FR2525749A1 - HEAT PUMP INSTALLATION FOR AIR CONDITIONING OF PASSENGER CARS OF RAILWAYS AND OTHER VEHICLES - Google Patents

Abstract

L'INSTALLATION DE CLIMATISATION EST CARACTERISEE PAR L'UTILISATION D'UNE POMPE A CHALEUR, APTE A FONCTIONNER SOIT POUR CHAUFFER SOIT POUR REFROIDIR L'AMBIANCE, EN UTILISANT DANS LES DEUX CAS, POUR L'ECHANGE THERMIQUE, LE DEPLACEMENT DE L'AIR EXTERNE DU AU MOUVEMENT DU VEHICULE. 1 REPRESENTE L'ECHANGEUR INTERNE, 3 L'ECHANGEUR EXTERNE, 5 UN COMPRESSEUR, 7 LE RESERVOIR LE LIQUIDE, 9 UNE VANNE.THE AIR CONDITIONING SYSTEM IS CHARACTERIZED BY THE USE OF A HEAT PUMP, SUITABLE TO OPERATE EITHER TO HEAT OR TO COOL THE ROOM, USING IN BOTH CASES, FOR THE HEAT EXCHANGE, THE DISPLACEMENT OF THE AIR EXTERNAL DUE TO THE MOVEMENT OF THE VEHICLE. 1 REPRESENTS THE INTERNAL EXCHANGER, 3 THE EXTERNAL EXCHANGER, 5 A COMPRESSOR, 7 THE LIQUID TANK, 9 A VALVE.

Description

i "Installation à pompes à chaleur pour la climatisation de voitures pouri "Heat pump installation for air conditioning of cars for

passagers de chemins de fer et autres véhicules " Pour la climatisation des voitures pour passagers, on utilise actuellement surtout deux systèmes séparés, en vue de la génération du froid et pour le chauffage Le froid  passengers of railways and other vehicles "For the air-conditioning of the cars for passengers, at the moment mainly two separate systems are used, for the purpose of the generation of the cold and for the heating.

est engendré par une machine classique à cycle frigorifi-  is generated by a conventional refrigerating cycle machine

que et à compresseur, en utilisant un liquide frigorigène (hydrocarbure halogéné) La chaleur est engendrée par effet Joule dans des groupes de résistances qui sont en partie centralisées et  and compressor, using a refrigerant (halogenated hydrocarbon) Heat is generated by Joule effect in groups of resistors that are partly centralized and

en partie disposées sous les sièges <chauffages indivi-  partly arranged under the seats <individual heaters

duels) L'air, froid ou chaud, est distribué par l'intermé-  The air, cold or hot, is distributed through the

diaire d'une ou plusieurs canalisations, passant le long des compartiments et dans ceux-ci, ainsi que le long des  of one or more pipes, passing along and in the compartments and along the

corridors et dans ceux-ci.corridors and in these.

Selon l'invention, il est prévu pour la climatisation des voitures électromotrices de chemins de fer et autres véhicules pour passagers, d'adapter la i>ompe à chaleur,  According to the invention, it is provided for the air-conditioning of electromotive cars of railways and other vehicles for passengers, to adapt the heat pump,

pour qu'elle fonctionne soit pour chauffer soit pour réfri-  to work either to heat or to cool

gérer l'air ambiant, et d'utiliser dans les deux cas pour l'échange thermique le déplacement de l'air externe du au mouvement. 2 U Avantageusement, il est prévu également un échangeur de chaleur qui est sous l'influence de l'air déchargé de  to manage the ambient air, and to use in both cases for the thermal exchange the displacement of the external air due to the movement. Advantageously, there is also provided a heat exchanger which is under the influence of the air discharged from

l'ambiance à climatiser, pour corriger de façon avantageu-  the atmosphere to be conditioned, to correct in an advantageous way

se par rapport aux conditions ambiantes l'écart saut  is relative to the ambient conditions the jump gap

tnermique qui est surmonté par la pompe à chaleur.  which is surmounted by the heat pump.

Une installation de climatisation à pompe à chaleur doit être associée dans certaines conditions au moins de son utilisation à des installations de chauffage et/ou de  An air conditioning system with a heat pump must be associated, under certain conditions, with at least its use with heating installations and / or

refroidissement traditionnelles.traditional cooling.

Pour la mise en oeuvre de l'invention, on peut adopter des pompes à chaleur du type cinématique à échangeurs à  For the implementation of the invention, it is possible to adopt heat pumps of the kinematic type with heat exchangers.

circulation forcée, ou du type à absorption.  forced circulation, or absorption type.

