WO2012062992A1 - Chaudière à coefficient de performance élevé - Google Patents

Chaudière à coefficient de performance élevé Download PDF

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WO2012062992A1
WO2012062992A1 PCT/FR2011/052600 FR2011052600W WO2012062992A1 WO 2012062992 A1 WO2012062992 A1 WO 2012062992A1 FR 2011052600 W FR2011052600 W FR 2011052600W WO 2012062992 A1 WO2012062992 A1 WO 2012062992A1
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branch
evaporator
heat
condenser
boiler
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PCT/FR2011/052600
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Alain Moure
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Alain Moure
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1051—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water
    • F24D19/1054—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water the system uses a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps

Definitions

  • the present invention relates to a boiler with a high coefficient of performance.
  • a boiler can be used for any type of application, for example for heating a room, a swimming pool or any type of liquid, for example domestic water.
  • a boiler of the type comprising a first main heat-transfer liquid tank and a main circulation circuit of the main heat-transfer liquid, passing through heat exchange means.
  • the invention particularly aims to improve such a boiler, in particular to optimize its coefficient of performance, that is to say the ratio between the amount of heat produced by the boiler and the electrical energy consumed.
  • the subject of the invention is in particular a boiler, of the type comprising a main circuit for circulating a main heat transfer fluid, passing through heat exchange means, characterized in that the heat exchange means comprise at least one at least one first heat pump, comprising a first evaporator and a first condenser, and a second heat pump, comprising a second evaporator and a second condenser, such as:
  • the main circulation circuit comprises a first input branch in the first evaporator, and a first output branch of the first evaporator,
  • the intermediate circuit comprises a first input branch in the first condenser, and a first output branch of the first condenser,
  • the intermediate circuit comprises a second input branch in the second evaporator, and a second output branch of the second evaporator, and
  • the main circuit comprises a second input branch in the second condenser, and a second output branch of the second condenser.
  • a boiler according to the invention may further comprise one or more of the following characteristics, taken alone or in any technically possible combination:
  • the main circulation circuit comprises a junction formed downstream of the output branch of the first evaporator, from which extends a return branch connected to the input branch in this first evaporator,
  • the intermediate circuit comprises a junction formed downstream of the output branch of the second evaporator, from which extends a return branch connected to the input branch in this second evaporator,
  • the main circuit comprises a first branch, formed downstream of the first outlet branch of the first evaporator, upstream of the second branch; entering the second condenser, and upstream of a first return branch, extending from the first branch to the first inlet branch of the first evaporator,
  • the first branch is formed by a storage container, comprising an input connected to the first output branch of the first evaporator, a first output connected to the second input branch of the second condenser, and a second output connected to the first branch.
  • the intermediate circuit comprises a second branch, formed downstream of the second outlet branch of the second evaporator, and upstream of a second return branch, extending from the second branch to the second branch of the second branch; second evaporator,
  • the intermediate circuit comprises:
  • a first circulation loop of a first intermediate heat transfer liquid comprising the first inlet branch in the first condenser, the first outlet branch of the first condenser, and a second heat exchanger
  • a second circulation loop for a second intermediate heat transfer liquid comprising the second inlet branch in the second evaporator, the second outlet branch of the second evaporator, and a second intermediate second heat transfer fluid tank, in which the second second heat exchanger,
  • the second tank comprises a second tank outlet, connected to the second inlet branch of the second evaporator, and a second tank inlet, connected to the second branch,
  • the intermediate circuit comprises a three-way valve, comprising:
  • a second channel connected to the second input branch of the second evaporator, and
  • the intermediate circuit comprising a temperature sensor, arranged to measure the temperature of the second intermediate heat liquid in the second input branch of the second evaporator, and valve control means as a function of the measured temperature,
  • the boiler comprising a first main heat-transfer liquid tank, comprising a first tank outlet, connected to the first inlet branch of the first evaporator, and a first tank inlet, connected to the second outlet branch of the second condenser,
  • the boiler comprising devices for circulating heat transfer liquids in the main and intermediate circuits, and a temperature sensor, arranged at the first tank outlet, connected to control means of the circulating devices and pumps to heat, suitable for activating circulation devices and heat pumps when the temperature measured by the sensor is below a first predetermined threshold, and suitable for deactivating circulation devices and heat pumps when the measured temperature by the sensor is greater than a second predetermined threshold, and
  • the boiler comprising an external circuit for circulating an external heat-transfer liquid, comprising a first heat exchanger housed in the first tank, so as to exchange heat between the main heat-transfer liquid contained in the first tank and the external heat-transfer liquid .
  • a boiler 10 for cooperating with an external circuit 12 for circulating an external heat transfer liquid.
  • Such an external circuit 12 is able to convey heat from the boiler 10 to a device for using this heat, comprising for example at least one radiator 14.
  • the external circuit 12 comprises a device 16 of put into circulation, for example a circulation pump.
  • the external circuit 12 comprises a first heat exchanger 18, housed in a first tank 20 of the boiler 10.
