FR2496240A1 - Air to water heat pump - has evaporator pre-heater with heat exchanger connected parallel to radiators - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne une pompe à chaleur air/ eau pour installation de chauffage ventral du type à radiateurs à eau et à chaudière à combustible, comportant un circuit frigorifique qui comprend un évaporateur, un compresseur, un condenseur et un détendeur d'un fluide friogène telq'un fluorocarbone, ainsi qu'un organe de préchauffage de l'évaporateur, l'installation de chauffage étant équipée d'un dispositif de chauffage d'appoint pour é- lever la température de l'eau à la sortie de la pompe à chaleur, à sa température utile dans le circuit des radiateurs. The present invention relates to an air / water heat pump for ventral heating installation of the type with water radiators and with a fuel boiler, comprising a refrigeration circuit which comprises an evaporator, a compressor, a condenser and a pressure reducer of a friogenic fluid. such as a fluorocarbon, as well as an evaporator preheating member, the heating installation being equipped with an auxiliary heating device for raising the temperature of the water at the outlet of the pump. heat, at its useful temperature in the radiator circuit.
On connait déjà des installations de pompes à chaleur du type susmentionné, destinées à remplacer une chaudière classique, par exemple à combustion de fuel ou de gaz. Etant donné que la température de sortie des pompes à chaleur est de l'ordre de 550 C, et que les circuits de radiateurs à eau classiques sont prévus pour une température de l'eau de 800 C, il convient dlaq- joindre à la pompe à chaleur un dispositif de postchauffage par exemple sous forme d'un chauffage d'appoint électrique, qui permet d'élever la température de l'eau sortant de la pompe à chaleur jusqu'à sa température utile dans le circuit des radiateurs. Heat pump installations of the aforementioned type are already known, intended to replace a conventional boiler, for example with combustion of fuel oil or gas. Since the outlet temperature of the heat pumps is around 550 C, and the conventional water radiator circuits are provided for a water temperature of 800 C, it is advisable to join the pump heat a post-heating device, for example in the form of an auxiliary electric heater, which allows the temperature of the water leaving the heat pump to be raised to its useful temperature in the radiator circuit.
Ce montage bien connu par les spécialistes, présente cependant un inconvénient grave. La chute de température dans le circuit des radiateurs est en moyenne de l'ordre de 10 à 150 C, de sorte que, si le dispositif de postchauffage était branché en série sur le circuit des radiateurs, l'eau de retcur pénètreralt dans le condenseur de la pompe à chaleur à une température supérieure à la température de fonctionnement de cette dernière. La conséquence en serait la rupture du pressostat assurant la sécurité haute pression de la pompe à chaleur. This assembly, which is well known by specialists, however has a serious drawback. The temperature drop in the radiator circuit is on the order of 10 to 150 C on average, so that, if the post-heating device was connected in series to the radiator circuit, the back water enters the condenser of the heat pump at a temperature higher than the operating temperature of the latter. The consequence would be the rupture of the pressure switch ensuring the high pressure safety of the heat pump.
Pour supprimer ce risque, le dispositif de postchauffage et la pompe à chaleur ne peuvent pas être mis en route simultanément dans les installations classiques. Ceci constitue bien entendu un inconvénient qui limite actuellement l'utilisation des pompes à chaleur et les rend relativement peu efficaces aux périodes où elles sont le plus sollicitées, c'est-à-dire par grand froid. To eliminate this risk, the post-heating device and the heat pump cannot be started simultaneously in conventional installations. This is of course a drawback which currently limits the use of heat pumps and makes them relatively ineffective during the periods when they are most used, that is to say in extreme cold.
Un autre inconvénient bien connu des pompes à chaleur est dû au givrage de l'évaporateur. Ce phénomène se manifeste notamment lorsque la température extérieure est de l'ordre de +2 à -5 C et lorsque le degré hygrométrique est voisin de 80%. L'évaporateur est pris dans la glace et la pompe à chaleur doit être arrêtée. Another well known drawback of heat pumps is due to the icing of the evaporator. This phenomenon manifests itself in particular when the outside temperature is of the order of +2 to -5 C and when the humidity is close to 80%. The evaporator is caught in ice and the heat pump must be stopped.
