Brevet FR2258596A1 — publié le 19750818

Les installations à pompe à chaleur destinées au chauffage de logements comportent de façon connue un circuit à compresseur pour ia circu lation d'un fluide se pretant à l'absorption et à la cession de chaleur, du Fréon par exemple, un évaporateur inséré dans le circuit pour absorber de la chaleur du sol, de l'eau ou de l'air, et un condensateur pour la cession de chaleur à une installation de chauffage. L'évaporateur inséré dans le circuit à compresseur est habituellement réalisé sous forme d'un serpentin enterré ou immergé, parcouru par le fluide frigorigène et fonctionnant en échangeur de chaleur entre le fluide frigorigène et liteau ou le sol environnant. Le coût très élevé de réalisation des installations à pompe à chaleur connues est essentiellement imputable à la nécessité de recourir à des monteurs spécialisés pour le montage des éléments constituant l'instal- lation au lieu d'utilisation. Lorsqu'un serpentin enterré est employé pour absorber de la chaleur du sol, ce qui est le cas normal, les extrémités du serpentin doivent etre raccordées au circuit à compresseur de la pompe à chaleur, ce qui exige beaucoup de soin et de compétence. I1 en est de meme pour les autres éléments à insérer dans le circuit à compresseur.De telles installations à pompe à chaleur "sur mesure',, devant être adaptées dans chaque cas aux conditions locales, sont par suite relativement coateuses, ce qui contribue notablement au fait que la ren tabilité d'installations à pompe de chaleur est inférieure à celle d;ins- tallations de chauffage au mazout de capacité équivalente pour le chauffage de logements. L'invention vise à réduire notablement les couts de réalisation d'installations à pompe de chaleur de ce type. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un élément est fabriqué en série avec un compresseur, dont les tubulures d'aspiration et de refoulement sont reliées à un circuit fermé pour la circulation d'un fluide se pretant à l'absorption et à la cession de chaleur, et comportant deux échangeurs de chaleur avec des organes de raccordement aux autres parties de llins- taflation, puisest disposé au lieu d'utilisation, où les ondes de raccordement d'un échangeur de chaleur, inséré dans la canalisation d'aspiration du compresseur, sont reliés à un échangeur de chaleur emprun tant de la chaleur au sol, à liteau ou à l'air, et les organes de raccordement du second échangeur de chaleur, inséré dans-la canalisation de refoulement du compresseur, sont reliés à une installation de chauffage par eau ou par air. Les avantages suivants résultent de la division selon l'invention de la réalisation de l'installation à pompe de chaleur en deux phases, à savoir : 1) fabrication en série de l'élément principal de l'installation à l'échelle industrielle, 2) montage de cet élément âu lieu d'utilisation, puis branchement des organes de raccordement de l'élément aux installations permanentes destinées à l'absorption et à la cession de chaleur. a) La production à l'échelle industrielle réduit notablement les couts de fabrication des parties essentielles de l'installation (élément principal). b) Le travail de montage critique exigeant une main d'oeuvre très qualifiée, et notamment la fabrication et le remplissage du circuit fermé à compresseur, se fait dans une usine disposant d'un personnel qualifié, tant pour la production que pour le contrôle de la qualité du travail effectué. c) Le travail à effectuer au lieu d'utilisation n'exige aucun personnel qualifié, mais peut être confié des personnes sans qualification professionnelle, en cas de montage par les soins de l'utilisateur par exemple. Ce travail consiste essentiellement à poser un serpentin, réalisable par extrusion d'une matière thermoplastique, et à relier ses deux extrémités à deux des organes de raccordement de l'élément principal,tandis que les autres organes de raccordement sont reliés à une installation de chauffage existante, posant être une instal lation de chauffage central à circulation d'eau chaude ou une instal lation de chauffage par air quand un échangeur de chaleur de l'élément principal est équipé en consequence. L'invention permet par ailleurs une adaptation simple de la capacité de l'installation à pompe de chaleur aux besoins de chauffage considérés. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'installation à pompe à chaleur est constituée à l'aide de deux ou plusieurs éléments, par interconnexion de leurs organes de raccordement correspondants afin de former un groupe ayant une capacité multiple de celle dsun Elément, puis ledit groupe est relié aux autres parties de l'installation à pompe à chaleur de la même façon qu'un élément unique.L'installation peut être constituée dans ce cas par 1, 2 ou plusieurs éléments réalisables sous forme d'unités normalisées, assemblées en usine pour former un groupe ayant une capacité correspondant aux besoins calorifiques au lieu d'utilisation. I1 est ainsi possible de limiter la fabrication à un type standard, de sorte que le prix d'achat est beaucoup plus faible pour les divers utilisateurs que s'il fallait un type de compresseur spécialement adapté à chaque installation particulière. L'invention a également pour objet un élément de pompe à chaleur, destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et