  • This first heat exchanger 18 may be of the serpentine, tubular, plate type, or can be any type of possible heat exchanger.
  • the first vessel 20 comprises a main heat-transfer liquid, for example water, the heat of which is transferred to the external heat-transfer liquid via the first heat exchanger 18.
  • a main heat-transfer liquid for example water
  • the boiler 10 comprises a main circuit 22 for circulating the main heat transfer liquid, passing through means 24 of heat exchange, and an intermediate circuit 26 which will be described later.
  • the heat exchange means 24 comprise a first heat pump
  • the first heat pump 28 comprising a first evaporator 30 and a first condenser 32, connected by a heat pump circuit 34, typically comprising a compressor and a pressure reducer.
  • the first heat pump 28 has a power of 24 kW.
  • the heat exchange means 24 also comprise a second heat pump 36, comprising a second evaporator 38 and a second condenser 40, interconnected by a second heat pump circuit 42, also comprising, in a conventional manner, a compressor and an expander .
  • the second heat pump 36 has a power of 12 kW.
  • the main circuit 22 comprises a first branch 44 input into the first evaporator 30, and a first branch 46 output of the first evaporator 30.
  • This main circuit 22 also comprises a second branch 48 input into the second condenser 40, and a second output branch 50 of the second condenser 40.
  • a device 51 for circulating the main heat-transfer liquid in the main circuit 22, for example a circulation pump, is arranged on the second outlet branch 50 of the second condenser 40.
  • the circulation device 51 allows a circulation of the main coolant at a rate of
  • first tank 20 has a first tank outlet 52, connected to the first inlet branch 44 of the first evaporator 30, and a first tank inlet 54, connected to the second outlet branch 50 of the second condenser 40.
  • the main circuit 22 comprises a first branch 56, formed downstream of the first output branch 46 of the first evaporator 30, upstream of the second input branch 48 in the second condenser 40, and upstream of a first return branch 58, extending from the first branch 56 to the first branch 44 of the first evaporator 30.
  • the first branch 56 is for example formed by a storage container 64, comprising an inlet 66 connected to the first outlet branch 46 of the first evaporator 30, a first outlet 68 connected to the second inlet branch 48 of the second condenser 40 and a second output 70 connected to the first return branch 58.
  • the main heat transfer fluid flowing in the first branch 46 of the first evaporator 30 splits, at the first branch 56, so as to flow to the second inlet branch 48 in the second condenser 40 and in the first branch return 58 to the first inlet branch 44 in the first evaporator 30.
  • This first return branch 58 makes it possible to cool the main heat-transfer liquid in the first inlet branch 44 in the first evaporator 30, by mixing with the main heat-transfer liquid circulating in this first return branch 58.
  • this main heat transfer liquid flowing in this first return branch 58, from the first output branch 46 of the first evaporator 30, has been cooled in this first evaporator 30, and therefore has a relatively low temperature.
  • the first return branch 58 makes it possible to lower the temperature of this cold source (formed by the first circuit, which exchanges heat with the evaporator), by re-injecting, at least in part, the coolant leaving the evaporator in the inlet branch in the evaporator. Indeed, because the heat transfer liquid gives heat to the evaporator, its temperature at the outlet of this evaporator is particularly low, so that this liquid can be used to cool that arriving at the inlet of the evaporator.
  • the return branch 58 thus makes it possible to obtain a cold source whose temperature is particularly low, which makes it possible to improve its coefficient of performance, and thus to improve the coefficient of performance of the boiler.
  • the second inlet branch 48 in the second condenser 40 comprises a valve 60
  • the return branch 58 comprises a device 61 for circulating the main coolant liquid, preferably a circulation pump 61 at a high flow rate.
  • the circulation device 61 allows circulation of the main coolant at a rate of 10 m 3 // i.
  • the valve 60 is set for a flow rate of 2m 3 / h, so that about 10% of the main heat transfer fluid flowing in the first output branch 46 of the first evaporator 30 is routed to the second input branch 48 of the second condenser 40.
  • a non-return valve 62 preventing the main heat-transfer liquid coming from the return branch 58 from flowing back towards the first tank 20.
  • the intermediate circuit 26 includes a first loop 72 for circulating a first intermediate heat transfer fluid, for example water, comprising a first input branch 74 in the first condenser 32, a first output branch 76 of the first condenser 32 and a second heat exchanger 78.
  • a device 79 for circulating the heat transfer liquid in the first loop 72 for example a circulation pump, is arranged on the first branch of input 74 in the first condenser 32.
  • the circulation device 79 allows a circulation of the first intermediate heat transfer liquid at a flow rate of 6m 3 / h.
  • the intermediate circuit 26 also comprises a second circulation loop 80 of a second intermediate heat transfer liquid, for example water, comprising a second inlet branch 82 in the second evaporator 38, a second outlet branch 84 of the second evaporator 38 and a second tank 86 of second intermediate heat transfer fluid, in which is housed the second heat exchanger 78, so that the first intermediate heat transfer fluid gives heat to the second intermediate heat transfer liquid contained in the second tank 86.
