FR2552212A1 - Procede et dispositif de surchauffe d'un fluide frigorifique - Google Patents

Procede et dispositif de surchauffe d'un fluide frigorifique Download PDF

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Abstract

PROCEDE ET DISPOSITIF PERMETTANT LA SURCHAUFFE DU FLUIDE FRIGORIFIQUE D'UNE POMPE A CHALEUR A MOTEUR THERMIQUE AVANT SON INTRODUCTION DANS LE COMPRESSEUR. IL EST CONSTITUE PAR UNE BOUTEILLE ANTI-COUPS 1 COMPRENANT UNE JUPE INTERNE 15 QUI CONSTITUE UNE SURFACE D'ECHANGE THERMIQUE ENTRE LE FLUIDE FRIGORIFIQUE ET LES GAZ D'ECHAPPEMENT DU MOTEUR. APPLICATION AUX POMPES A CHALEUR.

Description

La présente invention concerne un procédé pour la surchauffe d'un fluide
frigorifique gazeux avant son introduction dans le compresseur d'une pompe à chaleur à moteur thermique et pour en même temps refroidir et condenser la vapeur d'eau contenue dans les gaz d'échappement dudit moteur Elles concerne aussi un dispositif pour la mise en
oeuvre de ce procédé.
Le principe des pompes à chaleur à moteur thermique est bien connu de l'homme de l'art Il est par exemple 10 décrit dans la demande de brevet Européen n 81 400 340 "Installation de chauffage pour locaux à usage d'habitation
ou industriel".
Dans les pompes à chaleur électriques classiques, il est connu de surchauffer le fluide frigorigène avant son 15 introduction dans le compresseur de façon à ne pas introduire de liquide'dans le compresseur Pour ce faire il est généralement prévu de faire travailler une partie de l'évaporateur comme surchauffeur et de compléter cette surchauffe en utilisant l'énergie thermique dissipée par le 20 moteur électrique d'entrainement du compresseur Dans le cas des pompes à chaleur à moteur immergé du type de celles décrites dans la demande de brevet ci-dessus, il n'est pas possible de compléter la surchauffe de cette façon et on, est donc obligé de faire travailler une plus grande partie 25 de l'évaporateur comme surchauffeur, ce qui est trbs pénalisant puisque les surfaces d'échange de l'évaporateur ne sont performantes que quand le fluide secondaire c'est-à
dire le fluide frigorigène est sous forme liquide.
L'objet de la présente invention est donc de prévoir 30 un procédé qui permette d'obtenir une surchauffe du fluide frigorigène sans diminution des performances de l'évaporateur, dans le cas d'une pompe à chaleur dont le compresseur est entrainé par un moteur thermique En outre, ce procédé permet en même temps de refroidir la vapeur d'eau contenue 35 dans les gaz d'échappement du moteur et de la condenser, Un second objet de l'invention est un dispositif de
mise en oeuvre de ce procédé, ce dispositif étant facilement adaptable aux installations existantes.
Le premier objet est atteint en ce que l'invention prévoit un procédé de surchauffe d'un fluide frigorigène gazeux avant son introduction dans le compresseur d'une pompe à chaleur à moteur thermique, caractérisé en ce que l'on utilise l'énergie thermique résiduelledes gaz d'échappement dudit moteur thermique pour effectuer la surchauffe. Selon ce procédé, un échange thermique a lieu entre la totalité des gaz d'échappement et ledit fluide dans une
zone située à proximité immédiate du compresseur.
Le second objet est atteint en ce que l'invention prévoit un dispositif comportant un échangeur thermique permettant un écchange entre le fluide frigogène et les
gaz d'échappement.
De préférence, cet échangeur est contenu dans une 15 bouteille anti-coups située en amont du compresseur.
Selon un mode particulier de réalisation du dispositif
selon l'invention, l'échangeur utilise comme surface d'échange l'enveloppe de ladite bouteille anti-coups.
Selon une caractéristique complémentaire, ladite enveloppe est cylindrique d'axe vertical, fermée à ses deux extrémités. L'extrémité supérieure est munie d'un tubulure d'admission et d'une tubulure de sortie Cette dernière comporte une partie inférieure qui a la forme d'un U dont la première 25 branche est ouverte à l'intérieur de l'enveloppe et située sensiblement en vis-à-vis de la tubulure d'admission et dont la seconde branche est reliée à une partie supérieure verticale débouchant à l'extérieur de l'enveloppe Selon l'invention, cette bouteille anti-coups comporte une jupe 30 interne cylindrique fermée dans son extrémité supérieure
qui est située entre la tubulure d'admission et la première extrémité de la partie inférieure de la tubulure de sortie.
Elle est en outre munie d'un orifice pour le passage de la
partie supérieure de la tubulure de sortie.
De préférence, l'extrémité inférieure de la jupe est ouverte dans sa totalité et elle est située à un niveau supérieur à l'extrémité inférieure de la partie inférieure de ladite tubulure de sortie, qui peut comporter un ouplusieurs orifices latéraux, situés dans la partie inférieure du U. Selon une caractéristique complémentaire de l'invention l'enveloppe cylindrique de la bouteille anti-coups est entourée d'une enveloppe extérieure cylindrique, comportant une tubulure d'admission des gaz d'échappement et une tubulure de sortie. De préférence, ladite enveloppe extérieure entoure
