FR2568673A1 - Vapour compression heat pump circuit and method for supplying heat to a load making use thereof by means of this circuit - Google Patents

Vapour compression heat pump circuit and method for supplying heat to a load making use thereof by means of this circuit Download PDF

Info

Publication number
FR2568673A1
FR2568673A1 FR8412399A FR8412399A FR2568673A1 FR 2568673 A1 FR2568673 A1 FR 2568673A1 FR 8412399 A FR8412399 A FR 8412399A FR 8412399 A FR8412399 A FR 8412399A FR 2568673 A1 FR2568673 A1 FR 2568673A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
heat pump
pump circuit
heat
core
intended
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR8412399A
Other languages
French (fr)
Other versions
FR2568673B1 (en
Inventor
Jacques Bouvin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Esso SA
Original Assignee
Esso SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Esso SA filed Critical Esso SA
Priority to FR8412399A priority Critical patent/FR2568673B1/en
Publication of FR2568673A1 publication Critical patent/FR2568673A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FR2568673B1 publication Critical patent/FR2568673B1/en
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00Evaporators; Condensers
    • F25B39/02Evaporators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30Expansion means; Dispositions thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/106Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/10Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/23Separators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00Subcoolers, desuperheaters or superheaters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

The invention relates to a vapour compression heat pump circuit. In this circuit, a saturated liquid is expanded through a constriction 10 intended to produce a reduced pressure drop and whose output is connected to a modified evaporator 12 which comprises an atomising device 13 producing progressive pressure reduction in the two-phase liquid/vapour mixture leaving the constriction, with shared reduction in temperature and absorption of heat coming from a source 1 so as to produce the saturated vapour which is directed towards the compressor 5 of the circuit. Field of application: heat pumps.

Description

L'invention concerne un circuit de pompe à chaleur à compression de vapeur. The invention relates to a vapor compression heat pump circuit.

Les causes d'irréversibilité dans des circuits classiques de pompe à chaleur à compression de vapeur sont nombreuses et entraînent une limitation du rendement thermique d'un tel circuit. L'une des causes principales de l'irréversibilité est le détendeur ou élément d'étranglement, communément utilisé à la place d'une turbine pour des raisons de simplicité, qui ne permet aucun travail récupérable. Une autre cause résulte de l'échange de chaleur isobare (et donc isotherme) dans le circuit de compression de vapeur, à la fois dans le condenseur et dans l'évaporateur. The causes of irreversibility in conventional vapor compression heat pump circuits are numerous and lead to a limitation of the thermal efficiency of such a circuit. One of the main causes of irreversibility is the pressure reducer or throttling element, commonly used in place of a turbine for reasons of simplicity, which does not allow any recoverable work. Another cause results from the isobaric (and therefore isothermal) heat exchange in the vapor compression circuit, both in the condenser and in the evaporator.

L'invention a pour but de réduire l'irréversibilité d'un circuit de pompe à chaleur à compression de vapeur. The invention aims to reduce the irreversibility of a vapor compression heat pump circuit.

Conformément à la présente invention, il est prévu un circuit de pompe à chaleur à compression de vapeur comprenant un étranglement dans lequel se détend un liquide de travail provenant du condenseur du circuit, l'étranglement étant agencé de façon à délivrer un mélange à deux phases liquide/ vapeur et étant suivi d'un dispositif d'atomisation conçu pour détendre progressivement le mélange à deux phases provenant de l'étranglement, avec une réduction répartie de la température, pour produire de la vapeur saturée destinée à être comprimée par le compresseur du circuit de la pompe à chaleur. In accordance with the present invention, a vapor compression heat pump circuit is provided comprising a throttle in which a working liquid from the circuit condenser expands, the throttle being arranged so as to deliver a two-phase mixture liquid / vapor and being followed by an atomization device designed to gradually relax the two-phase mixture from the throttle, with a distributed reduction in temperature, to produce saturated steam intended to be compressed by the compressor of the heat pump circuit.

Conformément à un autre aspect de l'invention, il est prévu un circuit de pompe à chaleur à compression de vapeur qui comprend un étranglement par lequel un liquide saturé est détendu de façon à former un mélange à deux phases liquide/vapeur, un évaporateur destiné à détendre progressivement le mélange à deux phases provenant de l'étranglement, avec une réduction répartie de la température pour produire de la vapeur saturée, un compresseur destiné à comprimer la vapeur saturée pour produire de la vapeur surchauffée, et un condenseur destiné à extraire de la chaleur, pour la fournir à une charge utilisatrice, de la vapeur surchauffée provenant du compresseur afin de produire le liquide saturé destiné à l'étranglement.  According to another aspect of the invention, a vapor compression heat pump circuit is provided which comprises a throttle by which a saturated liquid is expanded so as to form a two-phase liquid / vapor mixture, an evaporator intended gradually expanding the two-phase mixture from the throttle, with a distributed reduction in temperature to produce saturated steam, a compressor for compressing the saturated steam to produce superheated steam, and a condenser for extracting heat, to supply it to a user load, superheated steam from the compressor to produce the saturated liquid intended for throttling.

Conformément à un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé pour fournir de la chaleur à une charge utilisatrice à l'aide d'un circuit de pompe à chaleur à compression de vapeur, qui comprend les étapes consistant à détendre un liquide de travail à travers un étranglement afin de former un mélange de deux phases liquide/vapeur, à détendre progressivement le mélange de deux phases, avec une réduction répartie de la température et une absorption de la chaleur provenant d'une source de chaleur pour produire de la vapeur saturée, à comprimer la vapeur saturée pour produire de la vapeur surchauffée, à extraire de la chaleur pour la fournir à une charge utilisatrice, d'une partie du circuit comprise entre le compresseur et l'étranglement, et à répéter ces opérations. In accordance with another aspect of the invention, there is provided a method for supplying heat to a user load using a vapor compression heat pump circuit, which includes the steps of expanding a liquid working through a throttle to form a mixture of two liquid / vapor phases, gradually relaxing the mixture of two phases, with a distributed reduction in temperature and absorption of heat from a heat source to produce saturated steam, compressing the saturated steam to produce superheated steam, extracting heat to supply it to a user load, from a part of the circuit between the compressor and the throttle, and repeating these operations.

On connaît des circuits de pompe à chaleur à compression de vapeur dans lesquels un liquide saturé provenant d'un condenseur est détendu à travers un obturateur ou étranglement et délivré de ce dernier à l'entrée d'un évaporateur où il est vaporisé dans des conditions isothermes. Cependant, dans l'invention, une détente seulement limitée du liquide saturé provenant du condenseur a lieu dans l'étranglement et la détente restante se produit dans les moyens de détente, avec une réduction répartie de la température afin de réduire l'irréversibilité. Steam compression heat pump circuits are known in which a saturated liquid coming from a condenser is expanded through a shutter or throttle and delivered from the latter to the inlet of an evaporator where it is vaporized under conditions isothermal. However, in the invention, only limited expansion of the saturated liquid from the condenser takes place in the throttle and the remaining expansion occurs in the expansion means, with a distributed reduction of the temperature in order to reduce the irreversibility.

Le perfectionnement apporté par l'invention sera à présent expliqué plus complètement. En considérant le cas d'un évaporateur placé dans le circuit connu de pompe à chaleur, chauffé par un fluide provenant d'une source de chaleur extérieure, le fluide de travail qui circule de la pompe à chaleur doit être plus froid que le point le plus froid du fluide provenant de la source de chaleur. Le fluide de travail sort inévitablement de la valve réductrice de pression ou de l'élément d'étranglement à une température qui est notablement supérieure à celle de l'évaporateur, quels que soient les échangeurs de chaleur incorporés dans le circuit de la pompe à chaleur. Par conséquent, le fluide passant à travers l'él6- ment d'étranglement se vaporise partiellement afin de refroidir jusqu'à la température, plus basse, de l'évaporateur.Moins ce refroidissement est intense, moins la perte de capacité du circuit de la pompe t chaleur est grande et plus son rendement est élevé, et l'invention utilise ce fait. Il convient de noter que l'entropie de vaporisation L/T est inférieure,
L étant la chaleur latente de vaporisation du fluide de travail et T sa température.
The improvement brought by the invention will now be explained more fully. Considering the case of an evaporator placed in the known heat pump circuit, heated by a fluid coming from an external heat source, the working fluid which circulates from the heat pump must be colder than the point cooler fluid from the heat source. The working fluid inevitably leaves the pressure reducing valve or the throttling element at a temperature which is significantly higher than that of the evaporator, whatever the heat exchangers incorporated in the circuit of the heat pump. . Consequently, the fluid passing through the throttle element partially vaporizes in order to cool down to the lower temperature of the evaporator. The less this cooling is intense, the less the loss of capacity of the circuit of the larger the heat pump, the higher its efficiency, and the invention makes use of this fact. It should be noted that the L / T vaporization entropy is lower,
L being the latent heat of vaporization of the working fluid and T its temperature.

