FR2567996A1 - Pompe a chaleur - Google Patents
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Abstract
CETTE POMPE A CHALEUR FONCTIONNE SUIVANT UN CYCLE A GAZ PERMANENT, EN CIRCUIT FERME. UN ROTOR 3, ENTRAINE EN ROTATION PAR UN MOTEUR 26, POSSEDE UNE ENVELOPPE 5 A L'INTERIEUR DE LAQUELLE EST ENFERME UN FLUIDE GAZEUX, CIRCULANT RADIALEMENT ENTRE UN PREMIER ECHANGEUR THERMIQUE 6 SITUE DANS LA PARTIE CENTRALE ET UN SECOND ECHANGEUR THERMIQUE 7 SITUE A LA PERIPHERIE DU ROTOR 3. UN VENTILATEUR 13 TOURNE A L'INTERIEUR DU ROTOR 3, QUI LUI-MEME TOURNE DANS UN STATOR 1 POSSEDANT UNE ENVELOPPE 16 A LAQUELLE SONT ASSOCIEES, VERS LE CENTRE, LA SOURCE FROIDE 28 ET, VERS LA PERIPHERIE, LA SOURCE CHAUDE 29. ENTRE L'ENVELOPPE 16 DU STATOR 1 ET L'ENVELOPPE 5 DU ROTOR 3 EST EMPRISONNE UN GAZ ASSURANT LES TRANSFERTS THERMIQUES ENTRE LA SOURCE FROIDE 28, LE FLUIDE GAZEUX DU ROTOR 3 ET LA SOURCE CHAUDE 29.
Description
POMPE A CHALEUR
La présente invention concerne une pompe à chaleur ou machine similaire à compresseur, fonctionnant suivant un cycle à gaz permanent réalisé en circuit fermé et comportant une compression, un refroidissement, une détente et un échauffement, cycle dans lequel le fluide restant à l'état gazeux échange de la chaleur avec une source froide et avec une source chaude.
La présente invention concerne une pompe à chaleur ou machine similaire à compresseur, fonctionnant suivant un cycle à gaz permanent réalisé en circuit fermé et comportant une compression, un refroidissement, une détente et un échauffement, cycle dans lequel le fluide restant à l'état gazeux échange de la chaleur avec une source froide et avec une source chaude.
On connaît depuis longtemps des machines à compression qui fonctionnent suivant un cycle à gaz permanent réalisant un transfert de chaleur depuis une première source dite "source froide" vers une autre source dite "source chaude", ayant une température plus élevée. Ces machines ont un coefficient de performance très faible, du fait que l'énergie mécanique mise en jeu est très importante, et que leur turbine ne récupère qu'une partie de énergie produite par le gaz lors de sa détente.
De telles machines ne sont pratiquement pas utilisées comme pompes à chaleur, mais elles sont parfois employées en tant que machines frigorifiques.
Le type de pompe à chaleur le plus répandu est la pompe à chaleur à compression fonctionnant suivant un cycle à condensation réalisé en circuit fermé, l'installation comprenant: un fluide frigorigène capable de passer facilement de l'état gazeux à l'état liquide, un compresseur, un évaporateur, un détendeur et un condenseur. Ce système, bien que très employé dans le cas où l'énergie mise en jeu est relativement modeste: chauffage et climatisation de logements, bureaux, ateliers et autres locaux ou équipements, comporte de nombreux inconvénients dont les principaux sont indiqués ci-après
Le coefficient de performance et la puissance disponible ne sont pas indépendants de la température de la source froide dans laquelle est puisée la chaleur. Bien au contraire, ils diminuent très fortement lorsque la température de la source froide s'abaisse.Cette variation de puissance interdit, en particulier lorsque la source froide est constituée par l'air extérieur, d'utiliser la pompe à chaleur comme source d'énergie unique ; la pompe à chaleur peut alors seulement être utilisée comme source d'énergie complémentaire ou d'appoint, associée à une autre source de chaleur, un exemple bien connu étant la pompe à chaleur utilisée en relève de chaudière.