caractérisé par l'assemblage d'un compresseur et de deux échangeurs de chaleur, dont le premier est inséré dans la canalisation d'aspiration du compresseur et comporte des organes de raccordement à un circuit d'eau avec un échangeur de chaleur enterré ou immergé, tandis que le second échangeur de chaleur est inséré dans la canalisation de refoulement du compresseur et comporte des organes de raccordement à une installation de chauffage par eau ou par air.Un tel élément se prête bien à la fabrication industrielle et peut etre réalisé sous forme d'une unité compacte, facile à transporter jusqu'au lieu d'utilisation, à installer, puis à raccorder aux installations permanentes existantes pour l'absorption et la cession de chaleur. Cette unité peut etre constituée selon l'invention par deux échangeurs de chaleur identiques, isolés thermiquement et logés avec le compresseur dans une enveloppe calorifuge. avec cette forme de réalisation, il suffit de produire un seul type d'échangeur de chaleur, après quoi deux échangeurs de chaleur sont assemblés avec le compresseur, puis logés en usine dans l'enveloppe calorifuge. L'invention permet aussi la réalisation d'un échangeur de chaleur simple et économique. Selon'une autre caractéristique de l'invention, chaque échangeur de chaleur est constitué par un,réservoir d'eau, muni de tubulures pour le raccordement à un circuit d'eau, et de serpentins immergés dans le réservoir et insérés dans le circuit du compresseur. Afin d'obtenir la conductibilité thermique maximale et selon une autre caractéristique de l'invention, chaque échangeur de chaleur peut etre constitué par un serpentin intérieur, entouré par un serpentin extérieur et muni de tubulures pour le raccordement de l'eau qui y circule, tandis que le canal formé entre les deux serpentins est inséré par des tubulures au serpentin extérieur inséré dans le circuit du compresseur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente le schéma de principe d'un circuit à compresseur faisant partie d'une installation à pompe à chaleur traditionnelle; la figure 2 est une élévation latérale avec coupe partielle d'une forme de réalisation de l'élément de pompe à chaleur selon l'invention; la figure 3 est le plan correspondant à la figure 2, avec des organes pour le raccordement de l'élément à des circuits permanents d'absorption et de cession de cha'eur; la figure 4 représente une variante d'un échangeur de chaleur faisant partie de l'élément de pompe à chaleur; la figure 5 représente le schéma d'un groupe constitué par deux éléments selon figures 2 et 3; la figure 6 représente une variante de l'échangeur de chaleur; la figure 7 est une élévation latérale d'une variante de l'élément de pompe à chaleur selon l'invention, comportant deux échangeurs de chaleur selon la figure 6; la figure 8-est une coupe suivant l'axe VIII-VIII de la figure 7; la figure 9 représente le schéma d'un groupe constitué par trois éléments selon figures 7 et 8; et la figure 10 représente le schéma d'une variante des canalisations du groupe selon figure 9. Le circuit de compresseur CC représenté à la figure 1 fait partie de l'élément de pompe à chaleur selon l'invention, décrit ci-dessous, et comporte un compresseur C avec une tubulure d'aspiration C et une tubulure de refoulement P, un évaporateur yl, dont les extrémités sont désignées par cl et dl, une soupape de détente ou un tube capillaire e et un condenseur y2, dont les extrémités sont désignées par c2 et d2. Dans le circuit du compresseur circule un fluide se prêtant à l'absorption de chaleur dans l'évaporateur yl et à la cession de chaleur dans le condensateur y2, du type habituel dans les installations frigorifiques, du Fréon par exemple. Pendant sa circulation dans le circuit du compresseur CC (f igure 1), dans le sens P-c2-y2-d 2-e-cl -yl -dl -S, le fluide se trowe en phase vapeur pendant son passage dans e et yl, jusqu'a S, et absorbe de la chaleur dans l'évaporateur yl, il est ensuite liquéfié dans le compresseur C et cède de la chaleur pendant son passage dans le condenseur y2. Ce principe est appliqué comme suit dans les installations à pompe de chaleur connues : l'évaporateur est un serpentin enterré ou immergé et le condenseur fait partie d'une installation de chauffage. Dans l'élément de pompe à chaleur selon l'invention, représenté sur les figures 2 et 3, l'évaporateur yl et le condenseur y2 sont par contre logés chacun dans deux échangeurs de chaleur identiques Xl et X2, formant avec le compresseur C une unité compacte U, logée dans une enveloppe calorifuge H.Chacun des deux échangeurs de chaleur X1 et X2 est réalisé sous forme d'un réservoir d'eau muni de tubulures de raccordement al, bl ou a2, b2 qui, dans le cas d'un élément de pompe à chaleur installé au lieu d'utilisation, peuvent être reliés à des tubulures correspondantes A1, B1; A2, B2 reliant les échangeurs de chaleur Xl et X2 respectivement à un serpentin Rl absorbant de la chaleur dans le sol ou dans liteau, ou à un circuit de circulation R2 d'une installation de chauffage.Une pompe P1 ou P2 maintient dans chaque circuit un courant d'eau wl ou w2 qui circule dans l'échangeur de chaleur Xl ou XZ Le courant d'eau wl absorbe de la chaleur dans l'échangeur X1 tandis que le courant d'eau w2 circulant dans 1 'échangeur X2 cède de la chaleur à l'installation de