On considdrera à présent un exemple numérique. On suppose que 3e fluide de travail sort à 300C de l'élément d'étranglement. Si, par exemple, le fluide extérieur provenant de la source de chaleur arrive à 150C et est refroidi à 50C dans un évaporateur isobare,la température de l'évaporateur sera généralement de l'ordre de -50C. L'accroissement de l'entropie du fluide de travail du circuit de la pompe à chaleur, au point d'entrer dans l'évaporateur, est donc (sans tenir compte des chaleurs sensibles)
L (1/268 - l/303) où L est exprimé en joules. Dans l'évaporateur, l'entropie du fluide de travail augmente de L/268 par mole.
We will now consider a numerical example. It is assumed that 3rd working fluid leaves at 300C from the throttle element. If, for example, the external fluid coming from the heat source arrives at 150C and is cooled to 50C in an isobaric evaporator, the temperature of the evaporator will generally be of the order of -50C. The increase in the entropy of the working fluid of the heat pump circuit, to the point of entering the evaporator, is therefore (without taking into account sensitive heat)
L (1/268 - l / 303) where L is expressed in joules. In the evaporator, the entropy of the working fluid increases by L / 268 per mole.

En considérant à présent l'évaluation numérique d'une forme de réalisation équivalente conforme à l'invention, l'échangeur de chaleur à évaporateur peut fonctionner de facon satisfaisante si le fluide de travail s'évapore entre 100C et -50C, au lieu d'avoir la valeur isotherme de -50C. Considering now the numerical evaluation of an equivalent embodiment according to the invention, the evaporator heat exchanger can function satisfactorily if the working fluid evaporates between 100C and -50C, instead of 'have the isothermal value of -50C.

A l'entrée de l'échangeur de chaleur à évaporateur, l'entropie produite par vaporisation n'est pas supérieure à L/283 par mole, s'élevant progressivement jusqu'à L/268. Le développement de l'entropie (et donc de l'irréversibilité) est donc réduit. Dans l'exemple numérique ci-dessus, on obtient 30,6LJK1 avec le circuit de pompe à chaleur équivalent selon l'invention, contre 33,3L JK 1 avec l'agencement connu. On obtient donc une amélioration d'environ li %.At the entrance of the evaporator heat exchanger, the entropy produced by vaporization is not more than L / 283 per mole, gradually increasing to L / 268. The development of entropy (and therefore irreversibility) is therefore reduced. In the above digital example, 30.6LJK1 is obtained with the equivalent heat pump circuit according to the invention, against 33.3L JK 1 with the known arrangement. An improvement of about li% is therefore obtained.

De plus, pour refroidir le fluide de travail à la température d'entrée dans l'évaporateur, la masse du fluide de travail qui doit être vaporisée pour réduire le refroidis sement demandé est de Cp. t T, où Cp est la chaleur spéci-
L fique, à pression constante, du fluide de travail et AT est la chute de température subie lorsque le mélange à deux phases passe de l'élément d'étranglement à l'entrée de l'évaporateur.
In addition, to cool the working fluid to the inlet temperature in the evaporator, the mass of the working fluid which must be vaporized to reduce the cooling required is Cp. t T, where Cp is the specific heat
The form, at constant pressure, of the working fluid and AT is the temperature drop experienced when the two-phase mixture passes from the throttling element to the inlet of the evaporator.

Dans l'agencement connu utilisant un évaporateur isobare, AT est de 300K alors qu'avec l'invention, AT est de 15 K. La perte de capacité est donc diminuée de moitié dans le second cas. Il convient de noter que la valeur approximative de Cp.QT dans l'exemple numérique ci-dessus est de 0,1 fois la capacité totale d'un fluide de travail classique,oùllT = 15"R. In the known arrangement using an isobaric evaporator, AT is 300K whereas with the invention, AT is 15 K. The loss of capacity is therefore halved in the second case. It should be noted that the approximate value of Cp.QT in the numerical example above is 0.1 times the total capacity of a conventional working fluid, wherellT = 15 "R.

L'até3.oration de la capacité est donc de l'ordre de 10 %. The reduction in capacity is therefore of the order of 10%.

Pour détendre progressivement le mélange à deux phases provenant de l'étranglement, avec une réduction répartiede la température et une absorption de la chaleur provenant de la source de chaleur, le dispositif d'atomisation peut être équipé de moyens de transmission de chaleur destinés à transmettre la chaleur provenant d'une source de chaleur au mélange à deux phases traversant l'évaporateur. Dans un agencement simplifié, les moyens de transmission de chaleur peuvent faire partie du dispositif d'atomisation proprement dit. Par exemple, les moyens de transmission de chaleur peuvent etre une partie conductrice de la chaleur, placée en communication calorifique entre une source extérieure de chaleur, telle que l'atmosphère ambiante, et le mélange à deux phases se trouvant dans le dispositif d'atomisation. To progressively relax the two-phase mixture from the throttle, with a distributed temperature reduction and absorption of the heat from the heat source, the atomization device can be equipped with heat transmission means intended to transmit heat from a two-phase mixture heat source passing through the evaporator. In a simplified arrangement, the heat transmission means can be part of the atomization device proper. For example, the heat transmission means may be a heat conducting part, placed in heat communication between an external source of heat, such as the ambient atmosphere, and the two-phase mixture located in the atomization device. .

Le dispositif d'atomisation comprend avantageusement des moyens destinés à provoquer l'écoulement du mélange à deux phases pour le diviser et le recombiner de façon répétée avant qu'il sorte du dispositif d'atomisation. Un procédé avantageux permettant d'obtenir ce résultat consiste à équiper le dispositif d'atomisation dtun tube présentant une lumière sensiblement cylindrique et une entrée et une sortie respectivement à ses deux extrémités, une ame étant logée dans le tube, à peu près coaxialement à, mais à distance de, la paroi de la lumière, la surface périphérique de l'âme présentant au moins une rainure hélicoidale non sécante qui s'étend en continu autour de l'âme, sensiblement sur toute sa longueur, et des moyens établissant un trajet hélicoïdal entre l'âme et la paroi dù tube pour définir au moins un trajet hélicoidal s'étendant en continu autour de l'âme en communication avec la ou les rainures hélicoidales, mais de pas opposé à ces dernières. Les points où la ou chaque rainure hélicoldale croise le ou chaque trajet hélicoidal servent à diviser et à recombiner l'écoulement du mélange à deux phases à travers le dispositif d'atomisation.Il convient de noter que ce croisement des trajets d'écoulement respectifs , réalisé par la ou les rainures hélicoidales et le ou les trajets hélicoldaux, engendre une interaction et un cisaillement du mélange à deux phases, conduisant à un mélange intime et au fractionnement des gouttelettes de liquide en un brouillard fin, ce qui favorise la production de la phase vapeur circulant de la sortie du dispositif d'atomisation. The atomization device advantageously comprises means intended to cause the flow of the two-phase mixture in order to divide and recombine it repeatedly before it leaves the atomization device. An advantageous method making it possible to obtain this result consists in equipping the atomization device with a tube having a substantially cylindrical lumen and an inlet and an outlet respectively at its two ends, a core being housed in the tube, roughly coaxially with, but at a distance from the wall of the light, the peripheral surface of the core having at least one non-intersecting helical groove which extends continuously around the core, substantially over its entire length, and means establishing a path helical between the core and the wall of the tube to define at least one helical path extending continuously around the core in communication with the helical groove or grooves, but not opposite them. The points where the or each helical groove intersects the or each helical path serve to divide and recombine the flow of the two-phase mixture through the atomizing device. It should be noted that this crossing of the respective flow paths, produced by the helical groove (s) and the helical path (s), generates a two-phase interaction and shearing of the mixture, leading to an intimate mixing and the splitting of the liquid droplets into a fine mist, which favors the production of vapor phase flowing from the output of the atomization device.

