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WO1982003446A1 - Three-fluid operating thermal assembly associating a heat collecting and transfer unit to a heating member - Google Patents

Three-fluid operating thermal assembly associating a heat collecting and transfer unit to a heating member Download PDF

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Publication number
WO1982003446A1
WO1982003446A1 PCT/FR1982/000065 FR8200065W WO8203446A1 WO 1982003446 A1 WO1982003446 A1 WO 1982003446A1 FR 8200065 W FR8200065 W FR 8200065W WO 8203446 A1 WO8203446 A1 WO 8203446A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exchanger
evaporator
assembly according
heating
air
Prior art date
Application number
PCT/FR1982/000065
Other languages
French (fr)
Inventor
& Cie De Dietrich
Original Assignee
Engel Alfred
Salesse Jean
Sonderegger Roger
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR8106696A external-priority patent/FR2503336A1/en
Priority claimed from FR8123475A external-priority patent/FR2518229B1/en
Application filed by Engel Alfred, Salesse Jean, Sonderegger Roger filed Critical Engel Alfred
Publication of WO1982003446A1 publication Critical patent/WO1982003446A1/en

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
    • F24H4/02—Water heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system

Definitions

  • Thermal assembly with three fluids associating a heat recovery and transfer unit with a heating element.
  • the invention relates to a thermal assembly with three fluids associating a heat recovery and transfer unit with a heating member.
  • the products sold generally have only one primary recovery circuit, either from heated water, for example by solar collector, or from a flow of air carrying calories.
  • the present invention aims first of all to ensure in a simple, rational and efficient manner, the possibility of using two calorie supply fluids and two receiving fluids, this in a single thermal assembly which is desired to be compact.
  • the invention also relates to complete optimally a heat pump or, more generally, a recovery unit and calories transfer u ⁇ member heater incorporating I'deletingur condenser in the heating generator.
  • the present invention has two main objectives: ⁇ significant improvement in the overall yield of the installation,. reducing the cost of the latter and its assembly.
  • the invention uses a heat pump which draws from two supply fluids and transfers the calories into two receiving fluids.
  • the invention relates to a thermal assembly with three fluids associating a heat recovery and transfer unit with a heating element characterized in that the evaporator and the condenser of the heat recovery and transfer unit are mixed exchangers with three fluids and in that the condenser exchanger constitutes the heating body of the heating member.
  • Figure 1 is a schematic view showing the essential elements of the heat transfer recovery unit used in the present invention.
  • Figure 2 is a schematic detail view showing the typical constitution of I exchanger with three fluids provided in each supply circuit or return of calories. .
  • Figure 3 is a schematic view in longitudinal section showing an example of direct use of the heat recovery and transfer unit with extraction of calories in a flue.
  • Figure 4 is a schematic detail view of an example of use where I exchanger, placed in a smoke duct, has a part in direct use for preheating the heating water.
  • Figure 5 is a schematic sectional view of another example of use in the attic, in the case of controlled mechanical ventilation with solar panels.
  • Figure 6 shows another use in the attic with solar air and water panels and heating by the SoI.
  • FIG. 7 is the complete schematic representation of the thermal assembly for producing heat according to the invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of an exemplary embodiment of a condenser heater body with juxtaposed elements.
  • Figure 9 is a cross-sectional view of an exemplary embodiment of a condenser heater body with coaxial structure. Referring to FIGS. 1 and 2, the refrigeration circuit 1 of the heat pump 2 is made up, in a conventional manner, of a compressor 3 and of a pressure reducer 4 between the evaporator 5 and the condenser 6.
  • fins or plates 7 of the mixed return exchanger 8 are made integral with a high temperature receiver circuit 10 with circulation by pump 11 of a liquid heat transfer fluid, for example water, used directly for heating sanitary water or the heating of rooms and premises by radiant elements or convectors or for the heating of the ground after abolition in temperature.
  • a liquid heat transfer fluid for example water
  • the mixed return exchanger 8 is disposed in a channel 12 traversed by an air flow generated by the turbine 13. The air flow heated in contact with the fins
  • the recovery and transfer assembly according to the invention has, in its basic version, a recovery or drawing circuit identical to the restitution circuit.
  • M comprises the mixed recovery exchanger 9, secured in exchange contact with a supply circuit 14 with a liquid heat carrier fluid, for example water circulated by means of a circulation pump
  • the recovery exchanger 9 is placed in a channel or a conduit 16 for the passage of a carrier air flow. calories such as, for example, extracted air, outside air, cellar air, air preheated by the sun, which comes out cooled by the action of a turbine 17.
  • a first series of applications relates to the use in smoke evacuation conduits.
  • the supply circuit could serve as a direct recovery circuit 19 due to the high temperatures of the fumes at the base of the flue evacuation duct supplied by the burner 20.
  • the air intake In order to make recovery possible, the air intake must be closed off when the burner is not in use by an air intake flap 21 directly incorporated into the burner or annex, controlled for example by the call for air. with automatic return to the closed position in the case of a supply air burner.
  • Another variant directly derived from that described above, consists in dividing the mixed exchanger 9 for recovery into a common part 22 with the evaporator and a part of a simple exchanger 23 with the water circuit 19 and the fumes .
  • This portion of the exchanger will, of course, be located on the burner side.
  • the heated water circuit 19 can be used to preheat the boiler water.
  • the calories can be transferred through the heat pump to the ventilation circuit and the water heater.
  • One of the simplest uses consists in connecting the recovery duct 16 with the air extraction circuit through the extraction vents 24 in a set of controlled mechanical ventilation while the intake duct 12 communicates with, on the one hand, the insufflation vents 25 and, on the other hand, with a supply source such as, for example, solar air collectors 26. It is planned, for the summer, an evacuation to the outside before insufflation at 27 or an insufflation of fresh air.