  • a second circulation loop 80 of a second intermediate heat transfer liquid for example water
  • a device 87 for circulating the coolant in the second loop 80 is arranged on the second inlet branch 82 in the second evaporator 38.
  • the second loop 80 comprises a second branch 88, formed downstream of the second outlet branch 84 of the second evaporator 38, and upstream of a second return branch 90, extending from this second branch 88 to the second input branch 82 of the second evaporator 38.
  • the second low-temperature intermediate heat transfer liquid flowing in the second outlet branch 84 of the second evaporator 38 is capable of being reinjected into the second inlet branch 82 in the second evaporator 38, in order to reduce the temperature of the second intermediate heat transfer fluid circulating therein.
  • the second loop 80 comprises a three-way valve 92 comprising a first channel 92A connected to a second tank outlet 94 of the second tank 86, a second channel 92B connected to the second inlet branch 82 of the second evaporator 38, and a third path 92C connected to the second return branch 90.
  • a temperature sensor 96 is arranged in the second input branch 82 of the second evaporator 38 to measure the temperature of the second intermediate heat liquid. This temperature sensor 96 is connected to means 98 for controlling the valve 92 as a function of the measured temperature, making it possible to modulate the temperature in the second input branch 82 of the second evaporator 38 by regulating the flow rates of the first 92A and second 92B channels of the valve 92.
  • the second tank 86 also comprises a second tank inlet 100, connected to the second branch 88, so that the second liquid intermediate coolant from the second branch 84 output of the second evaporator 38 which is not reinjected into the second input branch 82 of the second evaporator 38, supplies the second tank 86.
  • the main circuit 22 and the intermediate circuit 26 of circulation comprise expansion vessels of conventional type, to compensate for the expansion of heat transfer liquids as a function of their temperature.
  • an expansion vessel 102 is arranged on the second inlet branch 48 of the second condenser 40, an expansion vessel 104 is arranged on the first outlet branch 72 of the first condenser 32, and an expansion vessel 106 is arranged on the second loop 80, between the second branch 88 and the second tank inlet 100.
  • the boiler 10 comprises a temperature sensor 108 connected to means 10 for controlling the circulation devices 51, 61, 79, 87 and heat pumps 28, 36, adapted to activate these devices circulating 51, 61, 79, 87 and these heat pumps 28, 36 when the temperature measured by the sensor 108 is less than a first predetermined threshold, and suitable for deactivating the circulation devices 51, 61, 79, 87 and the heat pumps 28, 36 when the temperature measured by the sensor 108 is greater than a second predetermined threshold.
  • the first predetermined temperature threshold at the sensor 108 is
  • the second predetermined temperature threshold at this sensor 108 is 60 ' ⁇ .
  • the boiler 10 When the temperature at the sensor 108 is less than ⁇ ' ⁇ , for example equal to 55 ° C, the boiler 10 is turned on.
  • the first intermediate heat transfer fluid flowing in the first outlet branch 76 of the first condenser 32 has a temperature of 40 ° before supplying heat to the second intermediate heat transfer fluid contained in the second tank 86.
  • the valve 92 is controlled by the control means 98 so as to provide a temperature of about 9 ⁇ C in the second inlet leg 82 of the second evaporator 38.
  • the second intermediate heat transfer liquid circulating in the second output branch 84 of the second evaporator 38 cools to a temperature of ⁇ 'C, and is re-injected to the valve 92 so as to be mixed with the second intermediate heat transfer fluid from the second tank 86.
  • a boiler with no return branch comprising a main circuit passing in series by the evaporator of a first heat pump and the condenser of a second heat pump.
  • such a boiler could comprise an intermediate circuit passing in series through the condenser of the first heat pump, and by the evaporator of the second heat pump.

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Abstract

La chaudière (10) comporte un circuit principal (22) de circulation d'un liquide caloporteur principal, passant par des moyens d'échange thermique (24) comportant au moins une première pompe à chaleur (28), comprenant un premier évaporateur (30) et un premier condenseur (32), et une seconde pompe à chaleur (36), comprenant un second évaporateur (38) et un second condenseur (40). Le circuit principal (22) comporte une première branche d'entrée (44) dans le premier évaporateur (30), et une première branche de sortie (46) du premier évaporateur (30). Le circuit intermédiaire (26) comporte une première branche d'entrée (74) dans le premier condenseur (32), et une première branche de sortie (76) du premier condenseur (32). Le circuit intermédiaire (26) comporte une seconde branche d'entrée (82) dans le second évaporateur (38), et une seconde branche de sortie (84) du second évaporateur (38). Le circuit principal (22) comporte une seconde branche d'entrée (48) dans le second condenseur (40), et une seconde branche de sortie (50) du second condenseur (40).

Description

Chaudière à coefficient de performance élevé
La présente invention concerne une chaudière à coefficient de performance élevé. Une telle chaudière peut être utilisée pour tout type d'application, par exemple pour le chauffage d'un local, d'une piscine ou de tout type de liquide, par exemple d'eau domestique.