Les moyens formant des trajets hélicoïdaux peuvent être fixés à la surface périphérique de l'âme et peuvent être en contact de frottement avec la paroi du tube afin que l'âme et les moyens formant les trajets hélicoidaux forment un ensemble qui est fixé de façon amovible dans le tube par ledit contact de frottement et qui peut être retiré d'un seul bloc du tube. L'âme est habituellement cylindrique et présente au moins une rainure hélicoidale s'étendant vers l'intérieur de sa surface cylindrique. The means forming helical paths can be fixed to the peripheral surface of the core and can be in frictional contact with the wall of the tube so that the core and the means forming the helical paths form an assembly which is detachably fixed. in the tube by said friction contact and which can be removed in one piece from the tube. The core is usually cylindrical and has at least one helical groove extending inward from its cylindrical surface.

Dans une autre forme préférée d'agencement, l'âme est un élément allongé de section rectangulaire, avantageusement carrée,qui est torsadé sur sa longueur, autour de son axe longitudinal, afin que quatre rainures hélicoidales soient formées dans la surface périphérique de cette âme, le tube étant également de section rectangulaire, par exemple carrée, et étant torsadé en sens opposé à celui de l'âme. In another preferred form of arrangement, the core is an elongated element of rectangular section, advantageously square, which is twisted along its length, around its longitudinal axis, so that four helical grooves are formed in the peripheral surface of this core , the tube also being of rectangular section, for example square, and being twisted in the opposite direction to that of the core.

Pour améliorer le rendement du circuit de la pompe à chaleur, ce circuit peut comporter en outre des moyens d'échange de chaleur destinés à échanger de la chaleur entre le fluide de travail fourni au dispositif d'atomisation et celui qui en provient. To improve the efficiency of the heat pump circuit, this circuit may also include heat exchange means intended to exchange heat between the working fluid supplied to the atomization device and that which comes therefrom.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels
la figure 1 est une représentation schématique d'un circuit de pompe à chaleur connu utilisant un évaporateur isobare
la figure 2 est une vue schématique d'une forme préférée de l'invention
la figure 3 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 2
la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3, mais montrant une variante
la figure 5 est un diagramme de Mollier (enthalpieentropie) illustrant l'amélioration pouvant être obtenue lors de la mise en oeuvre de l'invention
la figure 6 est une illustration très schématique d'un autre agencement avantageux de l'évaporateur dans le circuit de pompe à chaleur selon l'invention ;;
la figure 7 est une vue très schématique d'une conception avantageuse et pratique pour l'évaporateur ; et
la figure 8 est un schéma d'un circuit de pompe à chaleur à deux étages constituant une autre forme avantageuse de réalisation de l'invention.
The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting examples and in which
Figure 1 is a schematic representation of a known heat pump circuit using an isobaric evaporator
Figure 2 is a schematic view of a preferred form of the invention
Figure 3 is a section along line AA of Figure 2
Figure 4 is a view similar to that of Figure 3, but showing a variant
FIG. 5 is a Mollier diagram (enthalpieentropia) illustrating the improvement that can be obtained during the implementation of the invention
Figure 6 is a very schematic illustration of another advantageous arrangement of the evaporator in the heat pump circuit according to the invention;
Figure 7 is a very schematic view of an advantageous and practical design for the evaporator; and
FIG. 8 is a diagram of a two-stage heat pump circuit constituting another advantageous embodiment of the invention.

La figure 1 réprésente un circuit typique et qui est connu de pompe à chaleur à compression de vapeur. Comme représenté, la chaleur provenant d'une source 1 est mise en circulation dans un serpentin 2 d'échange de chaleur plongé dans un liquide de travail contenu dans un récipient fermé 3, d'un évaporateur 12, et de la chaleur est transmise du serpentin 2 au liquide de travail.Un espace 22 rempli de vapeur existe dans le récipient 3 au-dessus du liquide de travail et de la vapeur saturée, provenant de cet espace, circule par un conduit 4 vers un compresseur 5 où elle est comprimée pour donner de la vapeur surchauffée qui est transportée par un conduit 6 (avec une certaine chute de pression et un certain refroidissement) vers un condenseur 7 qui extrait de la chaleur de la vapeur surchauffée (condensation isotherme) pour la faire circuler vers une charge utilisatrice 8 afin de produire un liquide saturé qui est dirigé vers un étranglement (par exemple une vanne à pointeau) ou un élément 10 d'obturation.Le liquide saturé est détendu à travers l'élément 10 d'obturation ou d'étranglement de façon à former un mélange à deux phases liquide/vapeur qui est introduit par un conduit 9 dans le liquide de travail contenu dans le récipient 3 de 1 'évapo- rateur 12. A cet effet, le conduit 9 descend à l'intérieur du récipient 3 et aboutit à peu de distance au-dessus du fond de ce récipient fermé 3. La phase gazeuse du mélange à deux phases introduit dans le récipient forme des bulles qui remontent à travers le liquide de travail du récipient 3 et passent dans l'espace 22,rempli de vapeur saturée, de l'évaporateur.Le rendement thermique du circuit de la pompe à chaleur peut être amélioré par l'utilisation d'un échangeur 11 de chaleur réalisant un échange de chaleur entre le liquide de travail saturé s'écoulant de la sortie du condenseur 7 vers l'élément 10 d'étranglement et la vapeur saturée circulant dans le conduit 4. Figure 1 shows a typical circuit which is known from a vapor compression heat pump. As shown, the heat from a source 1 is circulated in a heat exchange coil 2 immersed in a working liquid contained in a closed container 3, from an evaporator 12, and heat is transmitted from the coil 2 to the working liquid. A space 22 filled with steam exists in the container 3 above the working liquid and saturated steam, coming from this space, circulates by a conduit 4 towards a compressor 5 where it is compressed for give superheated steam which is transported by a pipe 6 (with a certain pressure drop and a certain cooling) to a condenser 7 which extracts heat from superheated steam (isothermal condensation) to circulate it towards a user load 8 in order to produce a saturated liquid which is directed towards a throttle (for example a needle valve) or a shutter element 10. The saturated liquid is expanded through the shutter or throttle element 10 In order to form a two-phase liquid / vapor mixture which is introduced via a line 9 into the working liquid contained in the container 3 of the evaporator 12. For this purpose, the line 9 descends inside the container 3 and ends up a short distance above the bottom of this closed container 3. The gas phase of the two-phase mixture introduced into the container forms bubbles which rise up through the working liquid of container 3 and pass into the space 22, filled with saturated steam, from the evaporator. The thermal efficiency of the heat pump circuit can be improved by the use of a heat exchanger 11 performing a heat exchange between the saturated working liquid s' flowing from the outlet of the condenser 7 to the throttling element 10 and the saturated steam circulating in the duct 4.

Comme mentionné dans le préambule du présent mémoire, les causes principales de l'irréversibilité du circuit de la pompe à chaleur de la figure 1 sont la détente se produisant dans l'élément 10 d'étranglement, du fait que cette détente ne produit aucun travail récupérable, et l'échange de chaleur isobare,et donc isotherme, ayant lieu dans le condenseur et dans l'évaporateur. La forme de réalisation de l'invention, illustrée sur les figures 2 et 3, est améliorée en ce qui concerne ce point. Les mêmes références numériques utilisées sur la figure 1 et sur les figures 2 et 3 désignent les mêmes éléments ou des éléments équivalents qui ne seront pas de nouveau décrits en détail par la suite. As mentioned in the preamble to this memo, the main causes of the irreversibility of the heat pump circuit of FIG. 1 are the relaxation occurring in the throttling element 10, since this relaxation produces no work. recoverable, and the isobaric, and therefore isothermal, heat exchange takes place in the condenser and in the evaporator. The embodiment of the invention, illustrated in Figures 2 and 3, is improved with respect to this point. The same reference numerals used in FIG. 1 and in FIGS. 2 and 3 designate the same elements or equivalent elements which will not be described again in detail below.