Le coefficient de performance et la puissance disponible ne sont pas indépendants de la température de la source froide dans laquelle est puisée la chaleur. Bien au contraire, ils diminuent très fortement lorsque la température de la source froide s'abaisse.Cette variation de puissance interdit, en particulier lorsque la source froide est constituée par l'air extérieur, d'utiliser la pompe à chaleur comme source d'énergie unique ; la pompe à chaleur peut alors seulement être utilisée comme source d'énergie complémentaire ou d'appoint, associée à une autre source de chaleur, un exemple bien connu étant la pompe à chaleur utilisée en relève de chaudière.
Le type considéré de pompe à chaleur comporte aussi une régula tion par "tout ou rien", c' est-à-dire par mise en route et arrêt du compresseur, régulation qui est à la fois peu précise et mécaniquement très contraignante.
De plus, ces pompes à chaleur existantes nécessitent un entretien périodique, les machines étant relativement complexes.
La présente invention vise à remédier à tous ces inconvénients.
A cet effet, elle a pour objet une pompe à chaleur se présentant comme une machine tournante composée, d'une part, d'un rotor possédant une enveloppe étanche à l'intérieur de laquelle est enfermé et circule un fluide gazeux, transitant radialement entre la partie centrale du rotor où est formé un premier échangeur thermique et la périphérie du rotor où est formé un second échangeur thermique, un ventilateur étant monté tournant autour de l'axe de rotation du rotor à l'intérieur de ce dernier, et d'autre part, d'un stator possédant une enveloppe entourant entièrement le rotor, un gaz étant emprisonné entre l'enveloppe du stator et l'enveloppe du rotor pour assurer, vers le centre de la machine, un transfert de chaleur entre la source froide et le fluide gazeux du rotor et, vers le périphérie de la machine, un transfert de chaleur entre ledit fluide gazeux et la source chaude, des moyens moteurs étant prévus pour l'entraînement en rotation du rotor à l'intérieur du stator tandis que d'autres moyens moteurs sont prévus pour l'entraînement en rotation du ventilateur à l'intérieur du rotor.
Le cycle thermique du fluide gazeux s'effectue à l'intérieùr du rotor de la machine, tandis que le stator fournit et prélève les quantités de chaleur nécessaires pour l'échauffement et le refroidissement du fluide gazeux dans le cycle. L'autre gaz permet les échanges de chaleur entre le rotor et le stator auxquels sont associées les sources froide et chaude.
Plus précisément, en cours de fonctionnement, lors de la circulation forcée du fluide gazeux imposée par le ventilateur, le rotor étant aussi entraîné en rotation, le fluide gazeux subit, sous l'effet de la force centrifuge, une compression en allant du centre vers la périphérie, et une détente en retournant de la périphérie vers le centre. La compression et la détente étant adiabatiques, la température Tc du fluide gazeux à la périphérie est supérieure à sa température au centre Tf, I'écart des températures (Tc - Tf) étant fonction, pour un fluide donné, de la vitesse de rotation du rotor.
Ainsi, il est avantageux que les moyens d'entraînement en rotation du rotor soient constitués par un moteur, notamment un moteur électrique, à vitesse variable permettant d'augmenter ou de diminuer l'écart de température (Tc - Tf) que le fluide gazeux du rotor subit durant son cycle.
La puissance P nécessaire pour faire circuler le fluide gazeux à l'intérieur du rotor doit permettre de vaincre les forces de frottement ainsi que, par suite des variations de densité de ce fluide, la différence entre les forces centrifuges exercées sur le fluide gazeux froid, c'est-àdire dans sa phase de détente, et sur le fluide gazeux chaud, c'est-à-dire dans sa phase de compression. Toutes choses étant égales par ailleurs, cette puissance P est égale à
Tc - Tf
P = Po x ---- + PF
Tc formule dans laquelle Po désigne la puissance thermique absorbée par le fluide gazeux vers le centre du rotor, et PF désigne les pertes par frottement dans le circuit de ce fluide.
Tc - Tf
P = Po x ---- + PF
Tc formule dans laquelle Po désigne la puissance thermique absorbée par le fluide gazeux vers le centre du rotor, et PF désigne les pertes par frottement dans le circuit de ce fluide.