l'extrémité inférieure de la bouteille anti-coups.
Mais d'autres caractéristiques, ainsi que les avantages, de l'invention, apparaitront plus clairement à la
lecture de la description suivante d'un mode de réalisation,
faite d'une manière illustrative en référence aux dessins annexes dans lesquels: la figure 1 est une coupe latérale d'un dispositif selon l'invention la figure 2 est une coupe horizontale de la figure 1 la figure 3 est une vue d'une installation comportant un
dispositif selon l'invention.
La bouteille anti-coups ( 1) représentée figure 1 comporte une enveloppe cylindrique ( 2) constituée par une 20 paroi latérale ( 3) et, une extrémité inférieure ( 4) et une extrémité supérieure ( 5) Les deux extrémités ( 4) et ( 5)
sont des calottes sphériques.
L'extrémité supérieure ( 5) est munie d'une tubulure d'admission ( 6) et d'une tubulure de sortie ( 7) La tubulure 25 d'admission ( 6) débouche légèrement en deça de l'extrémité
( 5) à laquelle elle est soudée en ( 12).
La tubulure de sortie ( 7) comporte une partie supérieure cylindrique ( 8) qui débouche à l'extérieur et une partie inférieure ( 9) qui a la forme d'un U La branche( 10) 30 du U est située sensiblement en vis-à-vis de la tubulure
( 6) mais débouche à un niveau nettement inférieur L'extrémité ( 11) est reliée à la partie supérieure cylindrique ( 8).
Une jupe interne ( 15) est placée à l'intérieur de l'enveloppe ( 2) Elle comporte une paroi latérale ( 16) et 35 une paroi supérieure ( 17) munie d'un orifice ( 18) pour le passage du tube ( 8) La jupe ( 15) et l'enveloppe ( 2) définissent un volume annulaire ( 20), un dôme supérieure ( 27)
et un dôme inférieur ( 26).
Deux séries de trois plots de centrage ( 22), ( 23), ( 24) maintiennent constant l'écartement entre la jupe ( 15) et l'enveloppe ( 2) La totalité de la partie inférieure de la jupe est ouverte Elle est située à un niveau légèrement supérieur à celui de la partie basse de la branche horizontale du U.
Une enveloppe extérieure ( 30) entoure l'ensemble.
Elle est reliée à la partie supérieure de la paroi latérale
( 13) de l'enveloppe ( 2) par une couronne annulaire ( 31).
Elle comporte une tubulure ( 32) d'admission et une tubulure ( 33) de sortie pour les gaz d'échappement en provenance du moteur d'entrainement du compresseur L'enveloppe ( 30) et, l'enveloppe ( 2) définissent un volume annulaire externe ( 35) et un dôme externe inférieur ( 36) L'écartement entre les 15 deux enveloppes est maintenu par la série de plots de
centrage ( 37), ( 38), ( 39).
Le dispositif ( 1) selon l'invention est mis en place dans une pompe à chaleur telle que schématisée sur la figure 3 dans laquelle on a représenté l'évaporateur ( 40), 20 le compresseur ( 41) et le condenseur ( 42) Le compresseur ( 41) est entrains en rotation par le moteur thermique ( 43) dont le gaz d'échappement sont envoyés dans la tubulure ( 32) par la canalisation ( 33) Le dispositif d'entrainement
du compresseur est représenté en ( 45).
Ce dispositif fonctionne de-la manière suivante: En régime normal, c'està-dire en dehors des régimes transitoires le gaz frigorigène passe, en sortant de l'évaporateur, dans la bouteille anti-coups ( 1) o il est surchauffé avant d'être introduit dans le compresseur ( 41). 30 En se référant à la figure, on voit que le gaz est introduit dans le dôme supérieur ( 21) puis dans le volume annulaire ( 20) qui constitue la zone d'échange avec le gaz d'échappement introduit par la tubulure ( 32), les deux gaz étant séparés par l'enveloppe ( 2) de la bouteille anti35 coups, qui constitue ainsi la surface d'échange de l'échangeur Il est à noter que le volume annulaire ( 20) constitue une zone o la vitesse du gaz est suffisante pour obtenir l'échange thermique recherché, contrairement à ce qui se passe dans les bouteilles anti-coups de l'art antérieur qui ne sont pas munies de jupe intérieure Pendant ce régime normal, la surchauffe du gaz permet de le débarrasser des
fines goutelettes de liquide qu'il contient.
En régime transitoire, il peut se faire que le gaz introduit dans le dispositif soit mélangé à une certaine quantité de gaz liquéfié Cette portion liquide est recueillie d'une manière classique en fond de bouteille o
elle est peu évaporée par entrainement dansla phase gazeuse 10 à travers les orifices ( 51).
Les gaz d'échappement sont introduits par la tubulure ( 32) dans le dôme ( 36) puis recueillis en partie haute par
la tubulure ( 33) Les tubulures ( 53) et ( 32) sont tangentielles par rapport à l'enveloppe extérieure.
Ainsi qu'indiqué plus haut, le dispositif selon l'inventions et en particulier celui représenté figure 1, présente l'avantage de refroidir les gaz déchappement et de condenser les vapeurs qui s'y trouvent A cet effet,
le dispositif représenté figure 1 comporte une tubulure ( 60) 20 d'évacuation des condensats.
Mais l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit Elle en englobe au contraire toutes les variantes En particulier en ce qui concerne la forme de la
bouteille anti-coups qui peut par exemple être un systbme 25 à capillaire.
z 2212