Dans le circuit de pompe à chaleur des figures 2 et 3, la différence, par rapport au circuit précédent, réside dans la détente du liquide saturé transporté vers l'élément 10 d'étranglement et l'évaporateur 12 pour former de la vapeur saturée qui est dirigée vers le compresseur 5. En premier lieu, la chute de pression isenthalpique se produisant à travers l'élément 10 d'étranglement est considérablement inférieure à celle se produisant avec l'élément d'étranglement de la forme de réalisation de la figure 1. En fait, le seul but de l'élément d'étranglement ou d'obturation est d'assurer que le tronçon du conduit 9 situé en amont de cet élément 10 d'étranglement contient du liquide saturé, et le degré d'étranglement doit seulement y suffire.Ce liquide saturé est détendu dans l'élément 10 d'étranglement en formant un mélange à deux phases qui est ensuite davantage détendu dans l'évaporateur 12 qui comprend un dispositif 13 d'atomisation ainsi qu'un serpentin 2 d'échange de chaleur relié à la source de chaleur 1 qui est en communication thermique avec le mélange à deux phases du fluide de travail se détendant dans le dispositif 13 d'atomisation. In the heat pump circuit of FIGS. 2 and 3, the difference, compared to the previous circuit, lies in the expansion of the saturated liquid transported to the throttling element 10 and the evaporator 12 to form saturated vapor which is directed to the compressor 5. First, the isenthalpic pressure drop occurring through the throttle member 10 is considerably less than that occurring with the throttle member of the embodiment of Figure 1 In fact, the sole purpose of the throttling or sealing element is to ensure that the section of the conduit 9 located upstream of this throttling element 10 contains saturated liquid, and the degree of throttling must This saturated liquid is expanded in the throttle element 10 to form a two-phase mixture which is then further expanded in the evaporator 12 which includes a device 13 for atomization as well as a coil 2 of heat exchange related to the heat source 1 which is in thermal communication with the two-phase mixture of the working fluid expanding in the atomization device 13.

Comme montré sur les figures 2 et 3, le dispositif 13 d'atomisation comprend une âme 21 représentée sous la forme d'un noyau ou d'une âme cylindrique, bien que d'autres formes allongées soient possibles, dont la surface cylindrique présente deux rainures ou gorges torsadées, larges et profondes 15, s'étendant vers l'intérieur, tournant chacune en hélice autour de l'âme sensiblement sur toute sa longueur, et formant avantageusement plus de trois tours complets (bien que, uniquement pour des raisons de simplicité, deux tours complets soient montrés sur la figure 2). Le nombre réel de tours doit être, en principe, déterminé expérimentalement, ou calculé, en fonction de l'aire de la section et du débit d'écoulement massique du fluide en évaporation. La forme de l'âme 21 est analogue à celle d'un foret de perçage des métaux.A titre d'exemple, pour un diamètre d'âme de 4 mm, sa longueur doit être d'au moins 80 mm. As shown in FIGS. 2 and 3, the atomizing device 13 comprises a core 21 represented in the form of a core or of a cylindrical core, although other elongated shapes are possible, the cylindrical surface of which has two twisted, wide and deep grooves or grooves 15, extending inwards, each rotating in a helix around the core substantially over its entire length, and advantageously forming more than three complete turns (although, only for reasons of simplicity, two complete turns are shown in figure 2). The actual number of revolutions must, in principle, be determined experimentally, or calculated, depending on the cross-sectional area and the mass flow rate of the evaporating fluid. The shape of the core 21 is similar to that of a metal drill bit. For example, for a core diameter of 4 mm, its length must be at least 80 mm.

Deux fils métalliques 16, ayant chacun, en section, un diamètre de 1 mm, par exemple, sont enroulés autour de l'âme. Comme précédemment, les fils sont enroulés en hélice mais les spires de ces hélices sont de sens opposé à celui des spires des rainures hélicoldales 15 de l'âme 21. Chaque fil 16 forme comme précédemment trois tours complets sur une longueur de 80 mm et est fixé à l'âme 21 , par exemple par quelques points de brasure. L'ensemble à âme ainsi formé est inséré axialement à l'intérieur d'un tube cylindrique 17, dont le diamètre de la lumière ést de 6 mm, et s'y ajuste à force ou par frottement serré.Le tube est fermé à chaque extrémité par une calotte 18 présentant un trou central 19 en alignement axial sur l'âme 21 et avec lquel le conduit 9 ou 4, suivant le cas, est raccordé de façon étanche aux fluides par tous moyens convenables de raccordement. il est évident qu'au moins l'une des calottes extrêmes 18 doit être fixée de façon amovible au tube 17 du dispositif 13 d'atomisation pour permettre l'assemblage de ce dispositif lors de la fabrication et tout démontage ultérieur souhaité et toute remise en place de l'ensemble à âme, mais ceci n'est pas illustré sur la figure 2 pour plus de clarté. il est évident que les valeurs indiquées pour les nombres de rainures 15 et 16 ainsi que pour le nombre de spires de chacune d'elles, sur la longueur du dispositif d'atomisation, de même que les dimensions données, ne sont indiqiaées qu'a titre d'exemple.  Two metal wires 16, each having, in section, a diameter of 1 mm, for example, are wound around the core. As before, the wires are wound in a helix but the turns of these helices are in the opposite direction to that of the turns of the helical grooves 15 of the core 21. Each wire 16 forms, as before, three complete turns over a length of 80 mm and is fixed to the core 21, for example by a few solder points. The core assembly thus formed is inserted axially inside a cylindrical tube 17, the lumen diameter of which is 6 mm, and is adjusted by force or by tight friction. The tube is closed at each end by a cap 18 having a central hole 19 in axial alignment with the core 21 and with which the conduit 9 or 4, as the case may be, is fluid-tightly connected by any suitable means of connection. it is obvious that at least one of the end caps 18 must be removably attached to the tube 17 of the atomization device 13 to allow the assembly of this device during manufacture and any subsequent disassembly desired and any refitting place of the core assembly, but this is not illustrated in FIG. 2 for clarity. it is obvious that the values indicated for the numbers of grooves 15 and 16 as well as for the number of turns of each of them, over the length of the atomization device, as well as the dimensions given, are only indicated as an example.

La figure 2 illustre très schématiquement le serpentin 2 d'échange de chaleur en communication thermique avec le mélange à deux phases circulant à travers le dispositif d'atomisation. Par exemple, le serpentin 2 peut être enroulé en hélice autour de la surface extérieure du tube cylindrique 17 qui est évidemment réalisé en une matière à haute conductibilité thermique, par exemple en métal. En variante, la surface extérieure du tube cylindrique 17 peut être simplement exposée à l'atmosphère ambiante afin que l'évaporateur 12 prélève
Sa chaleur du milieu l'entourant pour évaporer le mélange à deux phases.
FIG. 2 very schematically illustrates the coil 2 for heat exchange in thermal communication with the two-phase mixture circulating through the atomization device. For example, the coil 2 can be wound in a helix around the outer surface of the cylindrical tube 17 which is obviously made of a material with high thermal conductivity, for example metal. Alternatively, the outer surface of the cylindrical tube 17 can be simply exposed to the ambient atmosphere so that the evaporator 12 takes off
Its heat from the surrounding medium to evaporate the two-phase mixture.

