"CHAUFFE-EAU A POMPE DE CHALEUR AVEC COMPRESSEUR PLONGE

DANS LE RESERVOIR D'ACCUMULATION".

DOMAINE TECHNIQUE la présente invention concerne les appareils utilisés pour produire de l'eau chaude au moyen de l'emploi de "pompe de chaleur".

Comme on le sait, ces appareils peuvent être de diffé¬ rents types; on peut les utiliser soit avec l'air am- biant comme source primaire de la chaleur, soit avec l'eau disponible (fleuve, lac, mer, puits, etc.). Dans le premier cas, la pompe de chaleur est dite du type air-eau, dans le deuxième cas, du type eau-eau. Les deux types mentionnés ci-dessus diffèrent unique- ment par la partie du circuit thermodynamique dénommée "évaporateur" étant donné que dans un cas elle doit ê- tre apte à soustraire la chaleur à partir de l'air am¬ biant et, dans l'autre, à partir de l'eau disponible. Actuellement, les pompes de chaleur air-eau sont utili- sées pour de multiples emplois:

- Production d'eau chaude sanitaire pour- usa e civil (hôtels, habitations, bureaux, etc...). La source de chaleur primaire est l'air ambiant extérieur ou inté¬ rieur. - Production d'eau chaude pour le chauffage des pièces. La source primaire est l'air extérieur.

- Production d'eau chaude pour utilisation industrielle (fromageries, installations pour la fabrication de produits alimentaires, installations de séchage avec, souvent, refroidissement simultané de l'air dans les

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milieux où il y a une production de chaleur. Les pompes de chaleur eau-eau sont généralement utili¬ sées pour:

- La production d'eau chaude pour usage sanitaire, quand 5 la source de chaleur (eau) est facilement disponible.

- La production d'eau chaude utilisée pour le chauffage des pièces.

- Le chauffage de l'eau des piscines.

- Les procédés industriels quand il est nécessaire de -0 refroidir des liquides et quand l'eau chaude est en même temps nécessaire.

La présente invention prévoit les appareils utilisés pour les cas mentionnés ci-dessus ou similaires, réali¬ sés avec le même circuit thermodynamique et avec les - mêmes éléments.

TECHNIQUE ANTERIEURE

Pour produire de 1 'eau chaude au moyen de la pompe de chaleur selon les types et pour les buts indiqués dans le paragraphe précédent, on réalise un circuit ther o- 0 dynamique constitué de:

- Un électro-compresseur ayant pour but d'amener à une valeur de pression élevée le fluide vecteur utilisé dans le circuit. Ce fluide (normalement du Fréon R12 ou du Fréon R22) se trouve à l'état gazeux à de bas- 5 ses pressions et à basse température.

- Un condensateur, constitué- d'une spirale de tube mé¬ tallique de petite section, plongé dans l'eau à chauf¬ fer.

- Un élément de réglage de la portée du fluide en circu-

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lation (soupape régulatrice thermostatique ou presso- εtatique) qui a pour but de faire provoquer 1 'évapo- ration du fluide à une température préétablie et cons¬ tante. - Un évaporateur, constitué d'une tubulure spiralée a- vec une section plusieurs fois supérieure à celle du condensateur, opportunément ailetée pour augmenter la surface d'échange thermique, placée dans le milieu à partir duquel on compte soustraire la chaleur (air ou eau). - Un réservoir d'accumulation de l'eau à chauffer dans lequel on plonge le condensateur. Le but de la pompe de chaleur est celui de transférer la chaleur, disponible â basse température dans l'eau ou dans l'air, à l'eau contenue dans le réservoir que l'on compte chauffer.

Le principe de fonctionnement est le suivant: Le compresseur aspire le fluide vecteur de 1 'évapora¬ teur (à basse pression et température et à l'état ga¬ zeux) et le comprime à pression élevée (jusqu'à 5/7 fois la valeur de la pression d'aspiration). Suite à la compression, le fluide acquiert une température é- . levée et il. est poussé dans le tuyau constituant le condensateur placé au contact de l'eau à chauffer à la¬ quelle il cède la plupart de sa teneur calorique. Cette cession de chaleur provoque le refroidissement du fluide et, par conséquent, sa condensation et sa liqué¬ action.