Il est possible de prévoir une chaudière, du type comportant une première cuve de liquide caloporteur principal et un circuit principal de circulation du liquide caloporteur principal, passant par des moyens d'échange thermiques.
L'invention a notamment pour but d'améliorer une telle chaudière, notamment afin d'optimiser son coefficient de performance, c'est-à-dire le rapport entre la quantité de chaleur produite par la chaudière et l'énergie électrique consommée.
A cet effet, l'invention a notamment pour objet une chaudière, du type comportant un circuit principal de circulation d'un liquide caloporteur principal, passant par des moyens d'échange thermique, caractérisé en ce que les moyens d'échange thermique comportent au moins une première pompe à chaleur, comprenant un premier évaporateur et un premier condenseur, et une seconde pompe à chaleur, comprenant un second évaporateur et un second condenseur, telles que :
- le circuit principal de circulation comporte une première branche d'entrée dans le premier évaporateur, et une première branche de sortie du premier évaporateur,
- le circuit intermédiaire comporte une première branche d'entrée dans le premier condenseur, et une première branche de sortie du premier condenseur,
- le circuit intermédiaire comporte une seconde branche d'entrée dans le second évaporateur, et une seconde branche de sortie du second évaporateur, et
- le circuit principal comporte une seconde branche d'entrée dans le second condenseur, et une seconde branche de sortie du second condenseur.
Une chaudière selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le circuit principal de circulation comporte un embranchement ménagé en aval de la branche de sortie du premier évaporateur, depuis lequel s'étend une branche de retour connectée à la branche d'entrée dans ce premier évaporateur,
- le circuit intermédiaire comporte un embranchement ménagé en aval de la branche de sortie du second évaporateur, depuis lequel s'étend une branche de retour connectée à la branche d'entrée dans ce second évaporateur,
- le circuit principal comporte un premier embranchement, ménagé en aval de la première branche de sortie du premier évaporateur, en amont de la seconde branche d'entrée dans le second condenseur, et en amont d'une première branche de retour, s'étendant depuis le premier embranchement jusqu'à la première branche d'entrée du premier évaporateur,
- le premier embranchement est formé par un contenant de stockage, comprenant une entrée reliée à la première branche de sortie du premier évaporateur, une première sortie reliée à la seconde branche d'entrée du second condenseur, et une seconde sortie reliée à la première branche de retour,
- le circuit intermédiaire comporte un second embranchement, ménagé en aval de la seconde branche de sortie du second évaporateur, et en amont d'une seconde branche de retour, s'étendant depuis le second embranchement jusqu'à la seconde branche d'entrée du second évaporateur,
- le circuit intermédiaire comporte :
- une première boucle de circulation d'un premier liquide caloporteur intermédiaire, comportant la première branche d'entrée dans le premier condenseur, la première branche de sortie du premier condenseur, et un second échangeur de chaleur,
- une seconde boucle de circulation d'un second liquide caloporteur intermédiaire, comportant la seconde branche d'entrée dans le second évaporateur, la seconde branche de sortie du second évaporateur, et une seconde cuve de second liquide caloporteur intermédiaire, dans laquelle est logée le second échangeur de chaleur,
- la seconde cuve comporte une seconde sortie de cuve, reliée à la seconde branche d'entrée du second évaporateur, et une seconde entrée de cuve, reliée au second embranchement,
- le circuit intermédiaire comporte une vanne à trois voies, comprenant :
- une première voie, reliée à la seconde sortie de cuve,
- une deuxième voie, reliée à la seconde branche d'entrée du second évaporateur, et
- une troisième voie, reliée à la seconde branche de retour,
le circuit intermédiaire comportant une sonde de température, agencée pour mesurer la température du second liquide calorifique intermédiaire dans la seconde branche d'entrée du second évaporateur, et des moyens de commande de la vanne en fonction de la température mesurée,
- la chaudière comportant une première cuve de liquide caloporteur principal, comprenant une première sortie de cuve, reliée à la première branche d'entrée du premier évaporateur, et une première entrée de cuve, reliée à la seconde branche de sortie du second condenseur,
- la chaudière comportant des dispositifs de mise en circulation de liquides caloporteurs dans les circuits principal et intermédiaire, et un capteur de température, agencé à la première sortie de cuve, relié à des moyens de commande des dispositifs de mise en circulation et des pompes à chaleur, propres à activer les dispositifs de mise en circulation et les pompes à chaleur lorsque la température mesurée par le capteur est inférieure à un premier seuil prédéterminé, et propres à désactiver les dispositifs de mise en circulation et les pompes à chaleur lorsque la température mesurée par le capteur est supérieure à un second seuil prédéterminé, et
- la chaudière comportant un circuit extérieur de circulation d'un liquide caloporteur extérieur, comportant un premier échangeur de chaleur logé dans la première cuve, de façon à échanger de la chaleur entre le liquide caloporteur principal contenu dans la première cuve et le liquide caloporteur extérieur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant à la figure unique annexée, représentant schématiquement une chaudière selon un exemple de mode de réalisation de l'invention.