Lors du fonctionnement du circuit de la pompe à chaleur, le mélange à deux phases provenant de l'élément 10 d'étranglement circule dans le conduit 9 et arrive à l'extrémité d'entrée du dispositif 13 d'atomisation où il rencontre les trajets hélicoidaux d'écoulement, de pas opposés, formés respectivement par les gorges ou canaux hélicoldaux 15 et les fils 16 enroulés en hélice. L'effet de ces trajets d'écoulement de pas opposés est de diviser et de recombiner rapidement le mélange à deux phases, aux points d'intersection entre les trajets d'écoulement de pas opposés.Au fur et à mesure que le mélange à deux phases progresse à travers le dispositif 13 d'atomisation, on voit qu'il extrait de la chaleur de la source 1 et qu'en même temps, une atomisation et une vaporisation se produisent, avec réduction de température, car le mélange à deux phases refroidit pour favoriser sa propre vaporisation.De cette manière, le mélange d deux phases arrivant à l'extrémité d'entrée du dispositif 13 d'atomisation est transformé, avec détente porgressive et réduction de température, dans me phase vapeur pure s'écoulant de l'extrémité de sortie du dispositif 13 d'atomisation, à une vitesse élevée. il convient de noter que l'agitation, le cisaillement, le tourbillonnement et le mélange provoqués par l'ensemble à noyau du dispositif d'atomisation assurent que la phase liquide du mélange à deux phases est à la fois finement divisé en totalité, et mélangé intimement à la phase vapeur. During the operation of the heat pump circuit, the two-phase mixture coming from the throttling element 10 circulates in the conduit 9 and arrives at the inlet end of the atomization device 13 where it meets the paths helical flow, of opposite pitches, formed respectively by the helical grooves or channels 15 and the wires 16 wound in a helix. The effect of these flow paths of opposite steps is to quickly divide and recombine the two-phase mixture, at the points of intersection between the flow paths of opposite steps. phases progresses through the atomization device 13, we see that it extracts heat from the source 1 and that at the same time, an atomization and a vaporization occur, with reduction of temperature, because the mixture with two phases cools to promote its own vaporization. In this way, the mixture of two phases arriving at the inlet end of the atomization device 13 is transformed, with pressure reduction and temperature reduction, into the pure vapor phase flowing from the outlet end of the atomizing device 13, at a high speed. it should be noted that the stirring, shearing, swirling and mixing caused by the core assembly of the atomizing device ensures that the liquid phase of the two-phase mixture is both finely divided in whole, and mixed intimately in the vapor phase.

il convient de noter que l'exemple numérique donné dans le préambule du présent mémoire peut être appliqué au circuit de pompe à chaleur connu,montré sur la figure 1, et à la forme de réalisation des figures 2 et 3, respectivement, à titre de comparaison destinée à illustrer l'amélioration, pouvant être obtenue avec la forme de réalisation des figures 2 et 3, par réduction du degré de détente dans l'élément d'étranglement et suppression de l'évaporation isobare et isotherme du fluide de travail. it should be noted that the numerical example given in the preamble of this memo can be applied to the known heat pump circuit, shown in Figure 1, and to the embodiment of Figures 2 and 3, respectively, as comparison intended to illustrate the improvement, which can be obtained with the embodiment of FIGS. 2 and 3, by reducing the degree of expansion in the throttling element and eliminating the isobaric and isothermal evaporation of the working fluid.

L'amélioration est en outre illustrée sur la figure 5 qui montre le cycle opératoire du fluide de travail sur un diagramme enthalpie-entropie de Mollier. Sur cette figure, une courbe classique de vapeur saturée pour le fluide de travail est indiquée en 100 et sa courbe de liquide saturé est donnée en 13L Le cycle A-B-B'-C-C'-D-E-E'-A représente le cycle du fluide de travail du circuit de pompe à chaleur connu, montré sur la figure 1 (avec l'échangeur de chaleur Il présent). Le point A représente la sortie du mélange à deux phases de l'élément 10 d'étranglement. La ligne A-B représente la détente isotherme du mélange à deux phases dans l'évaporateur 12 pour former de la vapeur saturée (point B) qui est surchauffée par échange avec le liquide dans l'évaporateur. The improvement is further illustrated in FIG. 5 which shows the operating cycle of the working fluid on an enthalpy-entropy diagram of Mollier. In this figure, a classic saturated vapor curve for the working fluid is indicated in 100 and its saturated liquid curve is given in 13L The cycle AB-B'-C-C'-DE-E'-A represents the cycle of the working fluid of the known heat pump circuit, shown in FIG. 1 (with the heat exchanger II present). Point A represents the output of the two-phase mixture from the throttle element 10. Line A-B represents the isothermal expansion of the two-phase mixture in the evaporator 12 to form saturated vapor (point B) which is superheated by exchange with the liquid in the evaporator.

Cette chauffe isobare est indiquée en B-B'. La ligne B-C représente un compression polytropique, dans le compresseur 5, de la vapeur surchauffée dont la pression et la température, en amont du condenseur, chutent (C-C'-D), suivie d'une condensation isotherme dans le condenseur 7 (ligne D-E), d'un refroidissement (E-E') par échange de chaleur avec la vapeur provenant de l'évaporateur (E-E'), et enfin d'une détente isenthalpique à travers l'élément 10 d'étranglement (ligne
E'-A).
This isobaric heating is indicated in B-B '. Line BC represents a polytropic compression, in compressor 5, of superheated steam whose pressure and temperature, upstream of the condenser, drop (C-C'-D), followed by isothermal condensation in condenser 7 ( line DE), cooling (E-E ') by heat exchange with the vapor coming from the evaporator (E-E'), and finally isenthalpic expansion through the throttling element 10 ( line
E'-A).

Dans le circuit de pompe à chaleur des figures 2 et 3, l'élément 10 d'étranglement et l'évaporateur 12 coopèrent de façon à modifier la partie E'-A-B-B' du cycle en un trajet
E'-F-B-B' indiqué sur la figure 5. Ainsi, comme mentionné précédemment, le degré de détente dans l'élément 10 d'étranglement est très réduit, ce qui amène le point F beaucoup plus près du point E' de la courbe 101 du liquide saturé que le point A. La détente et l'évaporation dans l'évaporateur 12 suivent alors la ligne F-B-B'. On notera que l'aire FAB représente la diminution d'irréversibilité pouvant être obtenue avec la forme de réalisation des figures 2 et 3.
In the heat pump circuit of Figures 2 and 3, the throttling element 10 and the evaporator 12 cooperate so as to modify the part E'-ABB 'of the cycle in a path
E'-FBB 'shown in Figure 5. Thus, as mentioned above, the degree of relaxation in the throttling element 10 is very reduced, which brings the point F much closer to the point E' of the curve 101 saturated liquid as point A. The expansion and evaporation in the evaporator 12 then follow the line FB-B '. It will be noted that the area FAB represents the reduction in irreversibility which can be obtained with the embodiment of FIGS. 2 and 3.

Dans une variante (voir figure 4) de la forme de réalisation des figures 2 et 3, au lieu d'utiliser des fils métalliques entourant une âme à rainures hélicoïdales, on utilise une barre 14 de section rectangulaire, avantageusement carrée, qui peut être torsadée sur sa longueur, autour de son axe longitudinal, de façon à former quatre rainures hélicoidales 15, et cette barre torsadée est ajustee a l'inti rieur d'un tube 17 de section rectangulaire, avantageusement carrée,qui est torsadé sur sa longueur, en sens opposé à celui de la barre 14, de la même manière que sur les figures 2 et 3. In a variant (see FIG. 4) of the embodiment of FIGS. 2 and 3, instead of using metal wires surrounding a core with helical grooves, a bar 14 of rectangular section, advantageously square, which can be twisted, is used along its length, around its longitudinal axis, so as to form four helical grooves 15, and this twisted bar is adjusted inside a tube 17 of rectangular section, advantageously square, which is twisted along its length, in opposite direction to that of bar 14, in the same manner as in FIGS. 2 and 3.

il convient de noter que la détente du fluide de travail dans le dispositif 13 d'atomisation produit du travail, à savoir sous la forme d'une accélération du fluide de travail, qui est utilisé pour vaincre les pertes de charge de l'évaporateur. il convient de noter que ce travail est gratuit, car il provient du développement accru d'entropie dans le cours de l'évaporation. La perte de charge due à l'évaporateur ne nécessite donc pas un travail supplémentaire de la part du compresseur. il se peut même que la vitesse de la vapeur à l'extrémité de sortie de l'évaporateur 12 puisse être récupérée en pression et complète donc le travail produit par le compresseur. Ceci peut être obtenu par un dessin aérodynamique convenable de la sortie de l'évaporateur et de l'entrée du compresseur reliées entre elles. Cette récupération de vitesse est indiquée en B'-B" sur la figure 5. it should be noted that the expansion of the working fluid in the atomizing device 13 produces work, namely in the form of an acceleration of the working fluid, which is used to overcome the pressure losses of the evaporator. it should be noted that this work is free, as it comes from the increased development of entropy in the course of evaporation. The pressure drop due to the evaporator therefore does not require additional work on the part of the compressor. it may even be that the speed of the vapor at the outlet end of the evaporator 12 can be recovered under pressure and therefore completes the work produced by the compressor. This can be obtained by a suitable aerodynamic design of the outlet of the evaporator and the inlet of the compressor connected together. This speed recovery is indicated in B'-B "in FIG. 5.