Le fluide liquéfié est poussé .par la pression élevée dans 1'évaporateur suivant à travers la soupape de ré- glage et laminage qui provoque une chute brusque de

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pression.

La pression réduite provoque l'évaporation du fluide et, par conséquent, son brusque refroidissement. Ce refroidissement amène les parois de 1'évaporateur à 95 une température si basse qu'il permet le transfert natu¬ rel de la chaleur du milieu, dans lequel est plongé l'é- vaporateur, au fluide qui y est contenu, avec pour con¬ séquence son chauffage. A la sortie de 1'évaporateur, le fluide est de nouveau

100 aspiré par le compresseur et le cycle recommence depuis le début.

Ainsi s'accomplit graduellement le transfert de la cha¬ leur du fluide moins chaud (air ou eau) à celui qui est plus chaud (eau en voie de chauffage).

105 I ^,a technique utilisée jusqu'à aujourd'hui prévoit - com¬ me cela a déjà été dit - que le groupe compresseur soit placé à l'extérieur du réservoir d'accumulation, refroi¬ di par l'air du milieu ou, dans le cas de grosses ins¬ tallations, par un circuit spécial de refroidissement à

110 eau.

DESCRIPTION DE !•'INVENTION

La pompe de chaleur qui fait l'objet de la présente in¬ vention utilise le même circuit thermodynamique et les mêmes éléments que celles qui, jusqu'à maintenant, ont

115 été construites, avec de très petites différences cons- tructives seulement pour le réservoir d'accumulation et le groupe compresseur.

La différence essentielle et unique consiste dans le fait d'avoir le groupe compresseur à l'intérieur du ré-

120 servoir d'accumulation, complètement plongé dans l'eau

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à chauffer au lieu d'être à l'extérieur de celui-ci com¬ me cela a toujours été fait jusqu'à présent. Pour permettre la réalisation de cette modification, l'appareil est construit selon la méthode décrite ci-des- 125 sous.

On sait que le compresseur des pompes de chaleur est constitué d'un groupe monobloc moteur électro-compresseur renfermé dans un corps métallique hermétique pouvant ré¬ sister aux pressions élevées de fonctionnement du fluide 130 vecteur. De ce corps sortent seulement les deux tuyaux d'entrée et de sortie du fluide et les contacts électri¬ ques pour l'alimentation du moteur.

Pour pouvoir plonger le compresseur à l'intérieur du ré¬ servoir d'accumulation, il est nécessaire de maintenir 135 parfaitement au sec les contacts électriques mentionnés ci-dessus et de les placer de façon à ce qu'ils soient facilement branchables aux conducteurs électriques d'a¬ limentation. Dans ce but la meilleure solution, qui n'est pas la seule, semble celle de placer les contacts 140 électriques sur la partie supérieure du corps du com¬ presseur (au lieu de les placer latéralement comme cela a lieu actuellement) et de renfermer ces contacts à l'in¬ térieur d'un tuyau, avec un diamètre approprié, soudé sur la calotte du compresseur et amené à l'extérieur du ré- 145 servoir d'accumulation, de façon à réaliser une espèce de tunnel dans lequel on peut faire transiter au sec les conducteurs électriques nécessaires.

Ainsi, l'appareil se présente comme un réservoir d'accu¬ mulation normal muni à sa partie ^' supérieure d'une bride 150 boulonnée au centre de laquelle est soudé un tube, dirigé vers l'intérieur, à l'extr mité duquel est fixé le co -

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presseur. Le condensateur, constitué d'un tuyau de pe¬ tit diamètre spirale, trouve immédiatement sa place au- dessous du compresseur et il reste donc plongé dans

155 l'eau avec lui. Les tuyaux d'aspiration et de refoule¬ ment du fluide vecteur sont prolongés jusqu'à ce qu'ils sortent à l'extérieur du réservoir d'accumulation à travers la bride boulonnée à laquelle ils sont soudés le long de la surface extérieure afin de garantir l'é-

160 tanchéité. L'évaporateur est placé, comme pour les pom¬ pes de chaleur traditionnelles, à coté du réservoir d'accumulation ou dans le lieu le plus approprié par rapport à la typologie de l'installation. L'innovation permet de:

165 ~ accumuler une plus grande quantité de chaleur - à é- galité d'énergie électrique demandée - par rapport aux pompes de chaleur traditionnelles.

- réduire l'encombrement global de l'appareil.

- éliminer, presque totalement, le bruit caractéristi- 170 que du compresseur.

DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS

La planche 1/3 représente le schéma d'une pompe de cha¬ leur eau-eau. La planche 2/3 représente le schéma d'une pompe de cha-

175 leur air-eau. la planche 3/3 représente la section d'un appareil mé¬ nager du type eau-eau.

Les références numériques sont les suivantes: PLANCHE 1/2

180 1 = Compresseur

2 = Condensateur

3 = Réservoir d'accumulation du fréon liquide

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Filtre du fréon

5 Soupape régulatrice thermostatique 1856 Evaporateur avec échangeur de chaleur à eau 7 Tuyau de sortie eau échangeur 8 Tuyau d'aspiration (retour) du fréon o Tuyau de refoulement d'eau à l'échangeur

10 = Soupape électrique de refoulement d'eau à l'échan¬

190 geur

11 Soupape manuelle pour le réglage de la portée d'eau à l'échangeur de chaleur 12 Tuyau d'arrivée d'eau du réseau hydrique

13 Tuyau de sortie de l'eau provenant du réservoir

195 d'accumulation

14- Thermostat réglable

15 Tuyau de jonction entre la bride et le compresseur

16 Dispositif électrique de démarrage (starter)

17 Protection thermique (Klixon) 20018 Pressostat de sécurité

19 Réservoir d'accumulation 20 Alimentation électrique

N.B. : les conducteurs électriques sont indiqués avec des tirets. 05 LANCHE 2/3

1 = Compresseur

2 = Condensateur

3 = Réservoir d'accumulation du fréon liquide 4- = Filtre du fréon 10 5 = Soupape régulatrice

6 = Evaporateur d'air

7 = Electro-ventilateur

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8 = Tuyau d'aspiration (retour) du fréon

9 = Tuyau de refoulement du fréon 21510 = Conducteurs électriques

11 = Réservoir d'accumulation de l'eau

12 ≈ Tuyau d'arrivée de l'eau provenantdu réseau hydri¬ que

13 = Tuyau de sortie de l'eau chaude 22014- = Thermostat réglable

15 = Tuyau de jonction entre la bride et le compresseur

16 = Dispositif électrique de démarrage (starter)

17 = Protection thermique (Klixon)

18 = Pressostat de sécurité 22519 = Alimentation électrique

N.B. : les conducteurs électriques sont indiqués avec des tirets. PLANCHE 3/3 1 = Compresseur 2302 = Condensateur

3 = Réservoir d'accumulation du fréon liquide 4- = Filtre du fréon

5 = Tuyau de refoulement du fréon

6 = Dérivations du fréon dans 1 'évaporateur

2357 = Dérivations de l'eau dans l'échangeur de chaleur

8 = Support de soutien

9 = Tuyau de refoulement de l'eau vers l ¹ échangeur de chaleur

10 = Soupape électrique de refoulement d'eau vers l'é- 24-0 changeur de chaleur

11 = Pressostat de sécurité

12 = Bouton de réglage de la portée d'eau vers l'échan-

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geur de chaleur

13 = Tuyau de refoulement de l'eau froide

2- = Tuyau de sortie de l'eau chaude

15 = Interrupteur du thermostat

16 = Réservoir d'accumulation de l'eau

17 = Tuyau de soutien du compresseur

18 - Manchon fileté

25019 = Tuyau de retour du fréon

20 = Contacts électriques

21 = Isolant thermique

22 - Thermomètre

23 = Bride boulonnée supérieure 255 4 - Bride boulonnée inférieure

N.B. : Les conducteurs électriques ne sont pas indiqués. MEILLEURE FAÇON DE REALISER L'INVENTION

On construit un réservoir cylindrique de capacité appro¬ priée aux nécessités. Ce réservoir sera réalisé en tôle

260 d'acier d'une épaisseur calculée en rapport à la pression de l'eau qui y est contenue au cours du fonctionnement. Il aura un tuyau d'accès de l'eau froide provenant du ré¬ seau hydrique, situé dans la calotte inférieure et un tu¬ yau pour l'érogation de l'eau chaude qui plonge dans la

265partie haute du réservoir. Il sera muni dans sa partie supérieure d'une ample ouverture, qui peut être fermée par une bride boulonnée, d'un diamètre permettant l'in¬ troduction et le montage du groupe compresseur et du condensateur. Dans la calotte inférieure, au centre, il