  • the water return circuit supplies a water heater 29 or a heating installation in addition to another energy.
  • recovery can also be coupled with solar water collectors 30, as shown in FIG. 6.
  • the supply circuit will come from solar water and / or air collectors 26, 30 combined with any other source such as, for example, the water table or hot geothermal layers or, where appropriate, from an urban network. hot water.
  • the recovery duct and / or the insufflation duct can be coupled to the superheated air solar collectors with or without suction of outside air or heated or superheated air by free supply in any location whatsoever. house.
  • the thermal assembly for "producing heat according to the invention associates the heat pump 2 with a heating member with a hot water circuit 10, for example a boiler 34, for heating by radiators , high and low temperature convectors, ground network or any other and, if necessary, for the production of domestic hot water.
  • a hot water circuit for example a boiler 34
  • radiators high and low temperature convectors
  • ground network or any other and, if necessary, for the production of domestic hot water.
  • the boiler preferably has a burner
  • the mixed exchanger 8 has three fluids simultaneously fulfilling the functions of heating body and condenser 6.
  • This element combines in its one-piece exchange structure the condenser circuit of the refrigerant of the heat pump and the heating circuit 10 by hot water shown in dotted lines. It is placed in the combustion chamber so as to be crossed by the combustion gases in the manner of a conventional heating body.
  • heating-condenser body 6 A new functional unit has thus been created inside a heat generator. This new unit, simultaneously fulfilling the functions of heating body and condenser, will be called hereinafter heating-condenser body 6.
  • auxiliary heating generator the heating element containing it, operating only as an adjunct, will be referred to hereinafter as an auxiliary heating generator.
  • the hot gases passing through the condenser heater body 6 are evacuated outside by the smoke box 36 followed by an isolation valve 37.
  • the combustion gases can be condensed when passing through the evaporator to improve the combustion efficiency.
  • a condensate collection tank 38 and an evacuation link are provided for this purpose.
  • the evaporator is also arranged in the main flow of air drawn from the outside and / or extracted from the inside by the action of the fan 17.
  • the evaporator thus dissociated could, in addition, recover part of the heat radiated by said flue.
  • the evaporator then makes it possible to recover the calories contained in the air but also the calories carried away by the fumes.
  • the condenser heater body may affect different possible forms of realization.
  • FIG. 9 In addition to the tubular structure with fins shown diagrammatically in FIG. 9, a single-piece shape is illustrated, illustrated in FIG.
  • FIG. 9 a version with horizontal coaxial tubes in which the refrigerant passes through a finned exchange structure 43 in the form of a central duct 44. Said duct is surrounded by a cylindrical envelope 45 thus constituting an annular intermediate volume 46 along which the water to be heated circulates. The path of the hot combustion gases is indicated by parallel arrows.
  • FIG. 8 Another variant (FIG. 8) uses a heating body constituted by the juxtaposition of molded monoblock elements 47, for example made of cast iron or cast aluminum.
  • This type of heating body is transformed by significantly increasing the dimensions of the lower or upper orifices of each element.
  • the nipples are increased in the same proportions and we arrive at a perfect assembly.
  • This modification makes it possible to create an additional exchange volume 48 of the distributor type, which will be occupied by the exchange circuit of the evaporator, for example in the form of a coil 49 in finned copper tube 50 opening onto a part. front shutter 51 by connection elements such as 52. The flow of heating water takes place at the opposite end. The water heated in each element will pass through the coil 49 to receive additional heating provided by the heat pump.
  • the advantage of the invention lies in the fact that it is possible to use the boiler only as a backup. Indeed, the overall excellent performance of this installation makes it possible to envisage heating sequences of the burner which are relatively spaced apart and of short duration.
  • Defrosting can be treated by reversing the cycle, by additional calorific back-up provided by the burner or by controlled air circulation of the condenser on the evaporator.
  • the condenser heater body 6 acts as a simple exchanger.
  • the auxiliary heating generator operates intermittently, the isolation valve closes after each period of operation.
  • the combustion gases pass through the evaporator and condense there. The additional heat thus recovered is transferred to the condenser heater body.
  • the auxiliary heating generator operates on its own like a conventional boiler, the fan is stopped and the fumes exit directly from the chimney.

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Abstract

Assembly characterized in that the evaporator (5) and the condenser (6) of the collecting and transfer unit are three-fluid composit exchangers (9 and 8) and in that the exchanger-condenser (8) forms the heating body of the boiler. Applications to the heating industry.

Description

Ensemble thermique à trois fluides associant une unité de récupération et de transfert de calories à un organe de chauffe. Thermal assembly with three fluids associating a heat recovery and transfer unit with a heating element.
L'invention se rapporte à un ensemble thermique à trois fluides associant une unité de récupération et de transfert de calories à un organe de chauffage.The invention relates to a thermal assembly with three fluids associating a heat recovery and transfer unit with a heating member.
Depuis l'utilisation de la pompe à chaleur dans le domaine du chauffage, on a cherché à étendre les possibilités de récupération en couplant les circuits d'apport à I 'évaporateur .Since the use of the heat pump in the field of heating, attempts have been made to extend the possibilities of recovery by coupling the supply circuits to the evaporator.
Pour des raisons diverses, en général d'ordre économique, les réalisations commercialisées ne comportent en général qu'un seul circuit primaire de récupération, soit à partir d'eau réchauffée, par exemple par capteur solaire, soit à partir d'un flux d'air porteur de calories.For various reasons, generally of an economic nature, the products sold generally have only one primary recovery circuit, either from heated water, for example by solar collector, or from a flow of air carrying calories.