Pour supprimer cet inconvénient, on a proposé d'adjoindre à l'évaporateur, un organe de préchauffage électrique, destiné à préchauffer l'air pénétrant dans la pompe à chaleur et d'empêcher le givrage de l'évaporateur. To overcome this drawback, it has been proposed to add to the evaporator, an electric preheating member, intended to preheat the air entering the heat pump and to prevent icing of the evaporator.
D'une part, un tel dispositif est consommateur d'énergie électrique, et engendre une diminution du rendement global de l'installation de chauffage par pompe à chaleur. On the one hand, such a device consumes electrical energy, and generates a reduction in the overall efficiency of the heat pump heating installation.
D'autre part, I adjonction d'un organe de préehauffage électrique, ne résoud pas l'ensemble des problèmes posés pas la pompe à chaleur, et en particulier le problème du dispositif de postchauffage évoqué précédemment. On the other hand, the addition of an electric preheating member does not solve all of the problems posed by the heat pump, and in particular the problem of the post-heating device mentioned above.
La présente invention se propose de remédier à ces différents inconvénients en réalisant une pompe à chaleur dans laquelle le problème du givrage de l'évaporateur est entièrement résolu, et qui peut fonctionner sans interruption, mcme lorsque le dispositif de postehauffage de l'eau du circuit des radiateurs est enclenché. The present invention proposes to remedy these various drawbacks by producing a heat pump in which the problem of icing the evaporator is entirely resolved, and which can operate without interruption, even when the device for post-heating the water in the circuit. radiators is engaged.
Dans ce but, la pompe à chaleur selon l'invention est caractérisee en ce que l'organe de préchauffage de l'évaporateur comporte un échangeur de chaleur monté en parallèle sur le circuit retour des radiateurs. For this purpose, the heat pump according to the invention is characterized in that the preheating member of the evaporator comprises a heat exchanger mounted in parallel on the return circuit of the radiators.
L'idée inventive est née des' constatations suivantes:
Dans les dispositifs classiques, lorsque la température extérieure est relativement basse, on est obligé d'élever la température de l'eau du circuit des radiateurs par un chauffage électrique d'appoint. L'excédant de chaleur nécessaire à un fonctionnement efficace de l'installation est néfaste au bon fonction nement de la pompe à chaleur, comme mentionné précédemment.The inventive idea was born from the following observations:
In conventional devices, when the outside temperature is relatively low, it is necessary to raise the temperature of the water in the radiator circuit by an auxiliary electric heater. The excess heat necessary for efficient operation of the installation is detrimental to the proper functioning of the heat pump, as mentioned above.
Dans les mêmes conditions, pour résoudre le problème du givrage de l'évaporateur, on utilise un autre dispositif d'appoint pour préchauffer l'évaporateur et empecher la formation de glace. Under the same conditions, to solve the problem of icing the evaporator, another auxiliary device is used to preheat the evaporator and prevent the formation of ice.
La présente invention se propose en fait d'utiliser le surplus de chaleur du circuit des radiateurs, pour préchauffer l'évaporateur. Cette solution empêche toute formation de glace sur l'évaporateur et permet en outre un abaissement de la température de l'eau dans le circuit retour des radiateurs, qui est suffisante pour que cette eau pénètre dans la pompe à chaleur à une température inférieure à sa température de fonctionnement normal. The present invention in fact proposes to use the surplus heat from the radiator circuit to preheat the evaporator. This solution prevents any formation of ice on the evaporator and also allows the water temperature in the return circuit of the radiators to be lowered, which is sufficient for this water to enter the heat pump at a temperature below its normal operating temperature.
De cette manière, le dispositif de postchauffage et la pompe à chaleur peuvent travailler simultanément. In this way, the post-heating device and the heat pump can work simultaneously.