La puissance P est fournie mécaniquement à la fois par le ventilateur intérieur au rotor et par le moteur d'entraînement du rotor, dans le rapport de leurs vitesses de rotation. Afin de pouvoir faire varier la puissance thermique de la pompe à chaleur, les moyens d'entraînement en rotation du ventilateur sont constitués par un moteur à vitesse variable, notamment un moteur électrique dont le "stator" est solidaire de l'arbre du rotor, et dont le rotor est solidaire d'une partie supportant les pales de ce ventilateur.
Pour avoir, à une vitesse de rotation donnée, un écart entre la température chaude Tc et la température froide Tf du fluide gazeux qui soit le plus grand possible, le fluide choisi doit être un gaz ayant à la fois une densité d élevée, procurant une force centrifuge élevée donc une forte augmentation de pression, et un rapport }= Cp/Cv (indice adiabatique) élevé, donnant une température chaude Tc élevée compte tenu de la relation
dans laquelle Pf et Pc désignent, respectivement, la pression du fluide gazeux froid et la pression du fluide gazeux chaud. Les gaz dont l'utilisation est avantageuse de ce point de vue sont, par exemple, le xénon (d = 4,52 - = 1,7) et le krypton (d = 2,87 - 1,67).
dans laquelle Pf et Pc désignent, respectivement, la pression du fluide gazeux froid et la pression du fluide gazeux chaud. Les gaz dont l'utilisation est avantageuse de ce point de vue sont, par exemple, le xénon (d = 4,52 - = 1,7) et le krypton (d = 2,87 - 1,67).
Les fluides gazeux proposés ci-dessus ont une mauvaise conductivité thermique, ce qui impose d'avoir sur le rotor des échangeurs ayant de grandes surfaces d'échange. A cet effet, I'enveloppe du rotor est avantageusement élargie suivant la direction de l'axe de rotation du rotor, vers le centre de celui-ci, pour former le premier échangeur thermique, et est également élargie suivant la direction de l'axe de rotation du rotor vers la périphérie de ce dernier, pour former le second échangeur thermique, tandis qu'entre les deux échangeurs thermiques le rotor présente une partie intermédiaire moins épaisse dans laquelle s'effectue la circulation radiale du fluide gazeux entre le centre et la périphérie du rotor.Dans cette partie intermédiaire est montée au moins une cloison interne, thermiquement isolante, qui sépare au moins un espace annulaire où s'effectue la circulation du fluide gazeux depuis le centre vers la périphérie du rotor d'au moins un autre espace annulaire où s'effectue la circulation du même fluide gazeux depuis la périphérie vers le centre du rotor. Des ailettes radiales de guidage du fluide gazeux; lui imposant un trajet radial, sont montées dans chacun des espaces annulaires précités du rotor.
En combinaison avec les dispositions précédentes, pour augmenter la conductivité thermique du fluide gazeux du rotor choisi selon les critères exposés plus haut, ce fluide gazeux peut être mélangé avec un autre gaz à conductivité thermique élevée, par exemple, l'hydrogène ou l'hélium, mais présent dans une proportion relativement faible de manière à ce que la densité et le rapport = Cp/Cv du mélange gazeux obtenu restent élevés.
La pression du fluide gazeux enfermé dans l'enceinte délimitée par l'enveloppe du rotor est de préférence choisie assez forte, au moment bu remplissage, ce qui permet, pour une puissance thermique donnée de la pompe à chaleur, d'avoir une vitesse de circulation du fluide peu élevée, et par conséquent des pertes par frottement PF relativement faibles.
Le stator de la machine selon l'invention comporte avantageusement, à l'intérieur de son enveloppe et solidaires de celle-ci, des lèves annulaires qui délimitent, dans l'espace rempli de gaz situé entre l'enve- loppe du stator et l'enveloppe du rotor, une zone d'échange froide, située vers le centre, zone au travers de laquelle s'effectue le transfert de chaleur entre la source froide et le fluide gazeux du rotor, et une zone d'échange chaude située vers la périphérie, zone au travers de laquelle s'effectue le transfert de chaleur entre le fluide gazeux du rotor et la source chaude ; les lèvres annulaires empêchent ainsi le mélange du gaz de la zone d'échange chaude avec le gaz de la zone d'échange froide, sans qu'il soit nécessaire de réaliser des séparations complètement étanches ou des enceintes distinctes ce qui compliquerait grandement la machine.Le gaz emprisonné entre l'enveloppe du stator et l'enveloppe du rotor est de préférence un gaz à fort coefficient de conductivité thermique, pour faciliter les transferts de chaleur dans les zones d'échange froide et chaude, et aussi à faible masse volumique pour réduire les pertes par frottement et ventilation causées par la rotation du rotor ce gaz est, par exemple, de l'hydrogène ou de l'hélium.