On parle alors dans le premier cas de pompe à chaleur EAU/EAU ou EAU/AIR et, dans le deuxième cas, de pompe à chaleur AIR/AIR ou AIR/EAU.In the first case, we speak of a WATER / WATER or WATER / AIR heat pump and, in the second case, of an AIR / AIR or AIR / WATER heat pump.
On utilise dans ces installations un seul fluide d'apport et un seul fluide récepteur.In these installations, a single supply fluid and a single receiver fluid are used.
Par ailleurs, I 'assoc i att i on d'une pompe à chaleur et, plus généralement, d'une unité de récupération et de transfert de calories avec un organe de chauffe est réalisée pratiquement dans tous les cas par couplage hydraulique direct au moyen du fluide caloporteur de l'installation. Dans ce schéma, il ne s'agit que d'un raccordement hydraulique simple et chaque moyen fonctionne individuellement. Ainsi, l'effet d'ensemble résulte, aux pertes près, de l'addition des effets des deux moyens isolés.Furthermore, the association of a heat pump and, more generally, of a heat recovery and transfer unit with a heating element is practically in all cases carried out by direct hydraulic coupling by means of the installation's heat transfer fluid. In this diagram, it is only a simple hydraulic connection and each means works individually. Thus, the overall effect results, to the nearest loss, from the addition of the effects of the two isolated means.
La présente invention vise tout d'abord à assurer de façon simple, rationnelle et efficace, la possibilité d'utiliser deux fluides d'apport de calories et deux fluides récepteurs, ceci dans un seul ensemble thermique que l'on souhaite compact.The present invention aims first of all to ensure in a simple, rational and efficient manner, the possibility of using two calorie supply fluids and two receiving fluids, this in a single thermal assembly which is desired to be compact.
L'invention vise également à compléter de façon optimale une pompe à chaleur ou, plus généralement, une unité de récupération et de transfert de calories à uπ organe de chauffe en incorporant I'échangeur-condenseur dans le générateur de chauffage.The invention also relates to complete optimally a heat pump or, more generally, a recovery unit and calories transfer u π member heater incorporating I'échangeur condenser in the heating generator.
Il en résulte une amélioration sensible du rendement qui, jusqu'à présent, se trouvait limité vers le haut par des pertes diverses consécutives au couplage hydraulique peu adapté : surfaces et distances trop impor tantes, dissociation technique des éléments... .This results in a significant improvement in efficiency which, up to now, has been limited upwards by various losses resulting from poorly adapted hydraulic coupling: too large surfaces and distances. aunts, technical dissociation of elements ....
De plus, on arrive de façon plus commode, simple et à meilleur rendement, à récupérer plus d'énergie en augmentant les sources d'apport et d'échange, mais aussi en limitant les pertes par une structure compacte qui combine les différents éléments fonctionnels.In addition, we get more convenient, simple and more efficient, to recover more energy by increasing the sources of supply and exchange, but also by limiting losses by a compact structure which combines the different functional elements. .
D'autres avantages secondaires concernent la souplesse d'utilisation, la facilité d'entretien et de réparation. L'installation devenue plus compacte présente un coût plus réduit et ne nécessite plus qu'un montage simple et rapide.Other secondary advantages concern flexibility of use, ease of maintenance and repair. The installation, which has become more compact, has a lower cost and no longer requires a simple and rapid assembly.
La présente invention vise deux objectifs principaux : · l'amélioration sensible du rendement global de l'instalIation, . la diminution du coût de celle-ci et de son montage. Pour la réalisation de ces objectifs, l'invention met en oeuvre une pompe à chaleur qui puise dans deux fluides d'apport et transfère les calories dans deux fluides récepteurs.The present invention has two main objectives: · significant improvement in the overall yield of the installation,. reducing the cost of the latter and its assembly. To achieve these objectives, the invention uses a heat pump which draws from two supply fluids and transfers the calories into two receiving fluids.
A cet effet, l'invention concerne un ensemble thermique à trois fluides associant une unité de récupération et de transfert de calories à un organe de chauffe caractérise en ce que I'évaporateur et le condenseur de l'unité de récupération et de transfert de calories sont des échangeurs mixtes à trois fluides et en ce que I'échcngeurcondenseur constitue le corps de chauffe de l'organe de chauffage. D'autres caractéristiques techniques et avantages de l'invention sont consignés dans la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode préféré de réalisation en référence aux dessins accompagnants dans lesquels : . La figure 1 est une vue schématique représentant les éléments essentiels de l'unité de récupération de transfert de calories utilisé dans la présente invention. . La figure 2 est une vue schématique de détail représentant la constitution type de I 'échangeur à trois fluides prévu dans chaque circuit d'apport ou de restitution de calories. . La figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale représentant un exemple d'utilisation directe de l'unité de récupération et de transfert de calories avec extraction des calories dans un conduit de fumées. . La figure 4 est une vue schématique de détail d'un exemple d'utilisation où I 'échangeur, placé dans un conduit de fumée, présente une partie en utilisation directe pour le préchauffage de l'eau de chauffage. . La figure 5 est une vue schématique en coupe d'un autre exemple d'utilisation dans les combles, dans le cas d'une ventilation mécanique contrôlée avec panneaux soIaires. . La figure 6 représente une autre utilisation dans les combles avec panneaux solaires à air et à eau et chauffage par le soI.To this end, the invention relates to a thermal assembly with three fluids associating a heat recovery and transfer unit with a heating element characterized in that the evaporator and the condenser of the heat recovery and transfer unit are mixed exchangers with three fluids and in that the condenser exchanger constitutes the heating body of the heating member. Other technical characteristics and advantages of the invention are set out in the description which follows, given by way of nonlimiting example on a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings in which:. Figure 1 is a schematic view showing the essential elements of the heat transfer recovery unit used in the present invention. . Figure 2 is a schematic detail view showing the typical constitution of I exchanger with three fluids provided in each supply circuit or return of calories. . Figure 3 is a schematic view in longitudinal section showing an example of direct use of the heat recovery and transfer unit with extraction of calories in a flue. . Figure 4 is a schematic detail view of an example of use where I exchanger, placed in a smoke duct, has a part in direct use for preheating the heating water. . Figure 5 is a schematic sectional view of another example of use in the attic, in the case of controlled mechanical ventilation with solar panels. . Figure 6 shows another use in the attic with solar air and water panels and heating by the SoI.