Claims (6)

REVENDICATIONS
1 Procédé de surchauffe d'un flux frigorigène gazeux contenant de fines particules liquides avant son introduction dans le compresseur d'un pompe à chaleur à moteur thermique, caractérisé en ce que l'on utilise l'énergie thermique des gaz d'échappement dudit moteur
thermique pour effectuer la surchauffe.
2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fluide frigorigène gazeux est mis en situation d'échange thermique avec la totalité des gaz d'échappement dans une zône située à proximité immédiate du compresseur. 3 Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur thermique ( 20) permettant un échange thermique entre ledit fluide frigorigène gazeux et les gaz
d'échappement du moteur thermique ( 43).
4 Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'échangeur thermique ( 20) est contenu dans une bouteille anti-coups ( 1) située en amont du compresseur
( 41).
Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'échangeur thermique comporte une paroi d'échange
constituée par l'enveloppe extérieure ( 12) de ladite 25 bouteille anticoups.
6 Dispositif selon la revendication 5 dans lequel l'enveloppe extérieure de la bouteille anti-coups est cylindrique, d'axe vertical et fermée à ses deux extrémités, l'extrémité supérieure étant munie d'une tubu30 lure d'admission ( 6) et d'une tubulure de sortie ( 17), la tubulure de sortie comportant une partie inférieure ayant la forme d'un U dont une première branche est ouverte ( 10) à l'intérieur de ladite enveloppe située sensiblement en vis-à-vis de la tubulure d'admission et 35 dont la seconde branche ( 11) est reliée à une partie supérieure verticale débouchant à l'extérieur de l'enveloppe, caractérisé en ce que ladite enveloppe entoure une jupe interne ( 15), cylindrique fermée dans son extrémité supérieure, ladite extrémité étant située 2212 entre la tubulure d'admission et la première extrémité de la partie inférieure de la tubulure de sortie et étant munie d'un orifice pour le passage de la partie
supérieure de la tubulure de sortie.
7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de la jupe ( 15) est ouverte dans sa totalité et située à un niveau légèrement supérieur à l'extrémité inférieure de la partie inférieure
de ladite tubulure.
O 10 8 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'enveloppe cylindrique ( 2) de la bouteille anticoups est entourée d'une enveloppe extérieure ( 30) cylindrique comportant, en partie basse, une tubulure ( 32)
pour l'admission des gaz d'échappement et, en partie 15 haute, une tubulure ( 33) pour la sortie desdits gaz.
9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce
que l'enveloppe extérieure entour aussi l'extrémité inférieure de l'enveloppe de la bouteille anti-coups.
-Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce 20 que l'enveloppe extérieure comporte une tubulure ( 60)
de récupération des condensats.
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