Brevet FR2312736A1 — publié le 19761224

La présente invention se rapporte à la réalisation d'une "pompe de chaleur ",dont on rappelle la définition: il s'agit d'une installation combinée de chauffage et de réfrigération, comprenant un compresseur,alimenté par l'électricité,qui fait circuler un fluide frigorigène dans un circuit comportant un détendeur et deux échangeurs de chaleur.L'un, appelé évaporateur,absorbe des calories dans l'enceinte où il se trouve et,de ce fait,entraine un refroidissement de cette enceinte;l'autre, appelé condenseur, rejette les calories absorbées par l'évaporateur et permet donc le chauffage d'une seconde enceinte. Une telle installation peut donc assurer à la fois le chauffage et la production de froid, selon les besoins de l'utilisateur, et il est en général utilisé pour le conditionnement d'air dans des locaux divers, et ceci de la manière suivante: le condenseur sert au chauffage en hiver et à l'évacuation des calories en été,tandis que l'évaporateur sert à l'absorption des calories extérieures en hiver et à l'absorption des calories intérieures en été. L'enceinte constituée par le local à climatiser doit donc être en relation avec le condenseur en hiver et avec l'évaporateur en été. Actuellement, cette inversion est obtenue en modi fiant,automatiquement ou manuellement, le circuit du fluide frigorifique, de manière que le condenseur devienne l'évaporateur et vice-versa, grâce à un ensemble de vannes qui complique sérieusement la réalisation de la pompe de chaleur. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. Â cet effet, elle a pour objet une pompe de chaleur dans laquelle le fluide frigorigêne décrit un circuit invariable passant par l'évaporateur et le condenseur, et dans laquelle il est prévu deux volets mobiles d'inversion du passage de l'air,aptes à diriger soit vers l'évaporateur,soit vers le condenseur,l'air envoyé dans le local à traiter, et, corrélativement, à diriger soit vers le condenseur,soit vers l'évaporateur1 l'air envoyé ven 1' extérieur. Ainsi le passage de l'utilisation en chauffage à l'utilisation en refroidissement peut s'effectuer très simplement,par déplacement de deux volets, sans aucune modification du circuit de fluide frigorigène,fréon ou autre. Suivant une forme de réalisation de cette pompe à chaleur, les volets mobiles d'inversion du passage de l'air précités sont disposés aux extrémités du caisson de la pompe de chaleur,et montés pivotants autour d'un même axe.Ces volets sont par exemple disposés,l'un, à lar base du caisson, et l'autre, à son sommet,et ils peuvent être liés en rotation, de manière à permettre leur commande simultanée. Dans une forme particulière d'exécution, les deux volets sont logés dans des chambres respectives, l'une inférieure,l'autre supérieure,communiquant par l'intermédiaire de deux conduits verticaux dans lesquels sont placés l'évaporateur et le condenseur,des ouvertures de forme triangulaire étant prévues pour le passage de l'air de la chambre inférieure dans ces conduits et de ces conduits dans la chambre supérieure. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit,en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif,une forme d'exécution de cette pompe de chaleur: Figure 1 est une vue très schématique de l'installation, en position " hiver ; Figure 2 est une vue similaire à la figure I,en position été "; Figure 3 représente, de façon plus précise, l'installation en perspective,dans un mode de réalisation particulier et en position " hiver"; Figure 4 est une vue similaire à la figure 3,en position " été ". Comme le montrent les figures 1 et 2, l'invention concerne, dans l'exemple représenté, une pompe de chaleur du type " airair " dans laquelle le fluide frigorigène décrit un circuit invariable,connu en soi et non représenté,passant notamment par un compresseur 1, un évaporateur 2 et un condenseur 3. Ces organes sont logés à l'intérieur d'un caisson 4 divisé en deux conduits verticaux 5 et 6 par une cloison médiane 7. L'évaporateur 2 est placé dans le premier conduit 5;le condenseur 3 est placé dans le second conduit 6. Le compresseur 1 est par exemple logé à l'intérieur de ce conduit 6,sous le condenseur 3, et des résistances additionnelles 8 peuvent être disposées sous l'évaporateur 2. Dans l'exemple ici considéré,la pompe de chaleur s'applique à une installation de climatisation pour locaux d'habitation et il est donc prévu -a la base du caisson 4, une première arrivée d'air 9 en provenance de l'extérieur et une seconde arrivée d'air 10 