. La figure 7 est la représentation schématique complète de l'ensemble thermique de production de chaleur selon I'invention. . La figure 8 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un corps de chauffe-condenseur à éléments juxtaposés. . La figure 9 est une vue en coupe transversale d'un exemple de réalisation d'un corps de chauffe-condenseur à structure coaxiaIe. En se référant aux figures 1 et 2, le circuit frigorifique 1 de la pompe à chaleur 2 se compose, de façon classique, d'un compresseur 3 et d'un détendeur 4 entre I'évaporateur 5 et la condenseur 6.. FIG. 7 is the complete schematic representation of the thermal assembly for producing heat according to the invention. . FIG. 8 is a perspective view of an exemplary embodiment of a condenser heater body with juxtaposed elements. . Figure 9 is a cross-sectional view of an exemplary embodiment of a condenser heater body with coaxial structure. Referring to FIGS. 1 and 2, the refrigeration circuit 1 of the heat pump 2 is made up, in a conventional manner, of a compressor 3 and of a pressure reducer 4 between the evaporator 5 and the condenser 6.
Ces organes de puisage et de restitution de chaleur sont solidarisés par les boucles du serpentin de I'évaporateur 5 ou du condenseur 6 aux ailettes 7 ou plaques d'un échangeur mixte de restitution 8 ou de récupération 9 à trois fluides.These heat extraction and recovery members are secured by the loops of the evaporator coil 5 or of the condenser 6 to the fins 7 or plates of a mixed return 8 or recovery 9 exchanger with three fluids.
Ces mêmes ailettes ou plaques 7 de I'échangeur mixte de restitution 8 sont rendues solidaires d'un circuit récepteur haute température 10 à circulation par pompe 11 d'un fluide caloporteur liquide, par exemple de l'eau, utilisé en direct pour le chauffage de l'eau san i t a i re ou l e chauffage des p i èces et l ocaux par é l éments radiants ou convecteurs ou pour le chauffage du sol après abainsement en température.These same fins or plates 7 of the mixed return exchanger 8 are made integral with a high temperature receiver circuit 10 with circulation by pump 11 of a liquid heat transfer fluid, for example water, used directly for heating sanitary water or the heating of rooms and premises by radiant elements or convectors or for the heating of the ground after abolition in temperature.
L' échangeur mixte de restitution 8 est disposé dans un canal 12 traversé par un flux d'air généré par la turbine 13. Le flux d'air réchauffé au contact des ailettesThe mixed return exchanger 8 is disposed in a channel 12 traversed by an air flow generated by the turbine 13. The air flow heated in contact with the fins
7 de I'échangeur peut être utilisé en chauffage direct des habitations, par exemple en insufflation, dans un ensemble double flux en ventilation mécanique contrôlée tel que décrit ci-après. L'ensemble de récupération et de transfert selon l'invention présente, dans sa version de base, un circuit de récupération ou de puisage identique au circuit de restitution. M comporte I'échangeur mixte de récupération 9, solidarisé en contact d'échange avec un circuit d'apport 14 à fluide caIoporteur liquide, par exemple de l'eau mise en circulation par l'intermédiaire d'une pompe de circulation7 of the exchanger can be used for direct heating of dwellings, for example in insufflation, in a double flow assembly with controlled mechanical ventilation as described below. The recovery and transfer assembly according to the invention has, in its basic version, a recovery or drawing circuit identical to the restitution circuit. M comprises the mixed recovery exchanger 9, secured in exchange contact with a supply circuit 14 with a liquid heat carrier fluid, for example water circulated by means of a circulation pump
15.15.
De la même façon, I 'échangeur de récupération 9 est placé dans un canal ou un conduit 16 de passage d'un flux d'air porteur de. calories tel que, par exemple, l'air extrait, l'air extérieur, l'air de cave, l'air préchauffé par le soleil, qui ressort refroidi sous l'action d'une turbine 17.In the same way, the recovery exchanger 9 is placed in a channel or a conduit 16 for the passage of a carrier air flow. calories such as, for example, extracted air, outside air, cellar air, air preheated by the sun, which comes out cooled by the action of a turbine 17.
On peut concevoir, comme mode de fonctionnement, que lorsque la pompe 11 et la turbine 13 sont en service simultanément, le fluide le plus froid bénéficie de la priorité de chauffe.It is conceivable, as an operating mode, that when the pump 11 and the turbine 13 are in service simultaneously, the coldest fluid benefits from the priority of heating.
Ainsi, une demande de rechauffage de l'eau sanitaire, par exemple, coupera le fonctionnement de la turbine 13 et, inversement, une baisse de température à l'intérieur des pièces ou des locaux provoquera l'arrêt de la pompe 11.Thus, a request for heating domestic water, for example, will cut the operation of the turbine 13 and, conversely, a drop in temperature inside the rooms or premises will cause the pump 11 to stop.