Un échangeur de chaleur appartenant à la source froide peut être directement associé à l'enveloppe du stator, vers le centre de la machine autour de la zone d'échange froide, au travers de laquelle le premier échangeur du rotor capte la chaleur prélevée à la source froide.
D'une manière analogue, un autre échangeur de chaleur appartenant à la source chaude peut être directement associé à l'enveloppe du stator, vers la périphérie de la machine autour de la zone d'échange chaude, au travers de laquelle le second échangeur du rotor cède. de la chaleur.
De tels échangeurs peuvent être mis en oeuvre avec des sources froides quelconques, liquides ou gaz.
Toutefois, lorsque la source froide utilisée est un gaz, il est préférable, afin d'éviter des contraintes dimensionnelles, de dissocier l'échangeur appartenant à la source froide de l'enveloppe du stator, car la surface de l'enveloppe permettant l'échange thermique à ce niveau est réduite. Dans ce cas, l'échangeur de la source froide est relié par des conduits d'arrivée et de départ du gaz à la région de l'enveloppe du stator située vers le centre de la machine. Ce problème ne se pose pas pour la source chaude, la périphérie de l'enveloppe du stator offrant, dans tous les cas, une surface d'échange suffisante.
La machine objet de l'invention apporte une solution à tous les problèmes exposés dans l'introduction, et elle procure en particulier les avantages suivants
- Sa puissance thermique maximale est constante même lorsque la température de la source froide diminue.
- Sa puissance thermique maximale est constante même lorsque la température de la source froide diminue.
- Son coefficient de performance reste élevé même si la température de la source froide diminue.
- La régulation de la machine est très souple, celle-ci s'effectuant à deux niveaux : au niveau de l'encart de température entre la source chaude et la source froide, en faisant varier la vitesse de rotation du rotor, et au niveau de la puissance thermique fournie, en faisant varier la puissance du ventilateur par modification de sa vitesse, la régulation s'effectuant en continu.
- Les différentes particularités de la machine, précédemment mentionnées, permettent de l'utiliser comme pompe à chaleur constituant une source d'énergie unique, ne nécessitant pas d'être associée à une autre source de chaleur.
- La même machine peut aussi être utilisée comme machine frigorifique, et sa réversibilité permet même son fonctionnement en moteur.
- Enfin, cette machine est de structure simple et compacte et elle ne demande pratiquement pas d'entretien.
De toute façon, I'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques seront mises en évidence, à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette pompe à chaleur
Figure 1 est une vue d'ensemble d'une pompe à chaleur conforme à la présente invention, représentée en coupe passant par son axe
Figure 2 est une vue en coupe, à échelle agrandie, du rotor seul de cette pompe à chaleur ;
Figure 3 est une vue en coupe transversale de la même pompe à chaleur, suivant 3-3 de figure 1, avec indication d'une variante.
Figure 1 est une vue d'ensemble d'une pompe à chaleur conforme à la présente invention, représentée en coupe passant par son axe
Figure 2 est une vue en coupe, à échelle agrandie, du rotor seul de cette pompe à chaleur ;
Figure 3 est une vue en coupe transversale de la même pompe à chaleur, suivant 3-3 de figure 1, avec indication d'une variante.
La pompe à chaleur, représentée dans son ensemble à la figure 1, se présente comme une machine tournante composée d'un stator (1) à l'intérieur duquel est monté tournant, autour d'un axe (2), un rotor (3) dans lequel s'effectue, en circuit fermé, un cycle à gaz permanent.
Pour la commodité de l'explication, on décrira d'abord le rotor (3), représenté isolé sur la figure 2.
