Brevet FR2236153A1 — publié le 19750131

La présente invention est ralative à un procédé nouveau destiné à assurér la climatisation theraiqae (chauffage ou réfri- geration) d'un local, d'une cuve, et notamment d'un local dthabi- station. On connait des appareils de chauffage électrique, comportant des résistances alimentées en courant. Ces appareils présentent l'inconvénient de consommer une puissance électrique importante, si bien que les frais d'exploitation deviennent exhorbitants. De plus, ces appareils ne peuvent que chauffer, c'estSàwdire outils sont incapables de fonctionner en réfrigérant. On connut des climatiseurs qui comportent un compresseur, débitant un fluide dans un circuit fermé relié à un condenseur. Ces appareils ont une puissance de chauffage ou de refrigération relativezent faible par rapport à la puissance électrique qu'ifs consomment. Leur cott d'exploitation est donc exagérément élevé. De plus le givrage de la partie réfrigérante nuit aus bonnes performances de l'installation. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en réalisant un dispositif de climatisation inversable (chauffage ou réfrigération) dont la consommation en courant électrique est extremement faible. Le procédé de climatisation selon l'invention est caractérisé en ce qu'il utilise au moins une pompe de chaleur fonctionnant entre une source chaude et une source froide, l'une de ces deux sources étant constituée par l'atmosphère du local, cuve ou analogue à climatiser, alors que l'autre source est constituée par ltécorce terrestre dans laquelle est enterrée une partie du circuit du fluide de la pompe de chaleur. En fait, on constate que la température reste sensiblement constante au fond d'un trou de quelques mètres foré dans le sol. Cette température peut rester par exemple égale à 100 C, été comme hiver, au fond d'un trou de dix mètres de profondeurs Suivant une première variante, le procédé selom l'invention est utilisé pour chauffer un local, auquel cas la pompe de chaleur prélève de la chaleur dans le sol et en diffuse dans le local à chauffer. Suivant une autre variante, le procédé selon l'invention est utilisé pour réfrigérer le local, auquel cas la pompe de chaleur abaisse li température de l'atmosphère du local et-envoie de la chaleur dans le sol, à l'intérieur du forage-. Le dispositif de climatisation selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une pompe de chaleur fonctionnant entre l'atmosphère du local ou cuve à climatiser, et l'intérieur d'un trou foré dans le sol, cette pompe de chaleur étant consti- tuée par les éléments suivants intercalés le long d'un circuit fermé ou un fluide circule à l'état liquide et a l'état gazeux :: - un compresseur qui revoit le fluide gazeux froid et refoule le fluide gazeux chaud - un échangeur où le fluide gazeux entre et sort à des températures différentes, cet échangeur étant thermiquenent baigné dans l1atmosphe're du local à climatiser - une tubulure capillaire ou circule le fluide pour tasser de l'état liquide à l1état gazeux, ou inversement - une tubulure logée à l'intérieur d'un trou profond or dans le sol, et à l'intérieur de laquelle le fluide circule entre sa température d'entrée et une température de sortie sensiblement égale à la température régnant dans le trou. Le trou peut par exemple être foré dans le sol avec un diamètre dsune dizaine de centimètres, et une profondeur de l'or- dre de dix à quinze metres. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le dispo- sitif fonctionne en chauffage, et - le compresseur refoule du gaz chaud vers le condenseur ; - ce gaz entre- chaud dans l'échangeur-condenseur (par exemple entre 40 et 800 C) et il en sort froid (par exemple entre 20 et 30 C) ; - a sa sortie du condenseur, le gaz traverse la tubulure capillaire d'on il sort liquide, par exemple à - 20 C ; - le liquide pénètre dans la tubulure de gros diamètre enterrée dans le sol ; il commence par s"y gazéifier, puis il ressort du sol à une température sensiblement constante (parexemple 8 à 10 C) avant d'être renvoyé à l'entrée du compresseur. Suivant une autre caractéristique, le dispositif fonctionne en réfrigérant et - le compresseur refoule du gaz chaud entre 50 C et 80 C dans la tubulure enterrée - le gaz se refroidit dans le sol, puis se détend et se li quéfie vers - 20 C avant de sortir du trou - le liquide s'évapore et se réchauffe dans une