On envisage, pour l'ensemble de récupération et de transfert selon l'invention, diverses applications dont quelques unes sont représentées dans les dessins en figures 3 à 6 et seront décrites ci -après.Various applications are envisaged for the recovery and transfer assembly according to the invention, some of which are shown in the drawings in FIGS. 3 to 6 and will be described below.
Une première série d'applications concerne l'utilisation dans les conduits d'évacuation des fumées.A first series of applications relates to the use in smoke evacuation conduits.
On envisage, tout d'abord, de placer I'échangeur mixte 9 de récupération dans le conduit de fumée 18 ou dans la boîte à fumées d'une chaudière.It is envisaged, first of all, to place the mixed recovery exchanger 9 in the smoke duct 18 or in the smoke box of a boiler.
Dans ce cas, le circuit d'apport pourrait servir de circuit de récupération directe 19 en raison des températures élevées des fumées à la base du conduit d'évacuation des fumées dispensées par le brûleur 20.In this case, the supply circuit could serve as a direct recovery circuit 19 due to the high temperatures of the fumes at the base of the flue evacuation duct supplied by the burner 20.
Afin de rendre la récupération possible, il faut obturer l'entrée d'air en période de non utilisation du brûleur par un volet d'entrée d'air 21 directement incorporé au brûleur ou annexe, commandé par exemple par l'appel d'air avec retour automatique en position d'obturation dans le cas d'un brûleur à air soufflé.In order to make recovery possible, the air intake must be closed off when the burner is not in use by an air intake flap 21 directly incorporated into the burner or annex, controlled for example by the call for air. with automatic return to the closed position in the case of a supply air burner.
Une autre variante, directement dérivée de celle décrite ci-dessus, consiste à scinder I'échangeur mixte 9 de récupération en une partie commune 22 avec I'évaporateur et une partie d'échangeur simple 23 avec le circuit d'eau 19 et les fumées.Another variant, directly derived from that described above, consists in dividing the mixed exchanger 9 for recovery into a common part 22 with the evaporator and a part of a simple exchanger 23 with the water circuit 19 and the fumes .
Cette portion de I'échangeur sera située, bien entendu, côté brûleur.This portion of the exchanger will, of course, be located on the burner side.
Le circuit d'eau réchauffée 19 pourra servir de préchauffage de l'eau de chaudière.The heated water circuit 19 can be used to preheat the boiler water.
On pourra, dans ce cas, transférer les calories à travers la pompe à chaleur vers le circuit de ventilation et le chauffe-eau.In this case, the calories can be transferred through the heat pump to the ventilation circuit and the water heater.
Une autre série d'applications concerne l'utiliisation de l'ensemble selon l'invention dans les combles (figures 5 et 6).Another series of applications relates to the use of the assembly according to the invention in the attic (FIGS. 5 and 6).
Une des utilisations les plus simples consiste à brancher le conduit de récupération 16 avec le circuit d'extraction de l'air à travers les bouches d'extraction 24 dans un ensemble de ventilation mécanique contrôlée alors que le conduit d'apport 12 communique avec, d'une part, les bouches d'insufflation 25 et, d'autre part, avec une source d'apport telle que, par exemple, des capteurs solaires à air 26. II est prévu, pour l'été, une évacuation à l'extérieur avant l'insufflation en 27 ou une insufflation d'air frais.One of the simplest uses consists in connecting the recovery duct 16 with the air extraction circuit through the extraction vents 24 in a set of controlled mechanical ventilation while the intake duct 12 communicates with, on the one hand, the insufflation vents 25 and, on the other hand, with a supply source such as, for example, solar air collectors 26. It is planned, for the summer, an evacuation to the outside before insufflation at 27 or an insufflation of fresh air.
Dans ce cas, il peut être nécessaire de prévoir des entrées d'air 28 pour assurer le renouvellement de l'air, Le circuit de restitution par l'eau alimente un chauffe-eau 29 ou une installation de chauffage en complément d'une autre énergie.In this case, it may be necessary to provide air inlets 28 to ensure the renewal of the air, The water return circuit supplies a water heater 29 or a heating installation in addition to another energy.
Bien entendu, on pourra également coupler la récupération avec des capteurs solaires a eau 30, tels quereprésentés en figure 6.Of course, recovery can also be coupled with solar water collectors 30, as shown in FIG. 6.
Par cette figure, on a voulu représenter' le schéma le plus général. On y retrouve l'ensemble de récupération associé aux sources habituelles de récupération d'énergie, capteurs solaires à air 26 et à eau 30, bouches d'extraction 24, entrées d'air 28 par les pièces, entrée d'air neuf 31 pour transférer et restituer l'énergie calorifique dans les appareils et installation de chauffage des pièces et locaux et de l'eau sanitaire : dans un chauffe- eau, par exemple, électrosolaire 29 dans des éléments radiants 32 ou à effet de convection d'une installation de chauffage par un réseau de sol 33.By this figure, we wanted to represent 'the most general diagram. We find there the recovery unit associated with the usual sources of energy recovery, solar air 26 and water 30 collectors, exhaust vents 24, air inlets 28 through the rooms, fresh air inlet 31 for transfer and restore the heat energy in the appliances and installation for heating rooms and premises and for domestic water: in a water heater, for example, electro-solar 29 in radiant elements 32 or in a convection effect of an installation heating by a floor network 33.
Le circuit d'apport proviendra de capteurs solaires à eau et/ou à air 26, 30 combinés à toute autre source tel le, par exemple, la nappe phréatique ou des couches chaudes de géothermie ou, le cas échéant, d'un réseau urbain d'eau chaude.The supply circuit will come from solar water and / or air collectors 26, 30 combined with any other source such as, for example, the water table or hot geothermal layers or, where appropriate, from an urban network. hot water.