EXEMPLE
On donnera à présent un exemple de la conception d'un évaporateur de 10 kW où le fluide de travail est l'halogène R22 (monochlorodifluorométhane) ayant les propriétés suivantes
Chaleur latente : 190 kJ.kg-l
Masse molaire : 90
Température d'évaporation : 100C
Pression moyenne d'évaporation (p) : 7 bars
Volume spécifique (V) : 0,0338 m3.kg 1
p.V : 23700 Pa.m3.kg 1
Vitesse du son : 180 m.s -1
Débit massique pour 10 kW : 52 g.s -1
Si la vitesse du fluide halogéné est limitée à mach 0,6 (100m.s -1), l'aire de la section d'écoulement est de 33,8 . 52 /10 000 = 0,176 cm2, ce qui est obtenu avec une âme de 8,4 mm de diamètre, insérée dans un tube de 12 mm de diamètre intérieur. On a construit, en fait, un mélangeur avec une âme de 8 mm, du fil métallique de 2 mm à titre d'en- tretoise, et un tube de 12 mm de diamètre intérieur. Le diamètre extérieur de ce tube est de 14 mm, son périmètre est donc de 44 mm, et la longueur nécessaire pour obtenir une surface d'échange de 1 m2 doit donc être de 23 m. Ce tube, convenablement équipé d'ailettes pour accroître l'aire d'échange de chaleur, peut présenter une surface d'échange 3 ou 4 fois plus importante, de sorte que sa longueur peut être réduite à 6 m.Pour améliorer la détente et le mélange, ce tube est précédé d'un mélangeur à âme de 4 mm, présentant une section
interne d'écoulement de 4 mm2 (4,5 mm2 moins le tube restant
de l'échangeur), de sorte qu'il est raisonnable de limiter à
quelques pourcents (10 a 15 ) l'évaporation se produisant
dans ce tube. Etant donné qu'une certaine partie du liquide
s'évapore d'elle-même en amont de l!entrée de ce tube, l'aire
extérieure d'échange de chaleur de ce tube est limitée à 8 - -
de l'aire totale d'échange de chaleur présentée par les tubes successifs. Le périmètre extérieur de ce premier tube est de 25 mm, et ce tube, convenablement équipé d'ailettes, présente une surface de 750 cm2 par mètre.
EXAMPLE
We will now give an example of the design of a 10 kW evaporator where the working fluid is halogen R22 (monochlorodifluoromethane) having the following properties
Latent heat: 190 kJ.kg-l
Molar mass: 90
Evaporation temperature: 100C
Average evaporation pressure (p): 7 bars
Specific volume (V): 0.0338 m3.kg 1
pV: 23700 Pa.m3.kg 1
Speed of sound: 180 ms -1
Mass flow for 10 kW: 52 gs -1
If the speed of the halogenated fluid is limited to mach 0.6 (100m.s -1), the area of the flow section is 33.8. 52 / 10,000 = 0.176 cm2, which is obtained with an 8.4 mm diameter core, inserted into a 12 mm inner diameter tube. In fact, a mixer was constructed with an 8mm core, 2mm metal wire as a spacer, and a 12mm inner diameter tube. The outside diameter of this tube is 14 mm, its perimeter is therefore 44 mm, and the length necessary to obtain an exchange surface of 1 m2 must therefore be 23 m. This tube, suitably equipped with fins to increase the heat exchange area, can have an exchange surface 3 or 4 times larger, so that its length can be reduced to 6 m. To improve relaxation and mixing, this tube is preceded by a 4 mm core mixer, having a cross-section
internal flow of 4 mm2 (4.5 mm2 minus the remaining tube
exchanger), so it is reasonable to limit it to
a few percent (10 to 15) evaporation occurs
in this tube. Since some of the liquid
evaporates by itself upstream of the entry of this tube, the area
external heat exchange of this tube is limited to 8 - -
of the total heat exchange area presented by the successive tubes. The outer perimeter of this first tube is 25 mm, and this tube, suitably equipped with fins, has an area of 750 cm2 per meter.

Dans une première approximation, cet évaporateur (voir figure 6) comprend un agencement à tube en forme de serpentin comprenant un tronçon mélangeur d'entrée unique 50 de 1 mètre de longueur, avec une âme de 4 mm, suivi de six tronçons mélangeurs successifs 51 d'un mètre de longueur, comportant une âme de 8 mm. Le tuyau d'entrée d'halogène dans le tronçon mélangeur d'entrée est indiqué en 52 et le tuyau de sortie du tube en forme de serpentin, conduisant au compresseur 5, est désigné par la référence numérique 53. Les ailettes de refroidissement portées par les tronçons 51 du mélangeur sont représentées en 54 et chacun des tronçons mélangeurs 50, 51 est placé dans un tube à eau 55 l'entourant, les tubes 55 étant raccordés entre eux en série. et branchés dans un circuit pour être alimentés par la source 1 de chaleur. In a first approximation, this evaporator (see FIG. 6) includes a serpentine tube arrangement comprising a single inlet mixer section 50 of 1 meter in length, with a 4 mm core, followed by six successive mixer sections 51 one meter long, with a core of 8 mm. The halogen inlet pipe in the inlet mixer section is indicated at 52 and the outlet pipe of the serpentine tube, leading to the compressor 5, is designated by the reference 53. The cooling fins carried by the sections 51 of the mixer are shown at 54 and each of the mixer sections 50, 51 is placed in a water tube 55 surrounding it, the tubes 55 being connected together in series. and connected in a circuit to be supplied by the heat source 1.

La chute de pression de l'halogène dans l'évapora- teur est ensuite évaluée ou mesurée sur un prototype et les calculs sont poursuivis jusqu'à ce que tous les paramètres (températures, pressions, chaleur et débits massiques) correspondent, à la suite de processus empiriques, aux critères prévus qui, dans un agencement, sont que la chute de pression de l'halogène à travers l'évaporateur 12 soit de 2 bars, que 1' halogène s'évapore de lui-même, avant de pénétrer dans l'entrée de l'évaporateur, à 150C (7,8 bars) et qu'il sorte de l'évaporateur à 50C (5,8 bars), et que les températures d'entrée et de sortie de l'eau soient de 200C et de 100C, respectivement.  The pressure drop of the halogen in the evaporator is then evaluated or measured on a prototype and the calculations are continued until all the parameters (temperatures, pressures, heat and mass flow rates) correspond, in sequence of empirical processes, to the criteria provided which, in an arrangement, are that the pressure drop of the halogen through the evaporator 12 is 2 bars, that the halogen evaporates by itself, before entering the inlet of the evaporator, at 150C (7.8 bars) and that it leaves the evaporator at 50C (5.8 bars), and the inlet and outlet temperatures of the water are 200C and 100C, respectively.

Dans un autre agencement pratique (figure 7) pour l'évaporateur 12, dans lequel la chute de pression du fluide de travail ( par exemple un fluide halogéné) est maintenue à une faible valeur, l'évaporateur 12 comprend une série de tronçons 30 d'évaporateur dont l'aire de la section croit pour l'écoulement de l'halogène. Les tronçons successifs sont agencés dans une chemise à eau 31. Le nombre de tronçons et la longueur globale (qui définissent l'aire de la surface d'échange de chaleur) sont déterminés en fonction des critères demandés pour un passage à travers l'évaporateur. In another practical arrangement (FIG. 7) for the evaporator 12, in which the pressure drop of the working fluid (for example a halogenated fluid) is kept at a low value, the evaporator 12 comprises a series of sections 30 d evaporator whose cross-sectional area increases for the flow of halogen. The successive sections are arranged in a water jacket 31. The number of sections and the overall length (which define the area of the heat exchange surface) are determined according to the criteria required for passage through the evaporator .