tubulure capillaire, pour parvenir à l'échangeur vers 100 C - le liquide traverse l'échangeur où il s'échauffe, pour en ressortir et se trouver dirigé vers l'entrée du compresseur. Bien entendu, le passage du système de chauffage au système réfrigérant peut s'effectuer par simple manoeuvre d'une vanne d'inversion-intercalée entre le circuit et les ouvertures d'entrée et de sortie du compresseur. j ans le cas de l'appareil de chauffage, on évite le givrage de la tubulure enterrée en plaçant dant le meme trou les éléments chauffants d'autres pompes à chaleur fonctionnant sur d'autres forages. Le dessin annexé, don à titre d'exemple non limitatif,permettra de mieux couprendre les caractéristiques de l'invention. Fig. 1 est une vue schématique d'un dispositif de chauffage selon l'invention. Fig. 2 montre le dispositif fonctionnant en réfrigérant. Sig. 3 illustre une variante où le dispositif de chauffage est équipé d'un dégivrage, fonctionnant lui-ilee par effet de sol Fig. 4 et r montrent deux autres variantes possibles. Le dispositif illustré sur la fig. I constitue un circuit fermé dans lequel circule un fluide tel qu'un Fréon. Ce fluide est susceptible de se présenter sous forme liquide dans certaines zones du circuit, et sous forme gazeuse dans d'autres. Le circuit comprend - un compresseur 1 entraîné par un moteur électrique - une vanne commutatrice d'inversion 2 - un condenseur 3 présenté sous la forme d'un radiateur à travers lequel un ventilateur 4 permet de souffler l'air du local environnant - une cartouche de déshydratation 5, contenant par exemple un gel de silice , å chaque extrémité du tube capillaire 6; - une tubulure capillaire 6, c'est-à-dire de relativement grande longueur et de faible diamètre intérieur - une tubulure 7 de relativement gros diamètre intérieur, plongée à l'intérieur d'un trou 8 qu'on a foré a même le sol - une canalisation 9 de retour à la vanne 2. Le fonctionnement est le suivant : Le fluide est aspiré gazeux en 10 par le compresseur I. A cet endroit, la température du fluide est par exemple de l'ordre de 10 C. Dn 11, le compresseur 1 refoule un gaz dont la température est de l'ordre de 40 à 800 C. Ce gaz circule à travers le conden seur 3 où il se refroidit jusqu'à 20 ou 304 c environ. ainsi, le ventilateur 4 souffle de l'air suffisamment chaud pour chauffer le local. Le fluide gazeux traverse le déshydrateur 5,puis il se liquéfie en passant dans la tubulure capillaire 6. En 12, on voit donc circuler du liquide à une température de l'ordre de - 20 C. En circulant à travers la canalisation 8, ce liquide s'echauffe. Dans la zone 13, il se gazéifie. Ensuite, il s'échauf- fe jusqu'à la température stable qui règne dans le sol, au fond du trou 8. i:n 14, c'est donc un gaz A environ 100 C qui ressort du trou 8, pour être renvoyé à l'admission 10 du compresseur. On voit que le système se comporte comme une pompe de chaleur", qui prélève de la chaleur dans le sol (trou 8) et en fournit à l'air du local (ventilateur soufflant 4). il suffit d'inverser la position de la vanne 2 pour que l'installation fonctionne en réfrigérant (fig. 2). Dans ce cas, le ventilateur 4 souffle de l'air froid, tandis que le gaz circulant dans le tube 7 tend à réchauffer la terre du trou 2. La circulation du fluide se trouve inversée, c'est-à-dire que le compresseur- t refoule alors amans la canalisation 9, alors que l'échangeur 3 est relié dIrectement à l'admission 10 du compresseur 1. Lorsque l1appareil fonctionne en chauffage (fig. 1), on court le risque de voir givrer les parois du tube 7 dans le trou 8. Pour éviter cela, la variante de la fig. 3 prévoit de placer dans ce meme trou 8, deux autres tubulures en U 15 et 16 qui jouent le rôle de réchauffeurs. La canalisation 15 est reliée en circuit ferme a un compres- seur 17 et à une autre canalisation en # 18, enterrée dans un autre trou 19 du sol. De même la canalisation 16 est reliée en circuit fermé à un compresseur 20 et à une autre canalisation en U 21, enterrée dans un trou 22. Un fluide du genre des Fréons s'écoule dans les circuits fermés 15, 17, 18 et 16, 20, 21. Le circuit 15, 17, 18 fonctionne comme une pompe de chaleur qui prélève des calories dans la terre du trou 19 et les cède à l'interieur du trou 8* De dme, le circuit 16, 20, 21 prélève de la chaleur dans la terre du trou 22 t la cède au trou 8. 