A titre de variante, on peut coupler le conduit de récupération et/ou le conduit d'insufflation aux capteurs solaires à air surchauffé avec aspiration ou non d'air extérieur ou d'air chauffé ou surchauffé par apport gratuit dans un endroit quelconque de l'habitation.As a variant, the recovery duct and / or the insufflation duct can be coupled to the superheated air solar collectors with or without suction of outside air or heated or superheated air by free supply in any location whatsoever. house.
On pourra également combiner toutes les possibilités précédentes. On a décrit ci-dessus plusieurs applications directes de récupération et d'utilisation d'un ensemble utilisant trois fluides. Il s'agira ci-après d'un cas particulier constituant une véritable unité de production de chaleur bi-énergie du type associant une pompe à chaleur à un organe de chauffe. Dans cette réalisation, le corps de chauffe du générateur de calories et le condenseur de la pompe à chaleur sont réunis dans une seule unité fonctionnelle d'échange appelé corps de chauffe-condenseur. Ce dernier est bien entendu prévu de façon classique à l'intérieur de l'organe de chauffe utilisé en tant que chaudière. Pour des raisons de commodité et de clarté, on adoptera ci -après les mêmes références que précédemment pour les éléments et organes identiques.We can also combine all the previous possibilities. Several direct applications of recovery and use of an assembly using three fluids have been described above. This will be a specific case below constituting a true bi-energy heat production unit of the type associating a heat pump with a heating member. In this embodiment, the heating body of the calorie generator and the condenser of the heat pump are combined in a single functional exchange unit called the heating-condenser body. The latter is of course provided conventionally inside the heating member used as a boiler. For reasons of convenience and clarity, the same references will be adopted below as above for the same elements and members.
En se référant à la figure 1 , l'ensemble thermique de "production de chaleur selon l'invention associe la pompe à chaleur 2 à un organe de chauffe à circuit d'eau chaude 10 par exemple une chaudière 34, pour le chauffage par radiateurs, convecteurs haute et basse température, réseau de sol ou tout autre et, le cas échéant, pour la production d'eau chaude sanitaire.Referring to FIG. 1, the thermal assembly for "producing heat according to the invention associates the heat pump 2 with a heating member with a hot water circuit 10, for example a boiler 34, for heating by radiators , high and low temperature convectors, ground network or any other and, if necessary, for the production of domestic hot water.
La chaudière possède de préférence un brûleurThe boiler preferably has a burner
20 à gaz ou a fuel, de type atmosphérique ou à air soufflé.20 gas or fuel oil, atmospheric or forced air type.
Elle pourra néanmoins tout aussi bien être équipée d'une rampe à gaz ou d'un foyer conventionnel pour la combustion du bois, du charbon ou tout autre combustible solide.However, it can just as easily be fitted with a gas ramp or a conventional fireplace for the combustion of wood, coal or any other solid fuel.
Elle comporte à son intérieur, en partie supérieure de la chambre de combustion 35, traversés par les gaz chauds, I'échangeur mixte 8 a trois fluides remplissant simultanément les fonctions de corps de chauffe et de condenseur 6.It has inside, in the upper part of the combustion chamber 35, through which the hot gases pass, the mixed exchanger 8 has three fluids simultaneously fulfilling the functions of heating body and condenser 6.
Cet élément réunit dans sa structure monobloc d'échange le circuit condenseur du fluide frigorigène de la pompe à chaleur et le circuit de chauffage 10 par l'eau chaude représenté en pointillés. II est placé dans la chambre de combustion de manière à être traversé par les gaz de combustion à la manière d'un corps de chauffe classique.This element combines in its one-piece exchange structure the condenser circuit of the refrigerant of the heat pump and the heating circuit 10 by hot water shown in dotted lines. It is placed in the combustion chamber so as to be crossed by the combustion gases in the manner of a conventional heating body.
On a créé ainsi une nouvelle unité fonctionnelle à l'intérieur d'un générateur de chaleur. Cette, nouvelle unité, remplissant simultanément les fonctions de corps de chauffe et de condenseur, sera appelée ci-après corps de chauffe-condenseur 6.A new functional unit has thus been created inside a heat generator. This new unit, simultaneously fulfilling the functions of heating body and condenser, will be called hereinafter heating-condenser body 6.
De plus, l'organe de chauffe la renfermant ne fonctionnant qu'à titre d'appoint sera dénommé ci-après générateur auxiliaire de chauffe.In addition, the heating element containing it, operating only as an adjunct, will be referred to hereinafter as an auxiliary heating generator.
Les gaz chauds traversant le corps de chauffecondenseur 6 sont évacués à l'extérieur par la boîte à fumées 36 suivie d'un clapet d'isolation 37.The hot gases passing through the condenser heater body 6 are evacuated outside by the smoke box 36 followed by an isolation valve 37.
Ils sont dirigés sur I 'échangeur 9 constituant de I'évaporateur 5 afin de récupérer les calories emportées par les fumées.They are directed to the exchanger 9 constituting the evaporator 5 in order to recover the calories removed by the fumes.
On pourra faire condenser les gaz de combustion lors du passage à travers I 'évaporateur pour améliorer le rendement de combustion. On prévoit à cet effet un bac de collecte 38 des condensats et une liaison d'évacuationThe combustion gases can be condensed when passing through the evaporator to improve the combustion efficiency. A condensate collection tank 38 and an evacuation link are provided for this purpose.
39 par exemple à l'égout.39 for example in the sewer.
Pour des raisons de sécurité, on garde l'évacuation directe des gaz de combustion par la cheminée et on réalise le passage sur I'évaporateur par l'intermédiaire d'une dérivation 40.For safety reasons, the direct evacuation of the combustion gases is kept through the chimney and the passage over the evaporator is carried out by means of a bypass 40.