Le rotor (3) comprend un arbre central (4), qui supporte une enveloppe étanche (5) délimitant une enceinte annulaire fermée dans laquelle est emprisonné et circule un fluide gazeux, tel que xénon ou krypton. Dans sa partie la plus proche de l'arbre (4), I'enveloppe (5) est élargie suivant la direction de l'axe de rotation (2), pour former un premier échangeur thermique (6). Dans sa région périphérique, I'enveloppe (5) est également élargie suivant la direction de l'axe (2), pour former un second échangeur thermique (7). Entre les deux échangeurs (6, 7),
I'enveloppe (5) délimite un voile intermédiaire de dimensions axiales plus faibles, dont l'intérieur est divisé en trois espaces annulaires parallèles, et ne communiquant pas les uns avec les autres, au moyen de deux cloisons internes de séparation (8), thermiquement isolantes.Les cloisons (8) se raccordent, du côté de l'axe (2), à des parois internes cylindriques (9) qui forment des chicanes à l'intérieur du premier échangeur (6) et, du côté opposé, à d'autres parois internes cylindriques (10) qui forment des chicanes à l'intérieur du second échangeur (7). Des ailettes radiales (Il, 12) de guidage du fluide gazeux sont encore montées dans les trois espaces annulaires délimités par l'enveloppe (5) et par les deux cloisons de séparation (8). L'espace annulaire intermédiaire sert au retour du fluide gazeux de la périphérie vers le centre du rotor (3), tandis que les autres, encadrant le précédent, servent à la circulation du fluide gazeux du centre vers la périphérie du rotor (3).
I'enveloppe (5) délimite un voile intermédiaire de dimensions axiales plus faibles, dont l'intérieur est divisé en trois espaces annulaires parallèles, et ne communiquant pas les uns avec les autres, au moyen de deux cloisons internes de séparation (8), thermiquement isolantes.Les cloisons (8) se raccordent, du côté de l'axe (2), à des parois internes cylindriques (9) qui forment des chicanes à l'intérieur du premier échangeur (6) et, du côté opposé, à d'autres parois internes cylindriques (10) qui forment des chicanes à l'intérieur du second échangeur (7). Des ailettes radiales (Il, 12) de guidage du fluide gazeux sont encore montées dans les trois espaces annulaires délimités par l'enveloppe (5) et par les deux cloisons de séparation (8). L'espace annulaire intermédiaire sert au retour du fluide gazeux de la périphérie vers le centre du rotor (3), tandis que les autres, encadrant le précédent, servent à la circulation du fluide gazeux du centre vers la périphérie du rotor (3).
A l'intérieur du rotor (3), au niveau du premier échangeur thermique (6), il est prévu un ventilateur (13) monté tournant autour de l'axe de rotation (2) du rotor (3). Le ventilateur (13) est entraîné en rotation autour de l'axe (2) au moyen d'un moteur électrique à vitesse variable dont le "stator" (14) est solidaire de l'arbre central (4), et dont le rotor (15) est solidaire de la partie du ventilateur supportant les pales. La rotation du ventilateur (13) provoque une circulation forcée du fluide gazeux suivant le trajet indiqué par des flèches sur la figure 2.
Le stator (1), visible aux figures 1 et 3, comprend une enveloppe étanche (16) qui entoure le rotor (3) en épousant sensiblement les formes des deux échangeurs (6, 7) et du voile intermédiaire. L'espace situé entre l'enveloppe (16) du stator (1) et l'enveloppe (5) du rotor (3) est rempli d'un gaz, tel qu'hydrogène ou hélium, qui permet l'échange de chaleur entre le stator (I) et le rotor (3).
Des lèves annulaires intérieures (17, 18), solidaires de l'enveloppe (16) du stator (1), subdivisent cet espace rempli de gaz en trois zones, à savoir une zone d'échange froide (19) entourant le premier échangeur (6), une zone d'échange chaude (20) entourant le second échangeur (7) et une zone intermédiaire (21). Des ailettes (22, 23) sont prévues dans la zone d'échange froide (19) et dans la zone d'échange chaude (20), aussi bien sur l'enveloppe (16) du stator (1) que sur l'enveloppe (5) du rotor (3).
Le rotor (3) est monté tournant à l'intérieur du stator (1) par l'intermédiaire de roulements (24) ou autres paliers. A une extrémité du stator (1) de la machine est fixé le stator (25) d'un moteur électrique (26) à vitesse variable dont le rotor (27) est lié à l'arbre (4), pour assurer l'entraînement en rotation du rotor (3) autour de l'axe (2).