chauffage. La figure 4 représente une variante de l'échangeur de chaleur X2, réalisé dans ce cas en échangeur de chaleur à air et comportant une soufflante centrifuge CB qui fait circuler un courant d'air L dans un conduit d'air D contenant le condenseur y2, et relié par un organe d'accouplement E à un conduit d'admission F d'une installation de chauffage par air. Le courant d'air circulant dans le conduit D est chauffé par le condenseur y2 et cède sa chaleur à l'installation de chauffage par air. La figure 5 représente le schéma d'un groupe constitué par deux éléments de pompe à chaleur U1 et U2 du type illustré par les figures 2et 3. Dans cette forme de réalisation, les tubulures al et bl de l'échangeur de chaleur X1 et les tubulures al et bl de l'échangeur de chaleur X2 sont reliées respectivement par des canalisations collectrices Aval, Bbl ou Aa2, Bb2, que des organes d'accouplement permettent de relier au circuit d'eau représente à la figure 3. L'échangeur de chaleur représenté à la figure 6 est constitué par un serpentin extérieur x et un serpentin intérieur, entouré par le précédent et dont les extrémités sont munies de tubulures a et b pour le raccordement à un circuit d'eau, Le serpentin extérieur x est muni de tubulures c et d insérées dans le circuit du compresseur, de sorte que l'espace y compris entre les deux serpentins est parcouru par le fluide qui cède de la chaleur au courant d'eau circulant dans le serpe; tin Z ou lui en prélève. Les figures 7 et 8 représentent un élément de pompe à chaleur U constitué par deux échangeurs de chaleur X1 et X2 selon figure 3. L'échangeur Xl est disposé au-dessus de l'échangeur X2. Les deux échangeurs de chaleur et le compresseur C sont logés dans une enveloppe H en matériau calorifuge pour former une unité en caisson. Par raison de simplicité, les connexions établies entre les tubulures S et P du compresseur et les tubulures cl, dl et c2, d2 des échangeurs de chaleur pour former le circuit de la figure 1 ne sont pas représentées sur les figures 7 et 8. La figure 9 représente, de la m & e façon que la figure 5, un groupe constitué par trois éléments U1, U2, U3 selon figures 7 et 8 et dans lequel les tubulures correspondantes al, bl et a2, b2 sont reliées en parallèle par raccordement aux canalisations collectrices Aal, Bbl et Aa2, Bb2, dont les extrémités portent des organes d'accouplement pour le raccordement aux tubulures Al, B1 et A2, B2 représentées sur la figure 3. Au lieu du branchement en parallèle selon figure 9, les canalisations des trois éléments U1, U2 et U3 peuvent aussi etre branchées en série, comme l'indique la figure 10. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Procédé pour la réalisation d'une installation à pompe de chaleur, caractérisé en ce qu'un élément est fabriqué en série avec un compresseur, dont les tubulures d'aspiration et de refoulement sont reliées à un circuit fermé pour la circulation dtun fluide se pretant à L'absorption et à la cession de chialeur, et comportant deux échangeurs de chaleur avec des organes de raccordement aux autres parties de l'installation, puis est disposé au lieu d'utilisation, où les organes de raccordement d'un échangeur de chaleur, inséré dans la canalisation d'aspiration du compresseur, sont reliés à un échangeur de chaleur empruntant de la chaleur au sol, à l'eau ou à l'air et les organes du second échangeur de chaleur, inséré dans la canalisation de refoulement du compresseur, sont reliés à une installation de chauffage par eau ou par air. 2. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que l'installation -à pompe de chaleur est constituée à l'aide de deux ou plusieurs éléments, -par interconnexion de leurs organes de raccordement correspondants afin de former un groupe ayant une capacité multiple de celle d > un éIément, puis ledit groupe est relié aux autres parties de l'installation à pompe de chaleur, de la mEme façon qu'un élément unique. 3. Elément de pompe à chaleur pour la mise en oeuvre du procédé selon revendication 1, caractérisé par l'assemblage d'un compresseur et de deux échangeurs de chaleur, dont le premier est inséré dans la canalisation d'aspiration du compresseur et comporte des organes de raccordement à un circuit d'eau avec un échangeur de chaleur enterré ou immergé, tandis que le second échangeur de chaleur est inséré dans la canalisation de refoulement du compresseur et comporte des organes de raccordement à une installation de chauffage par eau ou par air. 4. Elément de pompe à chaleur selon revendication 3, caractérisé par deux échangeurs de chaleur identiques, isolés thermiquement et logés avec le compresseur dans une enveloppe calorifuge, 5. Elément de pompe å chaleur selon revendications 3 et 4, caractérisé en ce que chaque échangeur de chaleur est constitué par un réservoir d'eau muni de tubulures de raccordement à un circuit d'eau et de serpentins immergés dans le réservoir et inséré dans le circuit du compresseur. 6. Elément de pompe à chaleur selon revendications 3 et 4, caractérisé en ce que chaque échangeur de chaleur est constitué par un serpentin intérieur, entouré par un serpentin extérieur et muni de tubulures pour te courant d'eau qui y circule, et le conduit formé entre les deux serpentins est inséré par des tubulures au serpentin extérieur inséré dans le circuit du compresseur.