On a représenté, sur la figure unique, une chaudière 10 destinée à coopérer avec un circuit extérieur 12 de circulation d'un liquide caloporteur extérieur.
Un tel circuit extérieur 12 est propre à convoyer de la chaleur depuis la chaudière 10 jusqu'à un dispositif d'utilisation de cette chaleur, comportant par exemple au moins un radiateur 14. A cet effet, le circuit extérieur 12 comporte un dispositif 16 de mise en circulation, par exemple une pompe de circulation.
Afin de récupérer de la chaleur depuis la chaudière, le circuit extérieur 12 comporte un premier échangeur de chaleur 18, logé dans une première cuve 20 de la chaudière 10. Ce premier échangeur de chaleur 18 peut être du type serpentin, tubulaire, à plaques, ou peut être tout type d'échangeur de chaleur envisageable.
La première cuve 20 comporte un liquide caloporteur principal, par exemple de l'eau, dont la chaleur est transférée au liquide caloporteur extérieur par l'intermédiaire du premier échangeur de chaleur 18.
La chaudière 10 comporte un circuit principal 22 de circulation du liquide caloporteur principal, passant par des moyens 24 d'échange thermique, ainsi qu'un circuit intermédiaire 26 qui sera décrit ultérieurement.
Les moyens d'échange thermique 24 comportent une première pompe à chaleur
28 comprenant un premier évaporateur 30 et un premier condenseur 32, reliés par un circuit 34 de pompe à chaleur, comprenant de manière classique un compresseur et un détendeur. De préférence, la première pompe à chaleur 28 présente une puissance de 24 kW.
Les moyens d'échange thermiques 24 comportent également une seconde pompe à chaleur 36, comportant un second évaporateur 38 et un second condenseur 40, reliés entre eux par un second circuit de pompe à chaleur 42, comprenant également de manière classique un compresseur et un détendeur. De préférence, la seconde pompe à chaleur 36 présente une puissance de 12 kW.
Le circuit principal 22 comporte une première branche 44 d'entrée dans le premier évaporateur 30, et une première branche 46 de sortie de ce premier évaporateur 30. Ce circuit principal 22 comporte également une seconde branche 48 d'entrée dans le second condenseur 40, et une seconde branche 50 de sortie du second condenseur 40.
Avantageusement, un dispositif 51 de mise en circulation du liquide caloporteur principal dans le circuit principal 22, par exemple une pompe de circulation, est agencé sur la seconde branche 50 de sortie du second condenseur 40. Par exemple, le dispositif de circulation 51 permet une circulation du liquide caloporteur principal à un débit de
2m3 /h .
Par ailleurs, la première cuve 20 comporte une première sortie de cuve 52, reliée à la première branche d'entrée 44 du premier évaporateur 30, et une première entrée de cuve 54, reliée à la seconde branche de sortie 50 du second condenseur 40.
En outre, le circuit principal 22 comporte un premier embranchement 56, ménagé en aval de la première branche de sortie 46 du premier évaporateur 30, en amont de la seconde branche d'entrée 48 dans le second condenseur 40, et en amont d'une première branche de retour 58, s'étendant depuis le premier embranchement 56 jusqu'à la première branche d'entrée 44 du premier évaporateur 30.
Le premier embranchement 56 est par exemple formé par un contenant de stockage 64, comprenant une entrée 66 reliée à la première branche de sortie 46 du premier évaporateur 30, une première sortie 68 reliée à la seconde branche d'entrée 48 du second condenseur 40 et une seconde sortie 70 reliée à la première branche de retour 58.
Ainsi, le liquide caloporteur principal s'écoulant dans la première branche 46 de sortie du premier évaporateur 30 se divise, au premier embranchement 56, de façon à circuler vers la seconde branche d'entrée 48 dans le second condenseur 40 et dans la première branche de retour 58 vers la première branche d'entrée 44 dans le premier évaporateur 30. Cette première branche de retour 58 permet de refroidir le liquide caloporteur principal dans la première branche d'entrée 44 dans le premier évaporateur 30, par mitigeage avec le liquide caloporteur principal circulant dans cette première branche de retour 58. En effet, ce liquide caloporteur principal circulant dans cette première branche de retour 58, provenant de la première branche de sortie 46 du premier évaporateur 30, a été refroidi dans ce premier évaporateur 30, et présente donc une température relativement basse.
Or, une pompe à chaleur est d'autant plus efficace que sa source froide présente une température basse. La première branche de retour 58 permet de baisser la température de cette source froide (formée par le premier circuit, qui échange de la chaleur avec l'évaporateur), en réinjectant, au moins en partie, le liquide caloporteur sortant de l'évaporateur dans la branche d'entrée dans l'évaporateur. En effet, du fait que le liquide caloporteur cède de la chaleur à l'évaporateur, sa température en sortie de cet évaporateur est particulièrement basse, si bien que ce liquide peut être utilisé pour refroidir celui arrivant en entrée de l'évaporateur.