3ien ntendu, le nombre et la puissance des circuits auxiliaires tels que 15, 17, 16 ou 16, 2, 21 peuvent être quelconques, en fonction de la puissance de dégivrage nécessaire dans le trou 8. De même, des commutateurs électriques autonatiques peuvent commander les moteurs électriques nes compresseurs 1, 17, 20 et du ventilateur 4, de façon à ne les faire fonctionner que par intermittence en fonction de la température mesurée à chaque instant dans l'atmosphèreàà climatiser. Sur la variante de la fig. 4, on place dans le trou 8, à Gaté de la tubulure en U 7,une autre tubulure en UT 16 du genre précité. 3e plus1 on remplit le trou S avec un liquide antigel 23 dans lequel baignent les tubulures 7 et 16. Comme précédement, la tubulure 16 est reliée en circuit ferme à une autre tubulure en U 21 enterree dans un trou 22. rependant, ici, on remplit le trou 22 avec un liquide antigel 24 dont un circulateur 25 assure la circulation en circuit ferme. Pour cela, des canalisations 26, 27, 28, 29 assurent la liaison de trois trous 22, 30 et 31 forés dans le sol et branchés en série. Ainsi, le liquide antigel 24 refoulé par le circulateur 25 dans la canalisation 28, commence à se réchauffer au contact du sol dans le trou 31, ressort par la canalisation 27 qui l'envoie dans le trou 30, où il finit de se réchauffer, ressort par la canalisation 26 et passe dans le trou 8 où il se refroidit en assurant le dégivrage de la tubulure 7. Suite, le liquide 24 retourne au circulateur 25 et le cycle recommence. Bien entendu, le nombre des trous auxiliaires tels que 22, 30 et 31 peut varier en fonctlon de la puissance de dégivrage désirée. Sur la variante de la fig. 5, on a adopté la même structure que dans le cas de la fig. 4,mais avec adjonction d1un évapora- teur 36 branché on parallèle avec la canalisation 7 sur le circuit de fluide. Cet évaporateur 20-est placé dans l'atmosphère du local à climatiser. Quatre électrovannes 32, 33, 34 et 35 sont intercalées sur le circuit de fluide, à savoir - une électrovanne 32 sur la canalisation 38 qui relie ltevaporateur 36 à la canalisation capillaire 6 ; - une electrovanne 33 sur la canalisation 37 reliant l'évaX porateur 36 à la canalisation de retour 9 - une électrovanne 34 entre-la canalisation 38 et la canalisation capillaire 6, enseree avec cette derniere - une électrovanne 35 sur la canalisation 9 entre la tubulure en U 7 et le raccordement de la canalisation 37. Comme dans le cas de la fig. 4, le dégivrage de la tubulure 7 est assure par les circuits lorsque 11appareil fonctionne en chauffage. Si les parois de l'évaporateur 36 tendent à givr-er tandis que la température de l'atmosphère ambiante est su-périeure, alors une commande thermostatique assure l'ouverture des vannes 34 et 35, et la fermeture des vannes 32 et 34 pour mettre automatiquement hors circuit l'évaporateur 36. La circulation s'effectue donc dans la tubulure enterrée 7 puis, dès que ltévaporateur 36 est dégivré, la commutation inverse s'effectue : les vannes 32 et 34 s'ouvrent alors que les vannes 34 et 35 se referment. En définitive, on contacte que l'appareil selon l1invention fonctionne aussi bien en chauffage qu'en réfrigération avec une consommation électrique minima. Bien entendu on ne quitterait pas le cadre de l'invention en remplaçant le liquide antigel par un corps solide bon conduc -teur de la chaleur et assurant un bon change thermique entre les fluides en circulation. REVENDICATIONS 1. Procédé de climatisation caractérisé en ce qu'il utilise au moins une pompe de chaleur fonctionnant entre une source chaude et une source froide, ltune de ces deux sources étant constituée par l'atmosphère du local, cuve ou analogue à climatiser, alors que l'autre source est constituée par llécorce terrestre dans laquelle est enterrée une partie du circuit du fluide de la pompe de chaleur 2. Procédé de climatisation suivant la revendication 1, caractérise en ce qu'il est utilise' pour chauffer un local, auquel cas la pompe de chaleur prélève de la chaleur dans le sol et en diffuse dans le local à chauffer. 3. Procédé de climatisation suivant la revendication 1, caractérisé en ce.qu'il est utilisé pour réfrigérer le local, auquel cas la poupe de chaleur abaisse la température de l'atmoschère du local et envoie de la chaleur dans le sol, à l'interieur du forage. 