Selon une forme de réalisation préférentielle, l'entrée du circuit parallèle de l'organe de préchauffage comporte une vanne asservie. I1 s'agit en fait d'une vanne commandée à trois voies qui permet de dériver une partie de l'eau en circulation dans le circuit retour des radiateurs en direction de l'organe de préchauffage. Cette vanne, qui constitue l'entrée du circuit parallèle de l'organe de préchauffage est montée en amont du condenseur de la pompe à chaleur. Le retour de ce circuit est également monté en amont du condenseur et en aval de la vanne asservie. Un clapet anti-retour est monté sur le circuit retour des radiateurs entre l'entrée et la sortie dudit circuit parallèle. Un second clapet anti-retour est monté sur la branche retour du circuit parallèle. According to a preferred embodiment, the input of the parallel circuit of the preheating member comprises a controlled valve. It is in fact a three-way controlled valve which makes it possible to divert part of the water circulating in the return circuit of the radiators in the direction of the preheating member. This valve, which constitutes the input of the parallel circuit of the preheating element, is mounted upstream of the condenser of the heat pump. The return of this circuit is also mounted upstream of the condenser and downstream of the slave valve. A non-return valve is mounted on the return circuit of the radiators between the inlet and the outlet of said parallel circuit. A second non-return valve is mounted on the return branch of the parallel circuit.
La pompe à chaleur comporte d'autre part un détecteur de température monté dans le circuit retour des radiateurs, un détecteur de givre monté dans l'évaporateur et un circuit éiectronique d'asservissement agencé pour commander la vanne asservie en fonction des informations fournies par ces détecteurs. The heat pump also comprises a temperature detector mounted in the return circuit of the radiators, a frost detector mounted in the evaporator and an electronic servo-control circuit arranged to control the servo-valve according to the information provided by these detectors.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention sont décrits plus en détail en référence à la description d'une forme de réalisation de la pompe à chaleur selon l'invention et au dessin annexé dans lequel:
La figure 1 représente une vue schématique du dispositif selon l'invention, et
la figure 2 représente la courbe de puissance d'une pompe à chaleur en fonction de la température extérieure.Other advantages and characteristics of the present invention are described in more detail with reference to the description of an embodiment of the heat pump according to the invention and to the accompanying drawing in which:
FIG. 1 represents a schematic view of the device according to the invention, and
FIG. 2 represents the power curve of a heat pump as a function of the outside temperature.
En référence à la figure 1, la pompe à chaleur perfectionnée selon la présente invention comporte un évaporateur 1, un compresseur 2, un condenseur 3 et un détendeur 4. Ces quatre éléments, connus en soi, constituent les éléments de base de la pompe à chaleur. Le compresseur a pour but de comprimer un fluide friogène, par exemple du fluorocarbone, à une pression suffisamment élevée pour le rendre liquide. Ce changement d'état, exothermique, s'effectue dans le condenseur 3. Le liquide friogène- est ensuite évacué en direction du détendeur 4 pour se transformer à nouveau en gaz à l'intérieur de l'évaporateur 1. With reference to FIG. 1, the improved heat pump according to the present invention comprises an evaporator 1, a compressor 2, a condenser 3 and a pressure reducer 4. These four elements, known per se, constitute the basic elements of the heat pump. heat. The purpose of the compressor is to compress a friogenic fluid, for example fluorocarbon, at a pressure high enough to make it liquid. This change of state, exothermic, takes place in the condenser 3. The friogenic liquid is then evacuated in the direction of the regulator 4 to transform again into gas inside the evaporator 1.
Le condenseur 3 est conçu en échangeur thermique, par exemple du type coaxial-hélicoIdal à flux inversé permettant la transmission des calories pour de très faibles pertes de charge. The condenser 3 is designed as a heat exchanger, for example of the coaxial-helical type with reverse flow allowing the transmission of calories for very low pressure drops.
L'un des circuits traversant le condenseur est le circuit 5 du flui de friogène. L'autre circuit est le circuit 6 -des radiateurs de l'installation de chauffage. Ce circuit comporte un dispositif de postchauffage 7, constitué de préférence par une résistance électrique, commandée automatiquement par un circuit thermostatique 8 disposé à l'intérieur des locaux à chauffer.One of the circuits passing through the condenser is circuit 5 of the friogen fluid. The other circuit is circuit 6 - of the radiators of the heating installation. This circuit includes a post-heating device 7, preferably consisting of an electrical resistance, automatically controlled by a thermostatic circuit 8 disposed inside the premises to be heated.
Le perfectionnement selon l'invention consiste essentiellement à adjoindre à l'évaporateur 1, un organe de préchauffage 9, constitué par un échangeur de chaleur, traversé par un circuit 10 monté en parallèle sur le circuit de retour 6 des radiateurs (non représentés). Une vanne asservie 11, constituée de préférence par une vanne trois voies commandée, constitue l'entrée du circuit parallèle 10. L'entrée, constituée par la vanne asservie ll et la sortie 12 du circuit parallèle 10 de l'organe de préchauffage 9 de l'évaporateur 1, sont disposée en amont du condenseur 3, et séparées par un clapet anti-retour 13 monté sur le circuit retour 6 des radiateurs. Un second clapet- anti-retour 14 est monté sur la branche retour du circuit parallèle 10. The improvement according to the invention essentially consists in adding to the evaporator 1, a preheating member 9, constituted by a heat exchanger, crossed by a circuit 10 mounted in parallel on the return circuit 6 of the radiators (not shown). A controlled valve 11, preferably consisting of a controlled three-way valve, constitutes the inlet of the parallel circuit 10. The inlet, constituted by the controlled valve ll and the outlet 12 of the parallel circuit 10 of the preheating member 9 the evaporator 1, are arranged upstream of the condenser 3, and separated by a non-return valve 13 mounted on the return circuit 6 of the radiators. A second non-return valve 14 is mounted on the return branch of the parallel circuit 10.
Un dispositif d'aspiration 15 fait pénétrer l'air dans la pompe à chaleur. Un circuit de commande électronique 16, commande la vanne asservie 11 sur base des informations transmises par un détecteur de température 17 monté sur le circuit retour 6 des radiateurs, et de celles d'un détecteur de givre 18 monté sur l'évaporateur 1. A suction device 15 brings air into the heat pump. An electronic control circuit 16 controls the slave valve 11 on the basis of the information transmitted by a temperature detector 17 mounted on the return circuit 6 of the radiators, and that of a frost detector 18 mounted on the evaporator 1.
Le circuit thermostatique 8 est destiné à commander d'une part le compresseur 2 auquel il est relié par un premier circuit 19, et d'autre part le dispositif de postchauffage 7 auquel il est relié par un deuxième circuit 20. The thermostatic circuit 8 is intended to control on the one hand the compressor 2 to which it is connected by a first circuit 19, and on the other hand the post-heating device 7 to which it is connected by a second circuit 20.
Lorsque la température est relativement basse à l'ex- térieur, le dispositif de postchauffage 7 s'enclenche, pour permettre à l'eau sortant du-condenseur échangeur de chaleur 3 à la température T1 voisine de 550 C d'être portée à une température
T2 voisine de 70 à 800 C. La chute de température aT dans le circuit des radiateurs étant voisine de 10 à 150 C, la température
T3 mesurée par le détecteur 17 est en moyenne supérieure à la température T1. La vanne commandée 11 laisse passer une partie de l'eau à la température T3 dans le circuit 10 en direction de l'or- gane de préchauffage 9, d'où elle sort à une température T4 inférieure à T3.L'eau en provenance de l'organe de préchauffage 9 est réinjectée dans le circuit retour des radiateurs au point 12, où elle est mélangée à de l'eau à la température T3, de sorte qu'à l'entrée du condenseur 3, l'eau se trouve à une température T5 qui est inférieure à la température T3. L'ouverture de la vanne 11 est commandée par le circuit électronique 16 selon les besoins de l'installation. Ce circuit veille en fait à ce que la température
T5 soit inférieure à la température T1, et que la température T4 soit suffisante pour que le givrage de l'évaporateur ne puisse pas se produire.When the temperature is relatively low outside, the post-heating device 7 switches on, to allow the water leaving the heat exchanger-condenser 3 at the temperature T1 close to 550 C to be brought to a temperature
T2 is close to 70 to 800 C. As the temperature drop aT in the radiator circuit is close to 10 to 150 C, the temperature
T3 measured by the detector 17 is on average higher than the temperature T1. The controlled valve 11 allows part of the water at temperature T3 to pass through the circuit 10 in the direction of the preheating element 9, from which it exits at a temperature T4 below T3. of the preheating element 9 is reinjected into the return circuit of the radiators at point 12, where it is mixed with water at temperature T3, so that at the inlet of the condenser 3, the water is at a temperature T5 which is lower than the temperature T3. The opening of the valve 11 is controlled by the electronic circuit 16 according to the needs of the installation. This circuit actually ensures that the temperature
T5 is lower than the temperature T1, and that the temperature T4 is sufficient so that icing of the evaporator cannot occur.
La figure 2 illustre l'aspect de la courbe de puissance en kW d'un dispositif selon l'invention en fonction de la température extérieure en degrés C. La courbe centrale A représente la valeur moyenne des puissances mesurées sur une installation dont le débit est de l'ordre de 4600 m3 d'air par heure. Les courbes B et C délimitent la plage des variations effectives de la puissance qui sont de l'ordre de 10%. FIG. 2 illustrates the appearance of the power curve in kW of a device according to the invention as a function of the outside temperature in degrees C. The central curve A represents the average value of the powers measured on an installation whose flow is of the order of 4600 m3 of air per hour. Curves B and C delimit the range of effective variations in power which are of the order of 10%.
Prenons par exemple un point M de la courbe A correspondant à une température de -10 C. On constate que la puissance fournie par la pompe à chaleur est en moyenne de 13kW à cette température. Grace au perfectionnement selon l'invention, l'organe de préchauffage 9 permet par exemple de porter la température d'entrée de l'air à +4 C qui correspond sur la courbe A à un point N et à une puissance fournie de 16kW. I1 en résulte que le perfectionnement selon l'invention permet d'améliorer le coefficient de performance de la pompe à chaleur. Take for example a point M on the curve A corresponding to a temperature of -10 C. It can be seen that the power supplied by the heat pump is on average 13 kW at this temperature. Thanks to the improvement according to the invention, the preheating member 9 allows for example to bring the air inlet temperature to +4 C which corresponds on the curve A to a point N and to a power supplied of 16kW. As a result, the improvement according to the invention makes it possible to improve the coefficient of performance of the heat pump.
En conséquence, grâce à lradjonction de l'organe de préchauffage 9 sur le circuit retour des radiateurs, la pompe à chaleur selon l'invention permet:
- d'abaisser la température de l'eau du circuit retour des radiateurs lorsque celle-ci est supérieure à la température dans le condenseur de la pompe à chaleur,
- de dégivrer automatiquement l'évaporateur de la pompe à chaleur,
- d'augmenter le coefficient de performance de l'installation, et
- de faire fonctionner la pompe à chaleur sans interruption jusqu'à des températures d'air extérieures très basses. Consequently, by virtue of the connection of the preheating member 9 to the return circuit of the radiators, the heat pump according to the invention allows:
- lower the temperature of the water in the radiator return circuit when it is higher than the temperature in the condenser of the heat pump,
- defrost the heat pump evaporator automatically,
- increase the performance coefficient of the installation, and
- to run the heat pump without interruption up to very low outside air temperatures.
Claims (6)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR8026867A FR2496240A1 (en) | 1980-12-17 | 1980-12-17 | Air to water heat pump - has evaporator pre-heater with heat exchanger connected parallel to radiators |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR8026867A FR2496240A1 (en) | 1980-12-17 | 1980-12-17 | Air to water heat pump - has evaporator pre-heater with heat exchanger connected parallel to radiators |
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| FR2496240A1 true FR2496240A1 (en) | 1982-06-18 |
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ID=9249224
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|---|---|---|---|
| FR8026867A Withdrawn FR2496240A1 (en) | 1980-12-17 | 1980-12-17 | Air to water heat pump - has evaporator pre-heater with heat exchanger connected parallel to radiators |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse | ||
| ER | Errata listed in the french official journal (bopi) |
Free format text: 24/82 |