270y aura une autre ouverture, bridée, de diamètre suffi¬ sant pour laisser passer une -main; cette ouverture est prévue pour pouvoir effectuer les opérations périodiques

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de manutention à l'intérieur du réservoir. Les deux brides sont munies de garnitures élastiques pour l'é-

275 tanchéité. Les surfaces à l'intérieur du réservoir doi¬ vent être toutes protégées contre l'action corrosive de l'eau moyennant l'application de matériaux synthétiques anticorrosifs. Le réservoir sera recouvert à l'extérieur d'une couche de matériau isolant thermique dans le but

280 de limiter les pertes de chaleur vers l'extérieur.

Sur le fond duréservoir on placera un interrupteur élec¬ trique à commande thermostatique, réglable manuellement, en mesure d'interrompre l'alimentation électrique du compresseur à une température déterminée de l'eau.

285 I- ^e compresseur, de puissance et de dimensions propor¬ tionnées au volume du réservoir, est contenu dans un corps en acier hermétique, de forme cylindrique, cal¬ culé pour résister aux hautes pressions au cours du fonctionnement. Les contacts électriques seront placés

290 au centre de la calotte supérieure de fermeture. Ces contacts restent enfermés dans un manchon métallique de forme cylindrique, fileté à l'intérieur d'un coté et soudé de l'autre coté à la calotte du compresseur. Sous la calotte inférieure du compresseur se trouve pla-

295 ce le condensateur, constitué d'un tube de cuivre de pe¬ tite section enroulé en spirale cylindrique de diamètre égal au diamètre maximum du compresseur. Dans l'espace qui s'est formé à l'intérieur du cylindre délimité _. par les spires du condensateur se trouve le pe-

300 tit réservoir d'accumulation du fréon liquide, construit en acier soudé, lui aussi de dimensions lui permettant de résister aux pressions élevées au cours du fonction¬ nement.

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On soude, au centre de la bride boulonnée qui sert pour

30 fermer l'ouverture supérieure du réservoir, un tronçon de tube d'acier, fileté à l'extr mité opposée, de façon à pouvoir être vissé hermétiquement, au manchon décrit ci-dessus, fixé à la calotte du compresseur. Le montage du groupe compresseur-condensateur à 1 'inté-

310rieur du réservoir peut donc se faire facilement en pré¬ disposant l'ensemble compresseur-condensateur-réservoir d'accumulation en un unique ensemble assemblé - selon le schéma thermodynamique - au moyen de la soudure des tu¬ yaux de jonction.

315A ce point, ayant prédisposé les liaisons électriques avec des conducteurs isolés appropriés-, on pourvoit à enfiler les conducteurs électriques dans le tube fixé à la bride de fermeture et à exécuter le vissage entre le manchon soudé à la calotte du compresseur et ce tube.

320On obtient ainsi un ensemble constitué par la bride qui soutient, au moyen d'un tuyau, le groupe compresseur a- vec le condensateur et le réservoir d'accumulation du fréon liquide. A travers la bride, on amène à l'extérieur les deux

3 5tuyaux d'aspiration et de refoulement du fréon qui sont soudés autour de la bride même.

L'appareil sera complété en reliant les deux tuyaux ci- dessus mentionnés à 1 'évaporateur, de type à air ou à eau, et en insérant dans le circuit thermodynamique une

330soupape thermostatique de réglage.

Les liaisons électriques prévues des parties seront en¬ fin effectuées selon le schéma reporté dans les planches ci-jointes.

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POSSIBILITES D'APPLICATIONS INDUSTRIELLES 335L'invention en question peut être avantageusement uti¬ lisée dans tous les cas où l'on prévoit l'emploi de la pompe de chaleur pour obtenir de l'eau chaude, soit du type air-eau soit du type eau-eau. En particulier: Pour la production d'eau chaude sanitaire à utiliser 340dans les habitations ou pour les usages civils (hôtels, bureaux, hôpitaux, etc.).

Pour la production d'eau chaude à utiliser pour le chauffage des immeubles.

Pour a production d'eau chaude à basse température 345pour les préparations industrielles (fromageries, ins¬ tallations pour la transformation des viandes, instal¬ lations pour les conserveries, etc.).

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