert thermique de la solution pauvre chaude à l'eau chaude, lors de l'apparition d'un manque de puissance, par exemple dans le cas d'une baisse de la température d'entrée est situé dans la conduite de dérivation 15. La soupape à trois voies 20 est conçue de telle manière que dans le cas d'une chute de la température d'entrée, des écoulements partiels de la solution pauvre sont véhiculés à travers les deux échangeurs de chaleur 11 et 21, qui sont réunis à nouveau en amont de la soupape de détente 12 et par conséquent en amont de l'absorbeur. Le dimensionnement de ces écoulements partiels et des échangeurs de chaleur 11 et 21 est tel qu'après réunion des deux écoulements partiels en amont de la soupape de détente 12, il s'établit une température de mélange de la solution pauvre qui est supérieure à la température d'ébullition de la solution

pauvre, associée à la pression régnant dans l'absorbeur 10.

Ici également l'effet décrit en liaison avec le premier

exemple de réalisation intervient dans l'absorbeur.

Naturellement, l'absorbeur 10 doit être conçu de manière à pouvoir délivrer à l'eau chaude la chaleur supplémentaire devant être échangée par l'absorption du gaz libéré

instantanément.

De même, dans le cas de l'exemple de réalisation de l'invention représenté sur la figure 3, les parties et conduites déjà rencontrées précédemment sont caractérisées

par les mêmes chiffres de référence et les mêmes représenta-

tions. Dans cet exemple de réalisation, deux échangeurs de chaleur, à savoir un échangeur de chaleur pour la solution riche et la solution pauvre ainsi qu'un échangeur de chaleur pour la solution pauvre et l'eau chaude, sont réunis pour former un échangeur de chaleur triple 30. Cet échangeur de chaleur triple contient l'échangeur coaxial hélicoïdal 31 dont le tube extérieur 32 est parcouru par la solution pauvre, tandis que son tube intérieur 33 est parcouru par la solution riche. Cet échangeur coaxial 31 est disposé à l'intérieur de l'espace 34 qui a en quelque sorte la forme

d'une enveloppe et est parcouru par l'eau chaude.

Dans cet exemple de réalisation, on reconnaît deux soupapes 35 et 36 commandées en fonction de la température d'entrée et dont la première est située dans la conduite de dérivation 37 pour la solution riche, tandis que la soupape à trois voies 36 obture la conduite de dérivation 38 pour le fluide de chauffage lorsque la température d'entrée tombe au-dessous d'une valeur prédéterminée, de sorte que le fluide de chauffage prélève alors de la chaleur à la solution pauvre, dans l'échangeur de chaleur 30, tandis que, simultanément, la solution riche contourne l'échangeur

de chaleur 30 en passant dans la conduite de dérivation 37.

Mais, au lieu du fonctionnement intermittent de marche et d'arrêt, il est également possible de réaliser une

subdivision en écoulements partiels.

Naturellement, il est possible de modifier le dispositif de la figure 1 de telle sorte que la solution

pauvre chaude traverse en permanence l'échangeur de chaleur-

11, tout en prévoyant une conduite de dérivation pour la

solution riche entraînée par la pompe.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Dispositif fonctionnant de façon parallèle et bivalente en tant que pompe à 'chaleur à absorbeur et chaudière, en vue d'échauffer un fluide caloporteur et comportant au moins un dispositif extracteur, un condenseur, un évaporateur et un absorbeur, constituant à la fois la chaudière, l'absorbeur parcouru par le fluide caloporteur étant alimenté, à partir du dispositif extracteur par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur pour une solution pauvre et une solution riche, au moyen d'une solution pauvre par l'intermédiaire d'une soupape de détente, caractérisé en ce qu'il est prévu une conduite de dérivation (15) contournant l'échangeur de chaleur (11) et prévue pour la solution pauvre ou la solution riche et comportant une soupape (16) qui ouvre la conduite de dérivation lors d'une chute de la température d'entrée du fluide caloporteur, et les surfaces d'échange de chaleur situées dans l'absorbeur (10) sont dimensionnées de telle sorte que le gaz libre apparaissant lors de la détente instantanée de la solution pauvre en aval de la soupape de détente (12) soit à nouveau absorbé par refroidissement au niveau de ces surfaces.

2. Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que les gaz de fumée du dispositif extracteur (1) traversent un échangeur de chaleur (19) à condensation pour les gaz de fumée et l'air d'admission, en amont de

l'évaporateur (8).

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et

2, caractérisé en ce que la conduite de dérivation (15) est une conduite de dérivation pour la solution pauvre et contient un échangeur de chaleur (21) pour la solution pauvre et le fluide caloporteur, et lors d'une chute de la température d'entrée, la soupape (20) dirige à travers les deux échangeurs de chaleur (11, 21) des écoulements partiels de la solution pauvre mesurés de telle manière qu'après réunion des deux écoulements partiels en amont de l'absorbeur (10), il s'établit une température de mélange de la solution pauvre qui est supérieure à la température d'ébullition

associée à la pression régnant dans l'absorbeur (10).

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et

2, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur pour la solution pauvre et la solution riche ainsi qu'un échangeur de chaleur pour la solution riche et le fluide caloporteur sont réunis pour former un échangeur de chaleur triple (30) en association avec un échangeur coaxial hélicolal (31) dont le tube intérieur (33) est parcouru par la solution riche et dont le tube extérieur (32) est parcouru par la solution pauvre et qui est situé dans un espace (34) parcouru par le fluide caloporteur, la conduite de dérivation (37) est une conduite de dérivation pour la solution riche et il est prévu pour le fluide caloporteur une conduite de dérivation (38) équipée d'une soupape (36) et qui contourne l'échangeur de

chaleur (30).