Entre autres, l'utilisation de la pompe à chaleur présente les avantages qui suivent:  Among other things, the use of the heat pump has the following advantages:

1) Elle résout le problème du chauffage et du refroi-  1) It solves the problem of heating and cooling

dissement au moyen d'une unique installation; 2) En phase de chauffage, elle peut économiser de l'énergie variant entre 50 et 7 U%, par comparaison avec un cnauffage par résistances électriques;  drainage by means of a single installation; 2) In the heating phase, it can save energy ranging between 50 and 7 U%, compared with a heating by electrical resistances;

3) Elle utilise l'énergie thermique, qui serait autre-  3) It uses thermal energy, which would otherwise be

ment dissipée, de l'air de renouvellement, qui est relati-  dissipated air, renewal air, which is relatively

venent important dans des voitures pour passagers ( 5000 M 3/h); 4) Elle permet de réduire la puissance du groupe de ventilateurs du condenseur, en utilisant le mouvement du véhicule; 5) Son poids et son encombrement sont inférieurs à ceux des installations classiques; 6) Elle permet de maintenir le système des chauffages individuels qui est de toute manière nécessaire pour la démarrage à froid en tant que système intégré dans le cas de températures externes inférieures à -15 OC; 7) Elle simplifie les problèmes d'accessibilité et de manutention, grâce à une unique installation très compacte sur la voiture; 8) Elle réduit les co ts d'installation de la fixation  come in important in passenger cars (5000 M 3 / h); 4) It reduces the power of the group of condenser fans, using the movement of the vehicle; 5) Its weight and bulk are inferior to those of conventional installations; 6) It allows the maintenance of the individual heating system which is in any case necessary for cold start as an integrated system in the case of external temperatures below -15 OC; 7) It simplifies accessibility and handling problems, thanks to a single, very compact installation on the car; 8) It reduces installation costs of fixing

sur la voiture.on the car.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la  The invention will be better understood on reading the

description des modes de réalisation pratiques et non  description of the practical and non-practical embodiments

limitatifs qui suivent, avec rêférence aux dessins ci-  following, with reference to the drawings below.

annexes sur lesquels:annexes on which:

les Fig 1 et 2 sont des schémas montrant le fonction-  Figs 1 and 2 are diagrams showing the function

nement d'une pompe à chaleur air/air fonctionnant respecti-  of an air / air heat pump operating respectively

vement en cycle de refroidissement et en cycle de chauf-  in the cooling cycle and in the heating cycle.

fage, la Fig 3 est un schéma fonctionnel o l'on utilise le flux de chaleur représenté par l'air de renouvellement, la Fig 4 est un schéma o l'on utilise également de l'énergie solaire, et la Fig 5 est un schéma par-blocs d'une pompe à chaleur  FIG. 3 is a block diagram in which the heat flux represented by the renewal air is used, FIG. 4 is a diagram where solar energy is also used, and FIG. block diagram of a heat pump

à absorption.absorption.

Très sommairement, les Fig 1 et 2 représentent un  Very briefly, Figs 1 and 2 represent a

circuit dans lequel la référence 1 désigne un-échangeur interne dans la voiture de chemin dé fer, la référence 3 l'échangeur externe, fonctionnant en vue de l'échange qui est également favorisé par le mouvement relatif par rapport à la source extérieure pendant le mouvement de la voiture de chemin de fer En 5 est indiqué un compresseur, en 7 le réservoir contenant le liquide du circuit, en 9 une vanne à quatre voies en vue de la commutation entre deux régimes de fonctionnement, et de façon générale en 10 et 12 deux  circuit in which the reference 1 designates an internal exchanger in the railway car, the reference 3 the external exchanger, operating for the exchange which is also favored by the relative movement with respect to the external source during the movement of the railway car In 5 is indicated a compressor, in 7 the tank containing the liquid of the circuit, in 9 a four-way valve for switching between two operating modes, and generally 10 and 12 two

régulateurs de pression montés sur le circuit.  pressure regulators mounted on the circuit.

Dans la position de fonctionnement en cycle de refroi-  In the operating position in cooling cycle

dissement (Fig 1), la vanne à quatre voies 9 est réglée de manière à établir la circulation dans le sens des flèches représentées sur la Fig 1, le compresseur recevant du  (Fig. 1), the four-way valve 9 is set to set the flow in the direction of the arrows shown in Fig. 1, the compressor receiving

fluide de l'échangeur interne 1 fonctionnant en tant qu'éva-  fluid of the internal heat exchanger 1 functioning as

porateur pour comprimer ce f 1 u i d e dans le réservoir 7; le fluide est refroidi dans l'échangeur 3 fonctionnant en tant que condenseur Il en résulte que des calories sont prélevées de l'intérieur et cédées à  porator for compressing this fluid into the reservoir 7; the fluid is cooled in the exchanger 3 operating as a condenser It follows that calories are taken from the inside and sold to

l'extérieur, comme indiqué par les flèches fl et f 3.  outside, as indicated by the arrows fl and f 3.

Dans la position de fonctionnement en cycle de chauf-  In the operating position in heating cycle

fage (Fig 2), l'échangeur 1 fonctionne en tant que conden-  (Fig 2), the exchanger 1 operates as a condenser

seur et l'échangeur 3 en tant qu'évaporateur, la cnaleur étant alors prélevée de l'extérieur selon la flèche f 3 et envoyée à l'intérieur selon la flèche f 4, la vanne 9 étant commutée de manière que le fluide de l'échangeur 3 atteigne  and the exchanger 3 as an evaporator, the cnaleur then being taken from the outside according to the arrow f 3 and sent inside according to the arrow f 4, the valve 9 being switched so that the fluid of the exchanger 3 reaches

le compresseur.the compressor.

Une telle machine en phase de chauffage offre des  Such a machine in the heating phase offers

avantages dans la mesure o l'on peut envisager une produc-  advantages to the extent that one can envisage a produc-

tion thermique de 21 500 Kcal/h, avec un compresseur absor-  21 500 Kcal / h, with a compressor that absorbs

bant 10 CV, correspondant à environ 6 325 Kcal/h, avec un rendement de trois à quatre fois celui qu'on obtient pour  bant 10 CV, corresponding to about 6 325 Kcal / h, with a yield of three to four times that obtained for

un chauffage par résistances.heating by resistors.

Si l'on rapproche les données d'une installation de cnauffage et de refroidissement traditionnelle de celles que l'on peut attendre d'une installation à pompe à chaleur, 4.  Comparing data from a conventional heating and cooling plant to those expected from a heat pump installation, 4.

on peut indiquer les données suivantes: dans une installa-  the following data can be indicated: in an installation

tion traditionnelle de chauffage, la puissance installée est d'environ 36 KW, alors que pour le refroidissement pour  heating capacity, the installed capacity is approximately 36 KW, whereas for cooling for

une puissance d'environ 30 000 Kcal/h, il faut un compres-  a power of about 30 000 Kcal / h, it takes a compres-

seur d'environ 28,5 KW et un compresseur d'environ 18,8 KW; dans une installation-du type proposé, et même en négligeant  about 28.5 KW and a compressor of about 18.8 KW; in an installation-of the proposed type, and even neglecting

le rendement plus élevé et l'économie que l'on peut obte-  the higher efficiency and economy that can be achieved

nir du fait du mouvement de la voiture de chemin de fer, on peut prévoir une puissance totale installée de 20 KW (contre les 66,3 KW de l'installation traditionnelle) et pour le chauffage de 15-18 KW (contre les 36 KW du système traditionnel) pour obtenir une puissance utile de 30 000 Kcal/h, lorsque les températures externes sont supérieures  Due to the movement of the railway car, a total installed power of 20 KW (compared to the 66.3 KW of the conventional installation) and for heating of 15-18 KW (against 36 KW of the traditional system) to obtain a useful power of 30 000 Kcal / h, when external temperatures are higher

à -150 C Il est possible d'envisager une absorption ulté-  at -150 C It is possible to envisage a subsequent absorption

rieure et limitée pour le dégivrage de l'échangeur externe,  higher and lower limit for defrosting the external exchanger,

avec une absorption prévisible-qui ne dépasse pas 1 KW.  with a predictable absorption-which does not exceed 1 KW.

L'installation peut comprendre avantageusement l'utili-  The installation can advantageously include the use of

sation de la masse d'air sortant de la voiture de chemin de fer sous forme d'air vicié, pour bénéficier des calories de l'air de renouvellement ou respectivement des frigories de l'air de renouvellement pour corriger la température de la source de chaleur externe; dans ce but, il convient de concentrer l'air extrait en correspondance de l'échangeur externe-de l'installation, tel que celui indiqué en 3 sur les Fig 1 et 2, ceci présentant un avantage par la suite  tion of the air mass exiting the railway car in the form of stale air, to benefit from the calories of the renewal air or fresh air frigories to correct the temperature of the source of external heat; for this purpose, it is necessary to concentrate the extracted air in correspondence with the external exchanger of the installation, such as that indicated in 3 in FIGS. 1 and 2, this having an advantage thereafter

pour le bilan énergétique et le rendement.  for energy balance and performance.

A la Fig 3 est représenté un schéma pouvant être envisagé pour l'installation dans une voiture de chemin de fer, les échangeurs externes et internes étant indiqués en 21 et 23, le compresseur en 25 et la bouche d'extraction d'air en 27, une canalisation de distribution en 29, alors  In FIG. 3 is shown a diagram that can be envisaged for installation in a railway car, the external and internal exchangers being indicated at 21 and 23, the compressor at 25 and the exhaust air outlet at 27. , a distribution pipe in 29, then

que l'extraction peut être réalisée au moyen d'une canali-  extraction can be achieved by means of a channel

sation analogue ou par l'intermédiaire des espaces existants  analogous situation or through existing spaces

tels que les corridors ou similaires.  such as corridors or the like.

Il est clair qu'une installation telle que celle qui  It is clear that an installation such as the one

est indiquée ci-dessus peut être utilisée en tant qu'ins-  is indicated above can be used as

tallation auxiliaire, du moins en ce qui concerne une installation traditionnelle de chauffage et éventuellement  auxiliary installation, at least as regards a traditional heating installation and possibly

aussi de refroidissement, toujours avec un bilan énergéti-  also cooling, always with an energy balance

que avantageux.that advantageous.

A la Fig 4 est représentée schématiquement la combinai-  In FIG. 4 is schematically represented the combination

son d'une pompe à chaleur et'd'un collecteur solaire, comme indiqué en 31, inséré d 7 ans un circuit comprenant une pompe 33 et un échangeur pour le transfert de la chaleur à un réservoir d'accumulation 35; on peut prévoir un autre circuit comprenant une pompe 37 et un échangeur 39 à la suite de l'accumulateur 35, en vue de céder la chaleur à un  the sound of a heat pump and a solar collector, as indicated at 31, inserted d 7 years a circuit comprising a pump 33 and an exchanger for the transfer of heat to a storage tank 35; it is possible to provide another circuit comprising a pump 37 and an exchanger 39 following the accumulator 35, in order to transfer the heat to a

courant forcé associé à l'échangeur externe 41 (corres-  forced current associated with the external exchanger 41 (corresponding to

pondant à l'échangeur 3 des schémas des Fig 1 et 2) asso-  laying down in the exchanger 3 diagrams of Figs 1 and 2)

cié à la pompe à chaleur Dans ce cas, on arrive à une  in this case, we come to a

intégration entre le système à pompe à chaleur et le systè-  integration between the heat pump system and the system

me à collecteur solaire fonctionnant en parallèle à titre de simple auxiliaire Un schéma de ce type peut pendant la période hivernale corriger les températures du flux  solar collector operating in parallel as a simple auxiliary A diagram of this type can during the winter period correct the flow temperatures

d'air venant de l'évaporateur, qui provient soit de l'ex-  of air coming from the evaporator, which comes either from the

térieur soit de la sortie d'air d'extraction (d'o l'on récupère la chaleur); l'échangeur qui est sous l'influence de l'installation solaire, peut céder de la chaleur au flux  the interior of the exhaust air outlet (from which the heat is recovered); the exchanger which is under the influence of the solar installation, can give heat to the flow

d'air externe dont la température est plus basse.  external air temperature is lower.

L'installation des panneaux solaires peut être mise en place sur le toit, c'est-à-dire sur l'impériale ae la voiture pour passagers, sur une surface de captage de  The installation of the solar panels can be installed on the roof, that is to say on the imperial of the passenger car, on a surface of capture of

l'ordre de 15 m 2.the order of 15 m 2.

Une installation du genre de celle i>uiuf U, ci-dessus peut être avantageusement simplifiée du point de vue des problèmes de manutention utilisant des pompes à chaleur à absorption du type eau-ammoniac, ou autres Dans ce cas, on élimine le compresseur de la pompe à-chaleur traditionnelle, que l'on remplace par une simple pompe de circulation du liquide de la solution provenant i ci lampe à absorption, en obtenant une réduction très importante de la puissance installée par rapport à celle du compresseur Pour assurer le fonctionnement du système de façon étanche, on doit prévoir l'utilisation d'une petite pompe automatique apte à établir le rétablissement du degré de vide nécessaire, avec des interventions éventuelles au bout de longs intervalles de temps Une pompe à absorption peut être installée de façon analogue à la pompe à chaleur à compresseur, et le schéma est alors celui qui est représenté à la Fig 5, sur  An installation of the kind described above can advantageously be simplified from the point of view of handling problems using water-ammonia type absorption heat pumps, or the like. In this case, the compressor of this type is eliminated. the traditional heat pump, which is replaced by a simple liquid circulation pump of the solution coming from the absorption lamp, obtaining a very considerable reduction of the installed power compared to that of the compressor To ensure the functioning of the system in a sealed manner, the use of a small automatic pump capable of establishing the restoration of the degree of vacuum necessary, with possible interventions after long periods of time. An absorption pump can be installed in a similar manner. to the compressor heat pump, and the diagram is then that shown in FIG.

lequel, dans la zone basse pression, on prévoit l'évapo-  which, in the low pressure zone, the evapo-

rateur 51 et l'absorbeur 55, qui est associé à une pompe à liquide 57 apte à établir la circulation dans un échangeur de chaleur 59 et dans un générateur de vapeur 61 dans lequel arrive la solution diluée refoulée par la pompe 57 dans laquelle la température est aux environs de 400 C,  51 and the absorber 55, which is associated with a liquid pump 57 able to establish the circulation in a heat exchanger 59 and in a steam generator 61 in which the diluted solution discharged by the pump 57 in which the temperature arrives is around 400 C,

alors que dans le retour vers l'échangeur, on a une solu-  while in the return to the exchanger, we have a solution

tion concentrée à environ 900 C En 63 est représenté le condenseur dans lequel arrive la vapeur et duquel le liquide parvient dans l'évaporateur 51 Les ensembles 63 et cèdent de la chaleur et les ensembles 51 et 61 absorbent  Concentration at about 900 ° C. In 63 is shown the condenser in which the steam arrives and from which the liquid arrives in the evaporator 51 The assemblies 63 and yield heat and the assemblies 51 and 61 absorb

de la chaleur.heat.

Le dessin ne représente qu'un exemple de réalisation de l'invention, auquel on peut apporter des modifications de  The drawing represents only one embodiment of the invention, to which modifications of

forme et de disposition.form and disposition.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1 Installation de climatisation pour voitures pour passagers de chemins de fer, véhicules électromoteurs et autres, caractérisée par l'utilisation d'une pompe à chaleur, apte à fonctionner soit pour chauffer soit pour refroidir l'ambiance, en utilisant dans les deux cas pour l'échange thermique le déplacement de l'air externe dû au  1 Air-conditioning system for railway passenger cars, electric-powered vehicles and the like, characterized by the use of a heat pump, capable of operating either for heating or for cooling the atmosphere, in both cases using heat exchange the displacement of the external air due to the mouvement de la voiture ou véhicule.  movement of the car or vehicle. 2 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend également un échangeur de chaleur, qui est sous l'influence de l'air déchargé de l'ambiance à climatiser, pour corriger favorablement par rapport aux conditions de l'ambiance l'écart de température qui doit  2 Installation according to claim 1, characterized in that it also comprises a heat exchanger, which is under the influence of the air discharged from the environment to be air conditioned, to correct favorably with respect to the conditions of the environment l temperature difference which must être surmonté par la pompe à chaleur.  to be overcome by the heat pump. 3 Installation selon l'une quelconque des revendica-  3 Installation according to any one of the claims tions précédentes, caractérisée en ce qu'elle est associée -  tions, characterized in that it is associated - dans certaines conditions au moins de son fonctionnement -  under certain conditions at least of its operation - à des installations de chauffage et/ou de refroidissement  to heating and / or cooling installations traditionnelles.traditional. 4 Installation selon l'une quelconque des revendica-  4 Installation according to any one of the claims tions précédentes, caractérisée en ce que la pompe à  previous arrangements, characterized in that the chaleur est du type à absorption.heat is of the absorption type. Installation selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une  Installation according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a vanne à quatre voies pour établir le régime pour la réfri-  four-way valve to establish the cooling regime gération et le régime pour le chauffage, en commutant le fonctionnement des deux échangeurs de chaleur externe et interne pour les faire passer de la fonction d'évaporateur  management and the heating regime, by switching the operation of the two external and internal heat exchangers to switch them from the evaporator function à celle de condenseur, et vice versa.  condenser, and vice versa.