4. Dispositif de climatisation pour laniste en oeuvre du procédé suivant ltune quelconque des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce qu'il comprend une pompe de chaleur fonctionnant entre l'atmosphère du local ou cuve à climatiser, et l'intérieur d'un trou foré dans le sol, cette pompe de chialeur atant constituée par les élé.nents suivants intercalés le long d'un circuit fermé où un fluide circule à l'état liquide et à l'état gazeux - un compresseur qui reçoit le fluide gazeux froid et rerou- le le fluide gazeux chaud - un échangeur où le fluide gazeux entre et sort à des températures différentes, cet échangeur- étant thermiquement baigné dans ltatmosphère du local à climatiser - unefubulure capillaire ou circule le fluide pour passer de l'état liquide à ltétat gazeux, ou inversement - une tubulure logée à llintérieur d'un trou profond foré dans le sol,et à l'intérieur de laquelle le fluide circule entre sa température d'entrée et une température de sortie sensiblement égale à la température régnant dans le trou. 5. Dispositif de climatisation suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un trou foré dans le sol avcc un diamètre inférieur à vingt centimètres et une profondeur supérieure à neuf mètres. 6. Dispositif de climatisation suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il fonctionne en chauffage et - le compresseur refoule du gaz chaud vers le condenseur - ce gaz entre chaud dans l'échangeur-condenseur (par exemple entre 40 et 800 c) et il en sort froid (par exemple entre 20 et 300 C) - a sa sortie du condenseur, le gaz traverse la tubulure capillaire d'où il sort liquide, par exemple à - 200 c - le liquide pénètre dans la tubulure de gros diamètre enterrée dans le sol : il commence par sty gazéifier, puis il ressort du sol à une température sensiblement constante (par exemple 8 à 100 C) avant d t être renvoyé à 1 t entrée du compressen; 7.Dispositif de climatisation suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il fonctionne en réfrigérant et - le compresseur refoule du gaz chaud entre 400 C et 800 C dans la tubulure enterrée - le gaz se refroidit dans le sol, puis se détend et- se liquéfie vers - 200 C avant de sortir du trou - le liquide S'évapore et se réchauffe dans une tubulure capillaire, pour parvenir à l'échangeur vers 10 C ; - le liquide traverse l'échangeur où il s'échauffe, pour en ressortir et se trouver dirigé vers lsentrée du compresseur. 8. Dispositif de climatisation suivant la revendication 4j caractérise en ce qu'il comprend une vanne de commande d1inver- sion intercalée entre le circuit et les ouvertures d'entrée et de sortie du compresseur, la commutation de cette vanne permettant de fonctionner, soit en chauffage, soit en réfrigération. 9. Dispositif de climatisation suivant ltune quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que, dans le même forage que la canalisation en U, est enterrée au moins une autre canalisation- en U dans laquelle fonctionne an circuit fermé le fluide d'au moins une autre pompe de chaleur-dont l'autre élément est lui aussi enterré dans au moins un autre forage distinct da précédent. 10. Dispositif de climatisation suivant la revendication 9, caractérisé en ce que tous les forages sont remplis d'un liquide antigel. 11. Dispositif de climatisation suivait les revendications 4 et 9, caractérisé en ce qu'il comprend deux pompes de chaleur auxiliaires, à savoir :. - une première pompe de chaleur où la circulation d'un fluide en circuit fermé est commandée par un circulateur entre deux canalisation en U enterrées, l'une dans le forage principal où se trouve déjà la canalisation en U principale, l'autre dans un deuxième forage indépendant - une seconde pompe de chaleur où la circulation d'un fluide en circuit fermé est commandée par un ciroulateur entre deux canalisation en U enterrées, l'une dans le forage principal, l'autre dans un troisième forage indépendant. 12. Dispositif de cli:matisation suivant l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un évaporateur placé dans l'atmosphère ambiante, et relié au circuit fermé de fluide auquel il est raccordé en parallèle sur la canalisation en U enterrée, des vannes thersostatiques à commande automatique assurant - la mise hors circuit de l'évaporateur atmosphérique dès que commence à givrer, et la mise en circuit de la canalisation enterrée - la mise hors circuit de la canalisation enterrée et la mise en service de l'évaporateur atmosphérique pendant tout le temps où celui-ci n'est pas givré.