Un circuit de pompe à chaleur à deux étages est illustré dans la figure 8. Dans cette forme de réalisation, le fluide de travail est détendu à travers un élément 10 d'étranglement et un dispositif 13 d'atomisation (de réalisation similaire à celle du dispositif 13 d'atomisation des figures 2 et 3) jusqu'à une pression intermédiaire, dans une chambre 23 de vaporisation instantanée, et la vapeur dégagée dans l'espace à vapeur de la chambre de vaporisation instantanée est ensuite dirigée vers l'entrée du compresseur 5 du second étage. Le liquide se trouvant dans le fond de la chambre de vaporisation instantanée est détendu à travers un second élément 24 d'étranglement et est dirigé vers l'évaporateur 12 de la manière-classique. Le fluide vaporisé de travail provenant de l'évaporateur 12 est ensuite comprimé par un compresseur 25 du premier étage et il est introduit dans l'entrée du dispositif 13 d'atomisation où il se combine et se mélange au fluide provenant de l'étranglement 10. Le dispositif 13 d'atomisation améliore ici le rendement de la chambre 23 de vaporisation instantanée par rapport à celui qu'elle aurait en l'absence de ce dispositif d'atomisation. A two-stage heat pump circuit is illustrated in FIG. 8. In this embodiment, the working fluid is expanded through a throttling element 10 and an atomizing device 13 (similar in construction to that of the atomization device 13 in FIGS. 2 and 3) up to an intermediate pressure, in an instant vaporization chamber 23, and the vapor released in the vapor space of the instant vaporization chamber is then directed towards the inlet of the second stage compressor 5. The liquid in the bottom of the instantaneous vaporization chamber is expanded through a second throttling element 24 and is directed to the evaporator 12 in the conventional manner. The vaporized working fluid coming from the evaporator 12 is then compressed by a compressor 25 of the first stage and it is introduced into the inlet of the atomization device 13 where it combines and mixes with the fluid coming from the throttle 10 The atomization device 13 here improves the efficiency of the instantaneous vaporization chamber 23 compared to that which it would have in the absence of this atomization device.

Le brevet britannique NO 1 553 875 décrit plus en détail la réalisation et le fonctionnement du dispositif d'atomisation montré sur les figures 2 à 4. British patent No. 1,553,875 describes in more detail the construction and operation of the atomization device shown in FIGS. 2 to 4.

il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au circuit de pompe à chaleur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention.  It goes without saying that many modifications can be made to the heat pump circuit described and shown without departing from the scope of the invention.

Claims (12)

REVENDICATIONS 1. Circuit de pompe à chaleur à compression de vapeur, caractérisé en ce qu'il comporte un étranglement (10) à travers lequel un liquide de travail provenant du condenseur < 7)du circuit de la pompe à chaleur se détend, cet étranglement étant conçu pour délivrer un mélange à deux phases liquide/vapeur et étant suivi d'un dispositif (13)d'atomisation qui est conçu pour détendre progressivement le mélange à deux phases provenant de l'étranglement, avec une réduction répartie de température, afin de produire de la vapeur saturée destinée à être comprimée par le compresseur (5) du circuit de la pompe à chaleur. 1. Steam compression heat pump circuit, characterized in that it has a throttle (10) through which a working liquid from the condenser <7) of the heat pump circuit expands, this throttle being designed to deliver a two-phase liquid / vapor mixture and being followed by an atomizing device (13) which is designed to gradually relax the two-phase mixture from the throttle, with a distributed reduction in temperature, in order to produce saturated steam intended to be compressed by the compressor (5) of the heat pump circuit. 2. Circuit de pompe à chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'atomisation comporte des moyens (2) de transmission de chaleur destinés à transmettre la chaleur d'une source (1) au mélange à deux phases, traversant l'évaporateur (12) du circuit. 2. Heat pump circuit according to claim 1, characterized in that the atomization device comprises means (2) for transmitting heat intended to transmit heat from a source (1) to the two-phase mixture passing through. the circuit evaporator (12). 3. Circuit de pompe à chaleur à compression de vapeur, caractérisé en ce qu'il comporte un étranglement (10) à travers lequel le liquide saturé est détendu pour former un liquide à deux phases liquide/vapeur, un évaporateur (12) destiné à détendre progressivement le mélange à deux phases venant de l'étranglement, avec un réduction répartie de la température, pour produire de la vapeur saturée, un compresseur (5) destiné à comprimer la vapeur saturée pour produire de la vapeur surchauffée, et un condenseur (7) destiné à extraire de la chaleur, pour la transmettre à une charge utilisatrice (8), de la vapeur provenant du compresseur afin de produire le liquide saturé destiné à l'étranglement. 3. Steam compression heat pump circuit, characterized in that it comprises a throttle (10) through which the saturated liquid is expanded to form a liquid with two liquid / vapor phases, an evaporator (12) intended to gradually relax the two-phase mixture coming from the throttle, with a distributed reduction in temperature, to produce saturated steam, a compressor (5) intended to compress the saturated steam to produce superheated steam, and a condenser ( 7) intended to extract heat, to transmit it to a user load (8), steam coming from the compressor in order to produce the saturated liquid intended for throttling. 4. Circuit de pompe à chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'évaporateur comprend un dispositif (13) d'atomisation destiné à atomiser la phase liquide du mélange à deux phases et des moyens (2) de transmission de chaleur destinés à transmettre la chaleur d'une source (1) au mélange à deux phases traversant l'évaporateur. 4. Heat pump circuit according to claim 3, characterized in that the evaporator comprises an atomization device (13) intended to atomize the liquid phase of the two-phase mixture and means (2) for transmitting heat intended transmitting heat from a source (1) to the two-phase mixture passing through the evaporator. 5. Circuit de pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que le dispo sitif d'atomisation comprend des moyens destinés à induire l'écoulement du mélange à deux phases pour le diviser et le recombiner de façon répétée avant qu'il sorte du dispositif d'atomisation. 5. Heat pump circuit according to any one of claims 1, 2 and 4, characterized in that the atomization device comprises means intended to induce the flow of the two-phase mixture in order to divide and recombine it. repeatedly before it leaves the atomizing device. 6. Circuit de pompe à chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif d'atomisation comprend un tube (17) qui présente une lumière sensiblement cylindrique ayant une entrée et une sortie situées respectivement à ses deux extrémités, une âme (21) logée dans le tube, sensiblement coaxiale à la paroi de la lumière, mais espacée de cette paroi, la surface périphérique de l'ame présentant au moins une rainure hélicoldale non sécante (15) qui s'étend en continu autour de l'âme, sensiblement sur toute sa longueur, et des moyens (16) de formation de trajets hélicoïdaux étant disposés entre l'âme et la paroi du tube et définissant au moins un trajet hélicoïdal qui s'étend en continu autour de l'âme, en communication avec la rainure ou les rainures héli coldales, mais de pas opposé à celui de cette rainure ou de ces rainures. 6. Heat pump circuit according to claim 5, characterized in that the atomization device comprises a tube (17) which has a substantially cylindrical lumen having an inlet and an outlet located respectively at its two ends, a core (21 ) housed in the tube, substantially coaxial with the wall of the lumen, but spaced from this wall, the peripheral surface of the core having at least one non-intersecting helical groove (15) which extends continuously around the core , substantially over its entire length, and means (16) for forming helical paths being arranged between the core and the wall of the tube and defining at least one helical path which extends continuously around the core, in communication with the groove or the heli-cold grooves, but not opposite to that of this groove or these grooves. 7. Circuit de pompe à chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens formant des trajets hélicoldaux sont fixés à la surface périphérique de l'âme et sont en contact de frottement avec la paroi du tube afin que l'âme et les moyens formant les trajets hélicoïdaux constituent un ensemble à âme qui est fixé de manière amovible dans le tube, par ledit contact de frottement, et qui peut être retiré d'un seul bloc du tube. 7. Heat pump circuit according to claim 6, characterized in that the means forming helical paths are fixed to the peripheral surface of the core and are in frictional contact with the wall of the tube so that the core and the means forming the helical paths constitute a core assembly which is fixed in a removable manner in the tube, by said friction contact, and which can be removed in one piece from the tube. 8. Circuit de pompe à chaleur selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'âme est sensiblement cylindrique et présente au moins une rainure hélicoïdale s'étendant vers l'intérieur de sa surface cylindrique. 8. Heat pump circuit according to one of claims 6 and 7, characterized in that the core is substantially cylindrical and has at least one helical groove extending towards the inside of its cylindrical surface. 9. Circuit de pompe à chaleur selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'âme est un élément allongé (14) de section rectangulaire qui est torsadé sur sa longueur, autour de son axe longitudinal, afin de former quatre rainures hélicoidales (15) dans la surface périphérique de ladite âme, le tube (17) étant de section rectangu1aire.  9. Heat pump circuit according to one of claims 6 and 7, characterized in that the core is an elongated element (14) of rectangular section which is twisted along its length, around its longitudinal axis, in order to form four helical grooves (15) in the peripheral surface of said core, the tube (17) being of rectangular section. 10. Circuit de pompe à chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément allongé et le tube ont tous les deux une section carrée. 10. Heat pump circuit according to claim 9, characterized in that the elongate element and the tube both have a square section. 11. Circuit de pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un échangeur de chaleur (11) destiné à réaliser un échange de chaleur entre le fluide de travail fourni au dispositif d'atomisation et celui en sortant. 11. Heat pump circuit according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a heat exchanger (11) intended to carry out a heat exchange between the working fluid supplied to the atomization device. and the one coming out. 12. Procédé pour fournir de la chaleur à une charge utilisatrice à l'aide d'un circuit de pompe à chaleur à compression de vapeur, caractérisé en ce qu'il consiste à détendre un liquide de travail à travers un étranglement pour former un mélange à deux phases liquide/vapeur, à détendre progressivement le mélange à deux phases, avec une réduction répartie de la température et une absorption de la chaleur provenant d'une source pour produire de la vapeur saturée, à comprimer la vapeur saturée pour produire de la vapeur surchauffée, à extraire la chaleur, destinée à une charge, d'une partie du circuit comprise entre le compresseur et l'étranglement, et à répéter ces opérations.  12. Method for supplying heat to a user load using a vapor compression heat pump circuit, characterized in that it consists in expanding a working liquid through a constriction to form a mixture two-phase liquid / vapor, gradually expanding the two-phase mixture, with a distributed reduction in temperature and absorption of heat from a source to produce saturated vapor, compressing the saturated vapor to produce superheated steam, to extract the heat, intended for a load, from a part of the circuit between the compressor and the throttle, and to repeat these operations.
FR8412399A 1984-08-06 1984-08-06 VAPOR COMPRESSION HEAT PUMP CIRCUIT AND METHOD FOR PROVIDING HEAT TO A USER LOAD USING THE SAME. Expired FR2568673B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8412399A FR2568673B1 (en) 1984-08-06 1984-08-06 VAPOR COMPRESSION HEAT PUMP CIRCUIT AND METHOD FOR PROVIDING HEAT TO A USER LOAD USING THE SAME.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8412399A FR2568673B1 (en) 1984-08-06 1984-08-06 VAPOR COMPRESSION HEAT PUMP CIRCUIT AND METHOD FOR PROVIDING HEAT TO A USER LOAD USING THE SAME.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2568673A1 true FR2568673A1 (en) 1986-02-07
FR2568673B1 FR2568673B1 (en) 1986-10-24