La branche de retour 58 permet donc d'obtenir une source froide dont la température est particulièrement basse, ce qui permet d'améliorer son coefficient de performance, et d'améliorer ainsi le coefficient de performance de la chaudière.
Afin de répartir de manière désirée le liquide caloporteur principal vers la seconde branche d'entrée 48 dans le second condenseur 40 et vers la branche de retour 58, la seconde branche d'entrée 48 dans le second condenseur 40 comporte une vanne 60, et la branche de retour 58 comporte un dispositif 61 de circulation du liquide caloporteur principal, de préférence une pompe de circulation 61 à grand débit. Par exemple, le dispositif de circulation 61 permet une circulation du liquide caloporteur principal à un débit de 10m3 //i .
La vanne 60 est réglée pour un débit de 2m3 /h , de sorte qu'environ 10% du liquide caloporteur principal circulant dans la première branche de sortie 46 du premier évaporateur 30 soit acheminé vers la seconde branche d'entrée 48 du seconde condenseur 40.
Avantageusement, la première branche d'entrée 44 dans le premier évaporateur
30 comporte, entre la branche de retour 58 et la première sortie de cuve 52, un clapet anti-retour 62, empêchant le liquide caloporteur principal provenant de la branche de retour 58 de refluer vers la première cuve 20.
Par ailleurs, le circuit intermédiaire 26 comporte une première boucle 72 de circulation d'un premier liquide caloporteur intermédiaire, par exemple de l'eau, comportant une première branche d'entrée 74 dans le premier condenseur 32, une première branche de sortie 76 du premier condenseur 32 et un second échangeur de chaleur 78. Avantageusement, un dispositif 79 de mise en circulation du liquide caloporteur dans la première boucle 72, par exemple une pompe de circulation, est agencé sur la première branche d'entrée 74 dans le premier condenseur 32. Par exemple, le dispositif de circulation 79 permet une circulation du premier liquide caloporteur intermédiaire à un débit de 6m3 /h .
Le circuit intermédiaire 26 comporte également une seconde boucle de circulation 80 d'un second liquide caloporteur intermédiaire, par exemple de l'eau, comportant une seconde branche d'entrée 82 dans le second évaporateur 38, une seconde branche de sortie 84 du second évaporateur 38 et une seconde cuve 86 de second liquide caloporteur intermédiaire, dans laquelle est logé le second échangeur de chaleur 78, de sorte que le premier liquide caloporteur intermédiaire cède de la chaleur au second liquide caloporteur intermédiaire contenu dans la seconde cuve 86.
Avantageusement, un dispositif 87 de mise en circulation du liquide caloporteur dans la seconde boucle 80, par exemple une pompe de circulation, est agencé sur la seconde branche d'entrée 82 dans le second évaporateur 38.
La seconde boucle 80 comporte un second embranchement 88, ménagé en aval de la seconde branche de sortie 84 du second évaporateur 38, et en amont d'une seconde branche de retour 90, s'étendant depuis ce second embranchement 88 jusqu'à la seconde branche d'entrée 82 du second évaporateur 38. Ainsi, le second liquide caloporteur intermédiaire à basse température circulant dans la seconde branche 84 de sortie du second évaporateur 38 est susceptible d'être réinjecté dans la seconde branche d'entrée 82 dans le second évaporateur 38, afin de diminuer la température du second liquide caloporteur intermédiaire y circulant.
A cet effet, la seconde boucle 80 comporte une vanne 92 à trois voies comprenant une première voie 92A reliée à une seconde sortie de cuve 94 de la seconde cuve 86, une deuxième voie 92B reliée à la seconde branche d'entrée 82 du second évaporateur 38, et une troisième voie 92C reliée à la seconde branche de retour 90.
Une sonde de température 96 est agencée dans la seconde branche d'entrée 82 du second évaporateur 38 pour y mesurer la température du second liquide calorifique intermédiaire. Cette sonde de température 96 est reliée à des moyens 98 de commande de la vanne 92 en fonction de la température mesurée, permettant de moduler la température dans la seconde branche d'entrée 82 du second évaporateur 38 en réglant les débits des première 92A et deuxième 92B voies de la vanne 92.
On notera que la seconde cuve 86 comporte également une seconde entrée de cuve 100, reliée au second embranchement 88, de sorte que le second liquide caloporteur intermédiaire issu de la seconde branche 84 de sortie du second évaporateur 38 qui n'est pas réinjecté dans la seconde branche d'entrée 82 du second évaporateur 38, rapprovisionne la seconde cuve 86.
Avantageusement, le circuit principal 22 et le circuit intermédiaire 26 de circulation comportent des vases d'expansion de type classique, permettant de compenser la dilation des liquides caloporteurs en fonction de leur température.