Comme indiqué encore sur les figures 1 et 3, la source froide et la source chaude comportent des échangeurs de chaleur résultant de volumes (28, 29) associés directement à l'enveloppe (16) du stator (1), respectivement situés autour des zones d'échange froide (19) et chaude (20), et remplis d'un fluide liquide ou gazeux, par exemple de l'eau ou de l'air.
En cours de fonctionnement, le rotor (3) est entraîné en rotation à l'intérieur du stator (1) par le moteur électrique (26), et le ventilateur (13), entraîné en rotation relativement au rotor (3), crée une circulation forcée du fluide gazeux interne du rotor (3). Lors de cette circulation, le fluide gazeux subit, par l'effet de la force centrifuge, une compression lorsqu'il se déplace depuis le centre vers la périphérie en étant guidé par les ailettes radiales (11), et une détente lorsqu'il se déplace depuis la périphérie vers le centre du rotor (3), en étant guidé par les ailettes radiales (12).
La compression et la détente du fluide gazeux étant adiabatiques, la température Tc de ce fluide à la périphérie est supérieure à la température Tf du même fluide au centre du rotor (3), l'écart (Tc - Tf) étant fonction, pour un fluide donné, de la vitesse de rotation du rotor (3) donc du moteur d'entraînement (26).
Vers le centre du rotor (3), le fluide gazeux froid passe dans le premier échangeur thermique (6), où il se réchauffe en prélevant de la chaleur à la source froide (28) associée au stator (1). A la périphérie du rotor (3), le fluide gazeux chaud passe dans le second échangeur thermique (7), où il se refroidit en cédant de la chaleur à la source chaude (29).
La zone d'échange froide (19), au travers de laquelle la chaleur est transférée de la source froide (28) au fluide gazeux du rotor (3), est isolée par les lèvres annulaires (17). De même, la zone d'échange chaude (20), au travers de laquelle la chaleur est transférée du fluide gazeux du rotor (3) à la source chaude (29), est isolée par les lèvres annulaires (18). Ainsi, les lèvres annulaires (17, 18) empêchent tout mélange du gaz situé dans la zone d'échange froide (19) avec le même gaz situé dans la zone d'échange chaude (20).
La variation de vitesse du moteur (26) qui entraîne en rotation le rotor (3) permet de moduler l'écart de température (Tc - Tf) que subit le fluide gazeux du rotor (3) durant son cycle. La variation de vitesse du ventilateur (13) permet de faire varier la puissance thermique de la pompe à chaleur.
Lorsque la source froide est un gaz, suivant une variante indiquée en traits mixtes sur la figure 3, I'échangeur de cette source froide est dissocié du stator (1) pour disposer d'une surface d'échange plus grande.
Dans ce cas, I'échangeur de la source froides non représenté lui-même, est raccordé à l'enveloppe (16) du stator (1) par des conduits d'arrivée (30) et de départ (31) du gaz.
Le moteur électrique (26), qui sert à entraîner en rotation le rotor (3), peut être refroidi par un fluide circulant dans des conduits (32)- voir figure 1 - et notamment par de l'eau utilisable éventuellement comme eau chaude pour des besoins domestiques.
La machine décrite ci-dessus peut être utilisée comme pompe à chaleur du type eau-eau, air-air, eau-air ou air-eau, ou comme machine frigorifique, ou encore les deux à la fois. Cette même machine est réversible et peut ainsi être utilisée encore en tant que moteur, lorsque l'on dispose d'une source froide et d'une source chaude appropriées. Dans ce dernier cas, au lieu de fournir de la chaleur au fluide gazeux du rotor (3) au niveau de la source froide (28) et d'en prélever à ce fluide gazeux au niveau de la source chaude (29), on fournit alors de la chaleur au fluide gazeux au niveau de la source chaude (29) et l'on en prélève à ce fluide gazeux au niveau de la source froide (28).Dans cette utilisation inverse, le fluide gazeux, à une distance donnée de l'axe de rotation (2) du rotor (3), est plus froid dans sa phase de détente que dans sa phase de compression, sa densité est donc supérieure ce qui, par le jeu des forces centrifuges différentes, fait circuler le fluide entre les deux échan geurs (6, 7) à une vitesse importante. Le ventilateur (13) joue alors le rôle de turbine, et l'énergie mécanique qu'il transmet au rotor (3) est à son tour transmise au stator (1), par exemple, par l'intermédiaire d'un accouplement magnétique.
Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette pompe à chaleur qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. En particulier, si la machine possède par principe une symétrie de révolution par rapport à l'axe de rotation (2) du rotor (3), la symétrie par rapport à un plan perpendiculaire à cet axe (2) n'est nullement obligatoire pour le fonctionnement et, partant de la machine représentée au dessin, on pourrait réaliser une "demi-machine" en conservant seulement les parties situées d'un côté de ce plan.
Claims (15)
1 - Pompe à chaleur ou machine similaire à compresseur, fonctionnant suivant un cycle à gaz permanent réalisé en circuit fermé et comportant une compression, un refroidissement, une détente et un échauffement, cycle dans lequel le fluide restant à l'état gazeux échange de la chaleur avec une source froide et avec une source chaude, caractérisée en ce qu' elle se présente comme une machine tournante composée, d'une part, d'un rotor (3) possédant une enveloppe étanche (5) à l'intérieur de laquelle est enfermé et circule un fluide gazeux, transitant radialement entre la partie centrale du rotor (3) où est formé un premier échangeur thermique (6) et la périphérie du rotor (3) où est formé un second échangeur thermique (7), un ventilateur (13) étant monté tournant autour de l'axe de rotation (2) du rotor (3) à l'intérieur de ce dernier, et d'autre part, d'un stator (1) possédant une enveloppe (16) entourant entièrement le rotor (3), un gaz étant emprisonné entre l'enveloppe (16) du stator (I) et l'enveloppe (5) du rotor (3), pour assurer, vers le centre de la machine, un transfert de chaleur entre la source froide (28) et le fluide gazeux du rotor (3) et, vers la périphérie de la machine, un transfert de chaleur entre ledit fluide gazeux et la source chaude (29), des moyens moteurs (26) étant prévus pour l'entraînement en rotation du rotor (3) à l'intérieur du stator (1), tandis que d'autres moyens moteurs (14, 15) sont prévus pour l'entraînement en rotation du ventilateur (13) à l'intérieur du rotor (3).
2 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe (5) du rotor (3) est élargie suivant la direction de l'axe de rotation (2) du rotor (3), vers le centre de celui-ci, pour former le premier échangeur thermique (6), et est également élargie suivant la direction de l'axe de rotation (2) du rotor (3) vers la périphérie de ce dernier, pour former le second échangeur thermique (7), tandis qu'entre les deux échangeurs thermiques (6, 7), le rotor (3) présente une partie intermédiaire moins épaisse dans laquelle s'effectue la circulation radiale du fluide gazeux entre le centre et la périphérie du rotor (3).
3 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que, dans ladite partie intermédiaire du rotor (3), est montée au moins une cloison interne (8), thermiquement isolante, qui sépare au moins un espace annulaire où s'effectue la circulation du fluide gazeux depuis le centre vers la périphérie du rotor (3) d'au moins un autre espace annulaire où s'effectue la circulation du même fluide gazeux depuis la périphérie vers le centre du rotor (3).
4 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que sont prévues deux cloisons internes de séparation (8) délimitant avec l'enveloppe (5) du rotor (3) trois espaces annulaires,
L'espace annulaire intermédiaire servant au retour du fluide gazeux de la périphérie vers le centre du rotor (3), tandis que les deux autres, encadrant le précédent, servent à la circulation du fluide gazeux du centre vers la périphérie du rotor (3).
5 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que les cloisons de séparation (8) du rotor (3) se raccordent à des parois internes cylindriques (9, 10) qui forment des chicanes à l'intérieur des deux échangeurs thermiques (6, 7).
6 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que des ailettes radiales (11, 12) de guidage du fluide gazeux sont montées dans chacun des espaces annulaires précités du rotor (3).