L'évaporateur est disposé par ailleurs dans le flux principal d'air aspiré de l'extérieur et/ou extrait de l'intérieur par l'action du ventilateur 17.The evaporator is also arranged in the main flow of air drawn from the outside and / or extracted from the inside by the action of the fan 17.
On pourra interposer à l'entrée 41 de l'air un élément plan 42 du type grillage ou autre, apportant en plus de la protection, une perte de charge faible mais suffisante pour que la dépression engendrée par le ventilateur capte les fumées dans le circuit d'évacuation et les force à traverser I'échangeur 9 de I'évaporateur 5. A titre de variante, on prévoit de remplacer l'élément plan 42 de perte de charge par le premier élément de I'échangeur de I'évaporateur.We can interpose at the air inlet 41 a flat element 42 of the mesh or other type, providing in addition to protection, a low pressure drop but sufficient for the depression generated by the fan to capture the fumes in the circuit. evacuation and forces them to pass through the exchanger 9 of the evaporator 5. As a variant, provision is made to replace the flat element 42 of pressure drop with the first element of the exchanger of the evaporator.
Selon la proximité du conduit de fumées, I'évaporateur ainsi dissocié pourrait, en plus, récupérer une partie de la chaleur rayonnée par ledit conduit de fumées.Depending on the proximity of the flue, the evaporator thus dissociated could, in addition, recover part of the heat radiated by said flue.
L'évaporateur permet alors de récupérer les calories contenues dans l'air mais aussi les calories emportées par les fumées.The evaporator then makes it possible to recover the calories contained in the air but also the calories carried away by the fumes.
Le corps de chauffe-condenseur pourra affecter différentes formes de réaIisation possibles.The condenser heater body may affect different possible forms of realization.
Outre la structure tubulaire à ailettes représentée schématiquement en figure 9 on vise une forme monobloc illustrée par la figure 8.In addition to the tubular structure with fins shown diagrammatically in FIG. 9, a single-piece shape is illustrated, illustrated in FIG.
Il s'agit tout d'abord (figure 9) d'une version à tubes coaxiaux horizontaux dans laquelle le fluide frigorigène traverse une structure d'échange à ailettes 43 sous la forme d'un conduit central 44. Ledit conduit est entouré par une enveloppe cylindrique 45 constituant ainsi un volume intermédiaire annulaire 46 le long duquel circule I'eau à réchauffer. Le trajet des gaz chauds de combustion est matérialisé par des flèches parallèles.First of all (FIG. 9) a version with horizontal coaxial tubes in which the refrigerant passes through a finned exchange structure 43 in the form of a central duct 44. Said duct is surrounded by a cylindrical envelope 45 thus constituting an annular intermediate volume 46 along which the water to be heated circulates. The path of the hot combustion gases is indicated by parallel arrows.
Une autre variante (figure 8) utilise un corps de chauffe constitué par la juxtaposition d'éléments monoblocs moulés 47, par exemple en fonte ou en fonte d'aluminium.Another variant (FIG. 8) uses a heating body constituted by the juxtaposition of molded monoblock elements 47, for example made of cast iron or cast aluminum.
Ces éléments sont réunis par des nippes et des barres d'assemblage pour former un corps de chauffe compact.These elements are joined by nipples and assembly bars to form a compact heating body.
On transforme ce type de corps de chauffe en augmentant de façon importante les dimensions des orifices inférieurs ou supérieurs de chaque élément. Bien entendu, les nippes sont augmentées dans les mêmes proportions et on arrive à un assemblage parfait.This type of heating body is transformed by significantly increasing the dimensions of the lower or upper orifices of each element. Of course, the nipples are increased in the same proportions and we arrive at a perfect assembly.
Cette modification permet de créer un volume d'échange supplémentaire 48 du type répartiteur, qui sera occupé par le circuit d'échange de I'évaporateur, par exemple sous la forme d'un serpentin 49 en tube de cuivre aileté 50 débouchant sur une pièce d'obturation frontale 51 par des éléments de raccordement telle que 52. Le départ de l'eau de chauffe s'effectue à l'extrémité opposée. L'eau réchauffée dans chaque élément passera au travers du serpentin 49 pour y recevoir un complément de chauffage apporté par la pompe à chaleur.This modification makes it possible to create an additional exchange volume 48 of the distributor type, which will be occupied by the exchange circuit of the evaporator, for example in the form of a coil 49 in finned copper tube 50 opening onto a part. front shutter 51 by connection elements such as 52. The flow of heating water takes place at the opposite end. The water heated in each element will pass through the coil 49 to receive additional heating provided by the heat pump.
L'intérêt de l'invention réside dans le fait de pouvoir utiliser la chaudière uniquement comme appoint. En effet, le rendement global exceIlent de cette instal lation permet d'envisager des séquences de chauffe du brûleur relativement espacées et de courte durée.The advantage of the invention lies in the fact that it is possible to use the boiler only as a backup. Indeed, the overall excellent performance of this installation makes it possible to envisage heating sequences of the burner which are relatively spaced apart and of short duration.
Le dégivrage pourra être traité par inversion de cycle, par appoint calorifique supplémentaire apporté par le brûleur ou par bouclage aéraulique contrôlé du condenseur sur I'évaporateur.Defrosting can be treated by reversing the cycle, by additional calorific back-up provided by the burner or by controlled air circulation of the condenser on the evaporator.