Par exemple, un vase d'expansion 102 est agencé sur la seconde branche d'entrée 48 du second condenseur 40, un vase d'expansion 104 est agencé sur la première branche de sortie 72 du premier condenseur 32, et un vase d'expansion 106 est agencé sur la seconde boucle 80, entre le second embranchement 88 et la seconde entrée de cuve 100.
Afin de maintenir le liquide caloporteur principal dans la première cuve 20 à une température sensiblement constante, la chaudière 10 comporte un capteur de température 108 relié à des moyens 1 10 de commande des dispositifs de mise en circulation 51 , 61 , 79, 87 et des pompes à chaleur 28, 36, propres à activer ces dispositifs de mise en circulation 51 , 61 , 79, 87 et ces pompes à chaleur 28, 36 lorsque la température mesurée par le capteur 108 est inférieure à un premier seuil prédéterminé, et propre à désactiver les dispositifs de mise en circulation 51 , 61 , 79, 87 et les pompes à chaleur 28, 36 lorsque la température mesure par le capteur 108 est supérieure à un second seuil prédéterminé.
Dans ce qui suit, on décrira un exemple de fonctionnement de la chaudière 10. Afin d'obtenir une température d'environ 55 °C dans le liquide caloporteur extérieur, on prévoit de mettre en œuvre la chaudière 10 pour obtenir une température d'environ 60 °C du liquide caloporteur principal dans la première cuve 20.
A cet effet, le premier seuil prédéterminé de température au capteur 108 est de
58 °C et le second seuil prédéterminé de température à ce capteur 108 est de 60 'Ό.
Lorsque la température au capteur 108 est inférieure à δδ'Ό, par exemple égale à 55 °C, la chaudière 10 est mise en fonction.
Afin de refroidir la température dans la première branche d'entrée 44 du premier évaporateur 30, du liquide caloporteur principal provenant de la première branche de sortie 46 du premier évaporateur 30, est réinjecté dans la première branche d'entrée 44 du premier évaporateur 30 par l'intermédiaire de la première branche de retour 58. Ainsi, on obtient une température de 25^ pour le liquide caloporteur principal circulant dans première branche d'entrée 44 du premier évaporateur 30, et une température de Ι Ο'Ό pour le liquide caloporteur principal circulant dans la première branche de sortie 46 du premier évaporateur 30. Ce liquide caloporteur principal à 10°C est ensuite acheminé jusqu'à la seconde branche d'entrée 48 du second condenseur 40, où il récupère de la chaleur de la seconde pompe à chaleur 36 pour obtenir une température de 60 'C dans la seconde branche 50 de sortie du second condenseur 40. Ce liquide caloporteur principal à 60 °C est ensuite acheminé vers la première cuve 20.
Dans le circuit intermédiaire 26, le premier liquide caloporteur intermédiaire circulant dans la première branche de sortie 76 du premier condenseur 32 présente une température de 40 ^, avant de fournir de la chaleur au second liquide caloporteur intermédiaire contenu dans la seconde cuve 86.
La vanne 92 est commandée par les moyens de commande 98 de façon à fournir une température d'environ 9 <C dans la seconde branche d'entrée 82 du second évaporateur 38. A cet effet, au moins une partie du second liquide caloporteur intermédiaire circulant dans la seconde branche de sortie 84 du second évaporateur 38, refroidit à une température de ô'C, et est réinjectée à la vanne 92 de façon à être mitigée avec le second liquide caloporteur intermédiaire provenant de la seconde cuve 86.
Il apparaît que coefficient de performance d'une telle chaudière 10 est particulièrement élevé. Dans l'exemple représenté, ce coefficient de performance est de 4,7 pour une température de 60 'C du liquide caloporteur principal dans la première cuve 20.
On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit et pourrait présenter diverses variantes sans sortir du cadre des revendications.
On pourrait par ailleurs imaginer une chaudière ne comportant pas de branche de retour, comprenant un circuit principal passant en série par l'évaporateur d'une première pompe à chaleur et par le condenseur d'une seconde pompe à chaleur.
De manière optionnelle, une telle chaudière pourrait comporter un circuit intermédiaire passant en série par le condenseur de la première pompe à chaleur, et par l'évaporateur de la seconde pompe à chaleur.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Chaudière (10), du type comportant un circuit principal (22) de circulation d'un liquide caloporteur principal, passant par des moyens d'échange thermique (24), caractérisé en ce que les moyens d'échange thermique (24) comportent au moins une première pompe à chaleur (28), comprenant un premier évaporateur (30) et un premier condenseur (32), et une seconde pompe à chaleur (36), comprenant un second évaporateur (38) et un second condenseur (40), telles que :
- le circuit principal de circulation (22) comporte une première branche d'entrée (44) dans le premier évaporateur (30), et une première branche de sortie (46) du premier évaporateur (30),
- le circuit intermédiaire (26) comporte une première branche d'entrée (74) dans le premier condenseur (32), et une première branche de sortie (76) du premier condenseur (32),
- le circuit intermédiaire (26) comporte une seconde branche d'entrée (82) dans le second évaporateur (38), et une seconde branche de sortie (84) du second évaporateur (38), et
- le circuit principal (22) comporte une seconde branche d'entrée (48) dans le second condenseur (40), et une seconde branche de sortie (50) du second condenseur (40).