7 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que son stator (1) comporte, à l'intérieur de son enveloppe (16) et solidaires de celle-ci, des lèvres annulaires (17, 18) qui délimitent, dans l'espace rempli de gaz situé entre l'enveloppe (16) du stator (1) et l'enveloppe (5) du rotor (3), une zone d'échange froide (19) située vers le centre, zone au travers de laquelle s'effectue le transfert de chaleur entre la source froide (28) et le fluide gazeux du rotor (3), et une zone d'échange chaude (20) située vers la périphérie, zone au travers de laquelle s'effectue le transfert de chaleur entre le fluide gazeux du rotor (3) et la source chaude (29).
8 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un échangeur de chaleur (28) appartenant à la source froide et directement associé à l'enveloppe (16) du stator (1), vers le centre de la machine autour de la zone d'échange froide (19), et/ou un échangeur de chaleur (29) appartenant à la source chaude et directement associé à l'enveloppe (16) du stator (1), vers la périphérie de la machine autour de la zone d'échange chaude (20).
9 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon la revendication 7 ou 8, et plus particulièrement pompe à chaleur dans laquelle la source froide est un gaz, caractérisée en ce que l'échangeur appartenant à la source froide est dissocié de l'enveloppe (16) du stator (1), et est relié par des conduits d'arrivée (30) et de départ (31) du gaz à la région de l'enveloppe (16) du stator (I) située vers le centre de la machine.
10 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les moyens d'entraînement en rotation du rotor (3) sont constitués par un moteur (26), notamment un moteur électrique, à vitesse variable, permettant de faire varier l'écart de températures (Tc - Tf) que le fluide gazeux du rotor (3) subit au cours de son cycle.
11 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon la revendication 10, caractérisée en ce que sont prévus des conduits de refroidissement (32) du moteur électrique (26) d'entraînement en rotation du rotor (3), conduits dans lesquels circule un fluide, notamment de l'eau utilisable comme eau chaude domestique.
12 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les moyens d'entraînement en rotation du ventilateur (13) sont constitués par un moteur à vitesse variable, notamment un moteur électrique dont le "stator" (14) est solidaire de l'arbre (4) du rotor (3) et dont le rotor (15) est solidaire d'une partie supportant les pales du ventilateur (13).
13 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le fluide gazeux enfermé dans le rotor (3) et circulant à l'intérieur de celui-ci est un gaz ayant une densité élevée et un rapport= Cp/Cv élevé, tel que xénon ou krypton.
14 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que le gaz précité du rotor (3), à densité élevée et à rapport = Cp/Cv élevé, est mélangé à un autre gaz à conductivité thermique élevée, tel qu'hydrogène ou hélium, présent en proportion relativement faible.
15 - Pompe à chaleur ou machine similaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que le gaz emprisonné entre l'enveloppe (16) du stator (1) et l'enveloppe (5) du rotor (3) est un gaz à fort coefficient de conductivité thermique et à faible masse volumique, tel que de l'hydrogène ou de l'hélium.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR8412029A FR2567996B1 (fr) | 1984-07-20 | 1984-07-20 | Pompe a chaleur |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8412029A FR2567996B1 (fr) | 1984-07-20 | 1984-07-20 | Pompe a chaleur |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2567996A1 true FR2567996A1 (fr) | 1986-01-24 |
| FR2567996B1 FR2567996B1 (fr) | 1986-09-19 |
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ID=9306593
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8412029A Expired FR2567996B1 (fr) | 1984-07-20 | 1984-07-20 | Pompe a chaleur |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2567996B1 (fr) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2619201A1 (fr) * | 1987-08-05 | 1989-02-10 | Boone Jacques | Pompe a chaleur rotative |
| FR2640361A1 (fr) * | 1988-12-14 | 1990-06-15 | Chaouat Louis | Pompe a chaleur qui utilise les variations de temperatures subies par un gaz qui parcourt le champ de gravitation ou celui de la force centrifuge |
| WO1991014140A1 (fr) * | 1990-03-13 | 1991-09-19 | Laurits Hansen | Appareil de chauffage ou de refroidissement |
| FR2699653A1 (fr) * | 1992-12-21 | 1994-06-24 | Chaouat Louis | Pompe à chaleur, sans "Fréons", hautes performances. |
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1984
- 1984-07-20 FR FR8412029A patent/FR2567996B1/fr not_active Expired
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2567996B1 (fr) | 1986-09-19 |
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