Bien entendu, plusieurs variantes d'exécution pourront être apportées, en particulier en réalisant I'ensembIe auxiliaire de chauffe sous la forme d'un chauffe-eau à gaz auquel sera adjointe une partie extérieure comprenant le compresseur et I'évaporateur à la manière d'un module d'installation de climatisation.Of course, several alternative embodiments can be made, in particular by producing the auxiliary heating assembly in the form of a gas water heater to which an external part comprising the compressor and the evaporator will be added in the same manner. 'an air conditioning installation module.
On examinera maintenant les principales phases de fonctionnement de l'ensemble de chauffe bi-énergie selon I'invention.We will now examine the main operating phases of the dual-energy heating assembly according to The invention.
En intersaison, la pompe à chaleur fonctionne seule. Les calories récupérées dans le flux d'air suffisent à chauffer l'habitation. Le corps de chauffe-condenseur 6 joue le rôle d'échangeur simple.In the off-season, the heat pump operates alone. The calories recovered in the air flow are enough to heat the home. The condenser heater body 6 acts as a simple exchanger.
En régime intermédiaire, le générateur auxiliaire de chauffe fonctionne par intermittence, le clapet d'isolement se referme après chaque période de fonctionnement. Les gaz de combustion traversent I 'évaporateur et s'y condensent. La chaleur supplémentaire ainsi récupérée est transférée au corps de chauffe-condenseur.In intermediate mode, the auxiliary heating generator operates intermittently, the isolation valve closes after each period of operation. The combustion gases pass through the evaporator and condense there. The additional heat thus recovered is transferred to the condenser heater body.
Par grands froids, le générateur auxiliaire de chauffe fonctionne seul à la manière d'une chaudière classique, le ventilateur est arrêté et les fumées sortent directement par la cheminée. In very cold weather, the auxiliary heating generator operates on its own like a conventional boiler, the fan is stopped and the fumes exit directly from the chimney.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble thermique à trois fluides, associant une unité de récupération et de transfert de calories à un organe de chauffe caractérisé en ce que la récupération par I'échangeur (9) de I 'évaporateur (5) ainsi que la restitution par I'échangeur (8) du condenseur (6) sont des échangeurs mixtes à trois fluides et en ce que I 'échangeur-condenseur (8) constitue le corps de chauffe de l'organe de chauffe, par exemple une chaudière (34).1. Thermal assembly with three fluids, associating a heat recovery and transfer unit with a heating element characterized in that the recovery by the exchanger (9) of the evaporator (5) as well as the restitution by I ' exchanger (8) of the condenser (6) are mixed exchangers with three fluids and in that the exchanger-condenser (8) constitutes the heating body of the heating member, for example a boiler (34).
2. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que I'évaporateur (5) est traversé par un flux d'air chaud provenant de l'air extrait et/ou extérieur et des gaz de combustion.2. Assembly according to claim 1 characterized in that the evaporator (5) is traversed by a flow of hot air coming from the extracted and / or outside air and from the combustion gases.
3. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que le conduit de fumées est obturé par un clapet d'isolation (36) et comporte une dérivation (40) qui dirige les gaz de combustion le long d'un conduit dont la section est occupée par I'échangeur-évaporateur (8).3. Assembly according to claim 1 characterized in that the flue gas pipe is closed by an isolation valve (36) and comprises a bypass (40) which directs the combustion gases along a pipe of which the section is occupied by the exchanger-evaporator (8).
4. Ensemble selon les revendications 1 et4. Assembly according to claims 1 and
3 caractérisé en ce que l'entrée (41) du conduit d'aspiration est pourvue d'un élément plan (42) engendrant une faible pert de charge de manière à capter préfèrentieIIement les gaz chauds de combustion par la dérivation (40).3 characterized in that the inlet (41) of the suction duct is provided with a planar element (42) generating a low load loss so as to preferentially capture the hot combustion gases by the bypass (40).
5. Ensemble selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'élément plan (42) est constitué par une partie de I'échangeur-évaporateur.5. An assembly according to claim 4 characterized in that the planar element (42) is constituted by a part of the exchanger-evaporator.
6. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'un et/ou l'autre des échangeurs mixtes sont de type tubulaire à tubes coaxiaux dans lesquels le fluide frigori gène circule dans un conduit central (44) et l'eau dans un espace annulaire (46) entre ledit conduit et une enveloppe extérieure cylindrique (45) solidaire d'ailettes (43).6. An assembly according to claim 1 characterized in that one and / or the other of the mixed exchangers are of the tubular type with coaxial tubes in which the gene refrigerant circulates in a central duct (44) and the water in a annular space (46) between said duct and a cylindrical outer casing (45) integral with fins (43).
7. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que I'échangeur mixte de l'organe de chauffe est de type compact formé d'élément juxtaposés moulés (47), par exemple en fonte, présentant au niveau des orifices inférieurs ou supérieurs une extension de volume de -manière à créer au droit des éléments un volume d'échange supplémentaire (48) occupé par le circuit d'échange de I'évaporateur (5) réalisé, par exemple, sous la forme d'un serpentin en tube de cuivre aileté.7. An assembly according to claim 1 characterized in that the mixed exchanger of the heating member is of the compact type formed from molded juxtaposed elements (47), for example of cast iron, having an extension at the lower or upper orifices in volume so as to create an additional exchange volume (48) at the right of the elements occupied by the exchange circuit of the evaporator (5) produced by example, in the form of a finned copper tube coil.
8. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que I'échangeur-évaporateur est prolongé par un circuit associé réalisant l'échange direct.8. An assembly according to claim 1 characterized in that the exchanger-evaporator is extended by an associated circuit carrying out the direct exchange.
9. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que I'échangeur-évaporateur est placé dans le réseau d'air extrait d'une ventilation mécanique contrôlée. 9. An assembly according to claim 1 characterized in that the exchanger-evaporator is placed in the network of air extracted from a controlled mechanical ventilation.
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