2. Chaudière (10) selon la revendication 1 , dans lequel :
- le circuit principal de circulation (22) comporte un embranchement (56) ménagé en aval de la branche de sortie (46) du premier évaporateur (30), depuis lequel s'étend une branche de retour (58) connectée à la branche d'entrée (44) dans ce premier évaporateur (30), et/ou
- le circuit intermédiaire (26) comporte un embranchement (88) ménagé en aval de la branche de sortie (84) du second évaporateur (38), depuis lequel s'étend une branche de retour (90) connectée à la branche d'entrée (82) dans ce second évaporateur (38).
3. Chaudière (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le circuit principal (22) comporte un premier embranchement (56), ménagé en aval de la première branche de sortie (46) du premier évaporateur (30), en amont de la seconde branche d'entrée (48) dans le second condenseur (40), et en amont d'une première branche de retour (58), s'étendant depuis le premier embranchement (56) jusqu'à la première branche d'entrée (44) du premier évaporateur (30).
4. Chaudière (10) selon la revendication 3, dans lequel le premier embranchement
(56) est formé par un contenant de stockage (64), comprenant une entrée (66) reliée à la première branche de sortie (46) du premier évaporateur (30), une première sortie (68) reliée à la seconde branche d'entrée (48) du second condenseur (40), et une seconde sortie (70) reliée à la première branche de retour (58).
5. Chaudière (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit intermédiaire (26) comporte un second embranchement (88), ménagé en aval de la seconde branche de sortie (84) du second évaporateur (38), et en amont d'une seconde branche de retour (90), s'étendant depuis le second embranchement (88) jusqu'à la seconde branche d'entrée (82) du second évaporateur (38).
6. Chaudière (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit intermédiaire (26) comporte :
- une première boucle (72) de circulation d'un premier liquide caloporteur intermédiaire, comportant la première branche d'entrée (74) dans le premier condenseur (32), la première branche de sortie (76) du premier condenseur (32), et un second échangeur de chaleur (78),
- une seconde boucle (80) de circulation d'un second liquide caloporteur intermédiaire, comportant la seconde branche d'entrée (82) dans le second évaporateur (38), la seconde branche de sortie (84) du second évaporateur (38), et une seconde cuve (86) de second liquide caloporteur intermédiaire, dans laquelle est logée le second échangeur de chaleur (78).
7. Chaudière (10) selon les revendications 5 et 6 prises en combinaison, dans laquelle la seconde cuve (86) comporte une seconde sortie de cuve (94), reliée à la seconde branche d'entrée (82) du second évaporateur (38), et une seconde entrée de cuve (100), reliée au second embranchement (88).
8. Chaudière (10) selon la revendication 7, dans lequel le circuit intermédiaire (26) comporte une vanne (92) à trois voies, comprenant :
- une première voie (92A), reliée à la seconde sortie de cuve (94),
- une deuxième voie (92B), reliée à la seconde branche d'entrée (82) du second évaporateur (38), et
- une troisième voie (92C), reliée à la seconde branche de retour (90),
le circuit intermédiaire (26) comportant une sonde de température (96), agencée pour mesurer la température du second liquide calorifique intermédiaire dans la seconde branche d'entrée (82) du second évaporateur (38), et des moyens (98) de commande de la vanne (92) en fonction de la température mesurée.
9. Chaudière (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une première cuve (20) de liquide caloporteur principal, comprenant une première sortie de cuve (52), reliée à la première branche d'entrée (44) du premier évaporateur (30), et une première entrée de cuve (54), reliée à la seconde branche de sortie (50) du second condenseur (40).
10. Chaudière (10) selon la revendication 9, comportant des dispositifs (51 , 61 , 79, 87) de mise en circulation de liquides caloporteurs dans les circuits principal (22) et intermédiaire (26), et un capteur de température (108), agencé à la première sortie de cuve (52), relié à des moyens (1 10) de commande des dispositifs (51 , 61 , 79, 87)de mise en circulation et des pompes à chaleur (28 ; 36), propres à activer les dispositifs (51 , 61 , 79, 87) de mise en circulation et les pompes à chaleur (28 ; 36) lorsque la température mesurée par le capteur (108) est inférieure à un premier seuil prédéterminé, et propres à désactiver les dispositifs (51 , 61 , 79, 87) de mise en circulation et les pompes à chaleur (28 ; 36) lorsque la température mesurée par le capteur (108) est supérieure à un second seuil prédéterminé.
1 1 . Chaudière (10) selon la revendication 9 ou 10, comportant un circuit extérieur (12) de circulation d'un liquide caloporteur extérieur, comportant un premier échangeur de chaleur (18) logé dans la première cuve (20), de façon à échanger de la chaleur entre le liquide caloporteur principal contenu dans la première cuve (20) et le liquide caloporteur extérieur.
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