Family

ID=9306820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR8412399A Expired FR2568673B1 (en) 1984-08-06 1984-08-06 VAPOR COMPRESSION HEAT PUMP CIRCUIT AND METHOD FOR PROVIDING HEAT TO A USER LOAD USING THE SAME.

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2568673B1 (en)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE326242C (en) * 1920-09-25 William Steinert Evaporator for cooling machines with spiral ducts surrounding a pipe core
US2519844A (en) * 1946-05-03 1950-08-22 Harry G Mojonnier Cooling tank
GB1184015A (en) * 1968-05-23 1970-03-11 Metallgesellschaft Ag Apparatus for Evaporating Liquids
FR2323962A1 (en) * 1975-09-11 1977-04-08 Commissariat Energie Atomique Combined evaporator, expander and heat exchanger - has helical inner chamber and outer heating chamber between concentric tubes
GB1553875A (en) * 1975-08-27 1979-10-10 Exxon France Atomizer and method of burning
US4202182A (en) * 1977-05-10 1980-05-13 Hitachi, Ltd. Multi-tube evaporator for a cooler used in an automobile
GB2069676A (en) * 1980-02-15 1981-08-26 Schmitz Kuehler Baierbrunn Evaporator tube constructions
DE3101138A1 (en) * 1981-01-15 1982-08-05 Jürgen 4500 Osnabrück Vonhoff Heat pump with heat exchangers
US4398567A (en) * 1979-10-15 1983-08-16 Cinderella Ab Conduit device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE326242C (en) * 1920-09-25 William Steinert Evaporator for cooling machines with spiral ducts surrounding a pipe core
US2519844A (en) * 1946-05-03 1950-08-22 Harry G Mojonnier Cooling tank
GB1184015A (en) * 1968-05-23 1970-03-11 Metallgesellschaft Ag Apparatus for Evaporating Liquids
GB1553875A (en) * 1975-08-27 1979-10-10 Exxon France Atomizer and method of burning
FR2323962A1 (en) * 1975-09-11 1977-04-08 Commissariat Energie Atomique Combined evaporator, expander and heat exchanger - has helical inner chamber and outer heating chamber between concentric tubes
US4202182A (en) * 1977-05-10 1980-05-13 Hitachi, Ltd. Multi-tube evaporator for a cooler used in an automobile
US4398567A (en) * 1979-10-15 1983-08-16 Cinderella Ab Conduit device
GB2069676A (en) * 1980-02-15 1981-08-26 Schmitz Kuehler Baierbrunn Evaporator tube constructions
DE3101138A1 (en) * 1981-01-15 1982-08-05 Jürgen 4500 Osnabrück Vonhoff Heat pump with heat exchangers

Also Published As

Publication number Publication date
FR2568673B1 (en) 1986-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2399580C (en) Thermo-kinetic compressor
JP6100169B2 (en) Cooling method and cooling system controlled by the quality of the refrigerant in the evaporator.
WO1997000416A1 (en) Capillary pumped heat transfer loop
FR2936364A1 (en) MAGNETOCALORIC ELEMENT
FR2475918A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR INCREASING THE CALORIFIC POWER OF EVAPORATOR
LU82393A1 (en) SPIRAL ENCLOSED HEAT EXCHANGER
FR2568673A1 (en) Vapour compression heat pump circuit and method for supplying heat to a load making use thereof by means of this circuit
EP0117829B2 (en) Tubular heat exchanger
EP4010645A1 (en) Semi-permeable membrane with pores resulting from volatile substance
FR2758617A1 (en) REFRIGERATION AND COOLING SYSTEM AND CONDENSING DEVICE FOR A HEAT EXCHANGER FOR USE WITH THIS SYSTEM
CA2758643C (en) Nozzle capable of maximizing the quantity of movement produced by a two-phase flow through the relief of a saturating flow
US4207748A (en) Heat exchange device and method
FR2557921A1 (en) LOST HEAT RECOVERY DEVICE USING AN OIL INJECTION SCREW DETENDER.
US10001025B2 (en) Combined electricity, heat, and chill generation for a Rankine engine
WO2021023455A1 (en) Refrigeration device and facility
FR1465047A (en) Cooling device
CH523480A (en) Refrigeration plant - with intermediate heater for the vapour phase refrigerant and isothermic compression
WO2017081424A1 (en) Thermal conditioning circuit and method for using such a thermal conditioning circuit
EP1711244A1 (en) Continuous method for partially crystallising a solution and a device for carrying out said method
FR3054618A1 (en) GAS-GAS EJECTOR
CH239086A (en) Process for the use of heat contained in hot water for the purpose of producing mechanical energy.
CH514828A (en) Method and apparatus for cooling a heat radiating object
FR3138168A1 (en) Hydro-solar-steam-electric power plant
CH143478A (en) Device for converting thermal energy into motive power.
EP0134176A1 (en) Process and apparatus to improve the circulation of a fluid in absorption refrigeration machines

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse