FR2518229A1 - Heat pump for domestic heating - has three fluid circuits with exchanger condenser forming heating body of boiler - Google Patents

Heat pump for domestic heating - has three fluid circuits with exchanger condenser forming heating body of boiler Download PDF

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Abstract

The heat pump circuit consists of a compressor (3), condenser (6), expander (4) and evaporator (5) and is used for heating a house and supplying hot water. The fins (7) of the condenser are connected with a high temperature circuit (10) in which hot water for central heating or for domestic use is circulated. At the same time air for heating the house is circulated by a fan (13). Heat may be supplied to the evaporator by a liquid circulated by the pump (15) in the circuit (14). Alternatively heat from the atmosphere or from combustion gases may be supplied by the fan (17).

Description

L'invention se rapporte à un ensemble de production de chaleur bi-énergie du type associant une chaudière et une pompe à chaleur dans lequel le corps de chauffe de la chaudière et le condenseur de la pompe à chaleur sont réunis dans une seule unité fonctionnelle intégrée dans le corps de la chaudière. The invention relates to a dual-energy heat production unit of the type associating a boiler and a heat pump in which the heating body of the boiler and the condenser of the heat pump are combined in a single integrated functional unit. in the body of the boiler.

Dans les ensembles de chauffage actuels à récupération, on associe à la chaudière classique, en général existante, une pompe à chaleur qui transfère dans le fluide caloporteur de l'installation les calories récupérées dans l'air (air extérieur r et/ou air extrait), dans le sol ou toute autre source isolément ou simultanément. In current recuperative heating systems, a conventional heat pump, generally existing, is associated with a heat pump which transfers the calories recovered in the air into the heat transfer fluid of the installation (outside air r and / or extracted air ), in the ground or any other source individually or simultaneously.

Ce couplage permet de réaliser une économie substantielle, fonction des possibilités de récupération (température de l'air ou de la source chaude), -du coefficient de performance de l'installation et du rendement global de l'installation. This coupling makes it possible to achieve a substantial saving, depending on the possibilities of recovery (temperature of the air or of the hot source), of the coefficient of performance of the installation and of the overall yield of the installation.

Ainsi, on calcule les caractéristiques de ce type d'installation pour assurer le chauffage de l'habitation pendant les intersaisons par le seul fonctionnement de la pompe à chaleur. Thus, the characteristics of this type of installation are calculated to ensure that the home is heated during the off-season by the sole operation of the heat pump.

Actuellement, le raccordement de la pompe à chaleur à la chaudière est réalisé de façon simple par une liaison hydraulique directe sans souci particulier d'adaptation. Currently, the connection of the heat pump to the boiler is carried out in a simple manner by a direct hydraulic connection without particular concern for adaptation.

De ce fait, le rendement global du tandem assurant la production de chaleur sQ trouve limité vers le haut par des pertes diverses telles que couplage hydraulique peu adapté, surfaces et distances trop importantes, dissociation technique des éléments... As a result, the overall efficiency of the tandem ensuring the production of heat sQ is limited upwards by various losses such as unsuitable hydraulic coupling, too large surfaces and distances, technical dissociation of the elements, etc.

La présente invention vise à améliorer le rendement global d'une tel le installation par I' intégratiqn du condenseur de la pompe à chaleur dans le corps de chauffe de la chaudière, formant ainsi une unité fonctionnelle mixte nouvelle. The present invention aims to improve the overall efficiency of such an installation by integrating the heat pump condenser into the heating body of the boiler, thus forming a new mixed functional unit.

Elle permet ainsi un abaissement sensible du coût de l'installation et une diminution appréciable de l'encombrement. It thus allows a significant reduction in the cost of the installation and an appreciable reduction in the size.

A cet effet, I'invention concerne un ensemble de production de chaleur bi-énergie du type associant une chaudière à une pompe à chaleur remarquable en ce que le corps de chauffe de la chaudière et le condenseur de la pompe à chaleur sont réunis dans une seule unité fonctionnelle d'échange, appelée corps de chauffe-condenseur, prévue à l'intérieur de l'organe de chauffe utilisé en -tant que chaudière. To this end, the invention relates to a dual-energy heat production unit of the type associating a boiler with a heat pump remarkable in that the heating body of the boiler and the condenser of the heat pump are combined in a only functional exchange unit, called the condenser heater body, provided inside the heater used as a boiler.

Les performances de l'installation se trouveront encore améliorées par l'emploi d'une pompe à chaleur comprenant un ou deux échangeurs à trois fluides. The performance of the installation will be further improved by the use of a heat pump comprising one or two exchangers with three fluids.

D'autres caractéristiques techniques et avantages de l'invention sont consignés dans la description ci-après effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode préféré de réalisat-ion de l'invention en référence au dessin accompagnant dans lequel : La figure 1 est une représentation schématique de l'ensemble
de production de chaleur selon l'invention.Other technical characteristics and advantages of the invention are set out in the description below, given by way of nonlimiting example on a preferred embodiment of the invention with reference to the accompanying drawing in which: FIG. 1 is a schematic representation of the whole
for producing heat according to the invention.

La figure 2 est une vue en perspective drun exemple de
réalisation. d'un corps de chauffe-condenseur à éléments
juxtaposés.Figure 2 is a perspective view of an example of
production. an element-condenser heater body
juxtaposed.

La figure 3 est une vue en coupe transversale d'un exemple
de réalisation d'un corps de chauffe-condenseur à structurç
coaxiale.Figure 3 is a cross-sectional view of an example
of a structured condenser heater body
coaxial.

En se référant à la figure 1, I'ensemble de production de chaleur. selon l'invention associe une pompe à chaleur 1 et un organe de chauffe 2 de type à circuit d'eau chaude 3 pour le chauffage. par radiat.eurs, convecteurs basse température, réseau de sol ou tout autre, et, le cas 'échéant, pour la production d'eau chaude sanitaire. Referring to Figure 1, the heat production assembly. according to the invention combines a heat pump 1 and a heating member 2 of the hot water circuit type 3 for heating. by radiators, low temperature convectors, ground network or any other, and, if necessary, for the production of domestic hot water.

La chaudière possède, de préférence, un brûleur à gaz 4 ou à fuel, de type atmosphérique ou à air soufflé. Elle pourra néanmoins tout aussi bien être équipée d'une rampe à gaz ou d'un foyer conventionnel pour la combustion du bois, du charbon ou tout autre combustible- solide. The boiler preferably has a gas or oil burner 4, of the atmospheric or blown air type. It could however just as easily be fitted with a gas ramp or a conventional fireplace for the combustion of wood, coal or any other solid fuel.

Elle comporte à son intérieur, en partie supérieure de la chambre de combustion 5, traversé par les gaz chauds, un échangeur mixte 6 à trois fluides remplissant simultanément les fonctions de corps de chauffe et de condenseur.  It has inside, in the upper part of the combustion chamber 5, through which the hot gases pass, a mixed exchanger 6 with three fluids simultaneously fulfilling the functions of heating body and condenser.

Cet élément réunit dans sa structure monobloc d'échange le circuit condenseur 7. du fluide frigorigène de la pompe à chaleur et le circuit de chauffage 3 par
l'eau chaude.This element combines in its one-piece exchange structure the condenser circuit 7. of the refrigerant of the heat pump and the heating circuit 3 by
hot water.

Il est placé dans la chambre de combustion de manière à être traversé par les gaz de combustion à
la manière d'un corps de chauffe classique.It is placed in the combustion chamber so as to be traversed by the combustion gases at
the way of a conventional heating body.

On a créé ainsi une nouvelle unité fonctionnelle à l'intérieur d'un générateur de chaleur. A new functional unit has thus been created inside a heat generator.

Cette nouvelle unité, remplissant simultanément les fonctions de -corps de chauffe et de condenseur, sera appelée ci-après corps de chauffe-condenseur. This new unit, simultaneously fulfilling the functions of heating body and condenser, will be referred to hereinafter as the heating condenser body.

De plus, l'organe de chauffe la renfermant ne fonctionnant qu'à titre d'appoint sera dénommé ci-après générateur auxiliaire de chauffe. In addition, the heating element containing it operating only as an auxiliary will be referred to below as an auxiliary heating generator.

Les gaz chauds traversant le corps de chauffecondenseur 6 sont évacués à l'extérieur par la boîte à fumée 8 suivie d'un clapet d'isolation 9. The hot gases passing through the condenser heater body 6 are evacuated outside by the smoke box 8 followed by an isolation valve 9.

Ils sont dirigés sur l'échangeur constituant l'évaporateur 10 afin de récupérer les calories emportées par les fumées. They are directed to the exchanger constituting the evaporator 10 in order to recover the calories carried away by the fumes.

On pourra faire condenser les gaz de combustion lors du passage à travers l'évaporateur pour améliorer le rendement de combustion. On prévoit à cet effet un bac de collecte 11 des condensats et une liaison d'évacuation 12, par exemple à l'égout. The combustion gases can be condensed when passing through the evaporator to improve the combustion efficiency. A collecting tank 11 for condensates and an evacuation link 12, for example in the sewer, are provided for this purpose.

Pour des raisons de sécurité, on garde l'éva- cuation directe des gaz de combustion par la cheminée et on réalise le passage sur l'évaporateur par l'intermédiaire d'une dérivation 13. For safety reasons, the direct evacuation of the combustion gases is kept through the chimney and the passage to the evaporator is carried out by means of a bypass 13.

L'évaporateur est disposé p-ar ailleurs dans le flux principal d'air aspiré de l'extérieur et/ou extrait de l'intérieur par l'action d'un ventilateur 14. The evaporator is arranged elsewhere in the main flow of air drawn from the outside and / or extracted from the inside by the action of a fan 14.

On pourra interposer à l'entrée 15 de l'air un élément plan 16, du type grillage ou autre, apportant en plus de la protection, une perte de charge faible mais suffisante pour que la dépression engendrée par le ventilateur capte les fumées dans le circuit d'évacuation et les force à traverser la batterie de l'évaporateur.  We can interpose at the air inlet 15 a flat element 16, of the mesh or other type, providing in addition to protection, a low pressure drop but sufficient for the depression generated by the fan to capture the fumes in the evacuation circuit and forces them to pass through the evaporator battery.

A titre de variante, on prevoi-t de remplacer l'élément =plan 16 de perte de charge par le premier élément de la batterie de l'évaporateur. As a variant, provision is made to replace the element = pressure drop plane 16 with the first element of the evaporator battery.

Selon la proximité du conduit de fumées, l'évaporateur ainsi dissocie pourrait, en plus, récupérer une partie de la chaleur rayonnée par ledit conduit-de fumée. Depending on the proximity of the flue, the evaporator thus dissociated could, in addition, recover part of the heat radiated by said flue.

L'évaporateur permet alors. de récupérer les calories contenues dans I'air mais aussi les calories emportées par les fumées. The evaporator then allows. to recover the calories contained in the air but also the calories carried away by the fumes.

Le corps de chauffe-condenseur pourra affecter différentes formes de réalisation possibles. The condenser heater body may affect different possible embodiments.

Outre la -structure tubulaire à ailettes repré-sentée schématiquement en figure 3, on vise une forme monobloc illustrée par la figure 2. In addition to the tubular structure with fins represented schematically in FIG. 3, the aim is a monobloc shape illustrated by FIG. 2.

II s'agit tout d'abord (figure- 3) -dJune version à tubes coaxiaux horizontaux dans laquelle le fluide frigorigène traverse une structure d'échange à ailettes 17 sous la forme d'un conduit central 18. Ledit conduit est entouré par une enveloppe cyli-ndrique 19 constituant ainsi un volume intermédiaire annulaire 20 le long duquel circule l'eau à réchauffer. First of all (FIG. 3) -dJune version with horizontal coaxial tubes in which the refrigerant passes through a finned exchange structure 17 in the form of a central duct 18. Said duct is surrounded by a cylindrical envelope 19 thus constituting an annular intermediate volume 20 along which the water to be heated circulates.

Le trajet des gaz chauds de combustion est matérialisé par des fleches parallèles;
üne autre variante (figure 2) utilise un corps de chauffe constitué par la juxtaposition d'éléments 21 monoblocs moulés, par exemple, en fonte ou en fonte d'aluminium.The path of the hot combustion gases is materialized by parallel arrows;
Another variant (FIG. 2) uses a heating body formed by the juxtaposition of molded monoblock elements 21, for example, made of cast iron or cast aluminum.

Ces éléments sont réunis par des nippes et des barres d'assemblage pour former un corps de chauffe compact. These elements are joined by nipples and assembly bars to form a compact heating body.

On transforme ce type de corps de chauffe en augmentant de façon importante les dimensions des orifices inférieurs ou supérieurs de chaque élément. Bien entendu, les nippes sont augmentées dans les mêmes proportions et on arrive à un-assemblage parfait. This type of heating body is transformed by significantly increasing the dimensions of the lower or upper orifices of each element. Of course, the nippes are increased in the same proportions and we arrive at a perfect assembly.

Cette modification permet de créer un volume d'échange supplémentaire 22i du type répartiteur, qui sera occupé par le circuit d'échange de i'évaporateur, par exemple sous la forme d'un serpentin 23 en tube de cuivre aileté 24 débouchant sur une pièce d'obturation frontale 25 par des éléments dè raccordement telle que 26. This modification makes it possible to create an additional exchange volume 22i of the distributor type, which will be occupied by the exchange circuit of the evaporator, for example in the form of a coil 23 made of finned copper tube 24 opening onto a part. front closure 25 by connecting elements such as 26.

Le départ de l'eau de chauffe s'effectue à l'extrémité opposée. L'eau ré.chauffée dans chaque élément passera au travers du serpentin 23 pour y recevoir un complément de chauffage apporté par la pompe à chaleur. The heating water starts at the opposite end. The water reheated in each element will pass through the coil 23 to receive additional heating provided by the heat pump.

L'intérêt de l'invention réside dans le fait de pouvoir utiliser la chaudière uniquement comme appoint. En effet, le rendement global excellent de cette
installation permet d'envisager des séquences de chauffe du brûleur relativement espacées et de courte durée.The advantage of the invention lies in the fact that it is possible to use the boiler only as a backup. Indeed, the excellent overall performance of this
installation makes it possible to envisage relatively long and short-lived burner heating sequences.

Le dégivrage pourra être traité par inversion de cycle, par appoint calorifique supplémentaire apporté par le brûleur ou par bouclage aéraulique contrôlé du condenseur sur l'évaporateur. Defrosting can be treated by reversing the cycle, by additional calorific back-up provided by the burner or by controlled ventilation of the condenser on the evaporator.

Bien entendu, plusieurs variantes d'exécution pourront être apportées, en partictilier en réalisant l'ensemble auxiliaire de chauffe sous la forme d'un chauffe-eau à gaz auquel sera adjointe une partie extérieure comprenant
le compresseur et l'évaporateur à la manière d'un module d'installation de climatisation.Of course, several alternative embodiments may be made, in particular by producing the auxiliary heating assembly in the form of a gas water heater to which an external part will be added, comprising
the compressor and the evaporator like an air conditioning installation module.

On examinera maintenant les principales phases de fonctionnement de l'ensemble de chauffe bi-énergie selon l'invention. We will now examine the main operating phases of the dual-energy heating assembly according to the invention.

En intersaison, la pompe à chaleur fonctionne seule. Les calories récupérées dans le flux d'air suffisent à chauffer l'habitation. In the off-season, the heat pump operates alone. The calories recovered in the air flow are enough to heat the home.

Le corps de chauffe-condenseur 6 joue le rôle d'échangeur simple. The condenser heater body 6 acts as a simple exchanger.

En régime intermédiaire, le générateur auxi.  In intermediate mode, the auxi generator.

liaire de chauffé fonctionne par intermittence, le clapet d'isolément se referme après chaque période de fonctionnement. The heated heater operates intermittently, the isolation valve closes after each period of operation.

Les gaz de combustion traversent l'évaporateur et s'y condensent. La chaleur supplémentaire ainsi récupérée est trans férée au corps de chauffe-condenseur.The combustion gases pass through the condenser and condense there. The additional heat thus recovered is transferred to the condenser heater body.

Par grands froids, le générateur auxiliaire de chauffe fonctionne seul à la manière d'une chaudière classique, le ventilateur est arrêté et les fumées sortent directement par la cheminée.  In very cold weather, the auxiliary heating generator operates on its own like a conventional boiler, the fan is stopped and the fumes exit directly from the chimney.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Ensemble de production de chaleur biénergie du type associant une chaudière et une pompe à chaleur caractérisé en ce que le condenseur (7) de la pompe à chaleur et le corps de chauffe de la chaudière sont réunis dans une seule unité fonctionnelle dans la chambre de combustion (5), l'évaporateur (10) étant traversé par un flux d'air extrait ou extérieur et les gaz de combustion. 1. A set of dual-energy heat production of the type associating a boiler and a heat pump characterized in that the condenser (7) of the heat pump and the heating body of the boiler are combined in a single functional unit in the room combustion (5), the evaporator (10) being traversed by a flow of extracted or external air and the combustion gases. 2. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'unité fonctionnelle est un échangeur mixte (6) à trois fluides entre les gaz de combustion, le fluide frigorigène et l'eau de chauffage. 2. Assembly according to claim 1 characterized in that the functional unit is a mixed exchanger (6) with three fluids between the combustion gases, the refrigerant and the heating water. 3. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que le conduit de fumées est obturé par un clapet d'isolation (9) et comporte une dérivation (13) qui dirige les gaz de combustion sur l'évaporateur (10).  3. An assembly according to claim 1 characterized in that the flue pipe is closed by an isolation valve (9) and comprises a bypass (13) which directs the combustion gases to the evaporator (10). 4 Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que ltévaporateur est placé dans un conduit d'aspfli- ration dont l'entrée est pourvue d'un élément plan (16) engendrant une faible perte de ' charge de manière à capter les gaz chauds de combustion du conduit de fumées par la derivation (13). 4 assembly according to claim 1 characterized in that ltévaporateur is placed in a suction duct whose inlet is provided with a planar element (16) generating a low pressure drop so as to capture the hot gases of combustion of the flue by the bypass (13). 5. Ensemble selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'élément plan (16) est un grillage. 5. An assembly according to claim 4 characterized in that the planar element (16) is a mesh. 6. Ensemble selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'élément plan (16) est constitué par une partie de la batterie d'échange de l'évaporateur. 6. An assembly according to claim 4 characterized in that the planar element (16) is constituted by a part of the exchange battery of the evaporator. 7. Ensemble selon Its revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'échangeur mixte est-de type tubulaire à tubes coaxiaux dans Jesquels le fluide frigorigène circule dans un conduit centra (18) et l'eau entre ledit conduit et une enveloppe extérieure cylindrique (19) solidaire d'ailettes (17). 7. An assembly according to its claims 1 and 2 characterized in that the mixed exchanger is of tubular type with coaxial tubes in which the refrigerant circulates in a central conduit (18) and the water between said conduit and a cylindrical outer envelope (19) integral with fins (17). 8. Ensemble selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'échangeur mixte est de type compact formé d'éléments juxtaposés moulés, par exemple en fonte, présentant une augmentation importante des dimensions au niveau des orifices inférieurs ou supérieurs de manière à créer, au droit de la sortie des éléments, un volume d'échange ge supplémentaire (22) occupé par le circuit J'échange de l'évaporateur (10). 8. An assembly according to claims 1 and 2 characterized in that the mixed exchanger is of the compact type formed from juxtaposed molded elements, for example made of cast iron, having a significant increase in dimensions at the level of the lower or upper orifices so as to create , to the right of the output of the elements, an additional exchange volume ge (22) occupied by the circuit I exchange the evaporator (10). 9. Ensemble selon la revendication 8 caractérisé en ce que le circuit d'échange de l'évaporateur (10) est un serpentin en tube aileté.  9. An assembly according to claim 8 characterized in that the evaporator exchange circuit (10) is a coil in a finned tube.
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