repris à l'intérieur du local à traiter,ces deux arrivées aboutissant dans une chambre inférieure 11 du caisson; - au sommet de ce caisson 4, une première gaine 12 se dirigeant vers l'extérieur et une seconde gaine 13 se dirigeant vers le local à traiter,ces deux gaines communiquant avec une chambre supérieure 14 du caisson. La chambre inférieure 71 et la chambre supérieure 14 communiquant par l'intermédiaire des conduits verticaux 5 et 6. En réalité, les circuits sont un peu plus complexes à la partie inférieure du caisson 4,où un conduit de renouvellement d'air 15 relie encore l'arrivée d'air 9 en provenance de l'extérieur à l'arrivée d'air 10 repris à l'intérieur du local, et où un autre conduit 16, débouchant dans le conduit 9,peut assurer 11 extraction de l'air en provenance d'une cuisine, d'une salle de bain ou d'un WC. Le principe de l'invention, illustré par les figures 1 et 2, consiste à inverser le passage de l'air en provenance de l'extérieur, arrivant en 9, ainsi que le passage de l'air repris à ltintérieur du local, arrivant en 10, de manière que chacun des flux d'air puisse être dirigé soit vers le conduit 5 où se trouve l'évaporateur 2, soit vers le conduit 6 oû se trouve le condenseur 3. Ainsi en hiver, lorsqu'il s'agit d'envoyer de l'air chaud dans le local à traiter, l'air repris à l'intérieur de ce local, arrivant en 10, est orienté dans le conduit 6 où il reçoit les calories rejetées par le condenseur 3, puis est ramené vers le local par la gaine 13. En sêue temps, l'air provenant de l'exté rieur,arrivant en t , auquel s'ajoute l'air extrait par le con- duit 16,est orienté dans le conduit 5 où l'évaporateur 2 "pompe" ses calories,puis est évacué par la gaine 12. À l'inverse, en été,lorsque l'on désire amener de l'air frais dans le local à traiter, l'air repris à l'intérieur de ce local, arrivant en 10, est orienté dans le conduit 5 où il cède ses calories à l'évaporateur 2,puis est ramené dans le local par la gaine 13. En m8ve temps, l'air provenant de l'ex- térieur,arrivant en 9, auquel s'ajoute l'air extrait par le conduit 16, est orienté dans le conduit 6 où le condenseur 3 lui cède des calories;puis cet air est de nouveau dirigé vers l'extérieur par la gaine 12. Le circuit d'air " intérieur " a été représenté schématiquement par un trait continu 17, et le circuit d'air " extérieur", par un trait pointillé 18, ceci sur les différentes vues du dessin,afin de bien distinguer ces deux circulations. Dans la pratique,pour orienter convenablement l'air suivant les deux possibilités expliquées ci-dessus,en référence aux figures 1 et 2 qui sont de simples schémas de principe,on utilise deux volets mobiles 19 et 20 visibles aux figures 3 et 4. Le premier volet 19 est logé à l'intérieur de la chambre inférieure 11 et est monté pivotant autour d'un axe vertical 21, de manière à pouvoir se déplacer entre deux positions extrêmes où il se trouve orienté sensiblement en diagonale. L'arrivée d'air 9 en provenance de l'extérieur débouche dans une ouverture 22 ménagée sur le côté droit de la chambre 11,tandis que l'arrivée d'air 10 repris à l'intérieur du local débouche dans une ouverture 23 ménagée sur la face arrière de la chambre 11.La cloison horizontale supérieure 24 de cette chambre présente, quant à elle, de part et d'autre de la cloison médiane verticale 2, deux ouvertures triangulaires 25 et 26 permettant le passage vers les conduits respectifs 5 et 6. Le second volet 20 est logé à l'intérieur de la chambre supérieure 14 et est monté pivotant autour du même axe que le premier volet,de manière à pouvoir,lui aussi, se déplacer entre deux positions extrêmes où il se trouve orienté sensiblement en diagonale.La cloison horizontale inférieure 27 de la chambre 14 présente, de part et d'autre de la cloison médiane verticale deux ouvertures triangulaires 28 et 29 correspondant aux ouvertures respectives 25 et 26 de la cloison 24. La cloison horizontale supérieure 30 de la chambre 14 présente,quant à elle, deux autres ouvertures sensiblement triangulaires 37 et 32 qui, dans une vue en plan, se situeraient entre les ouvertures 28 et 29 de la plaque 27. Le caisson 4 se prolonge, au-dessus de la chambre 14, par deux compartiments 33 et )5,séparés par une cloison verticale 35 perpendiculaire à la cloison verticale Z. Dans ces compartiments 33 et 34 sont logées les turbines qui mettent l'air en mouvement dans les circuits " intérieur " et " extérieur En position " hiver ",représentée à la figure 3,ces circuits d'air sruit les suivants L'air repris à l'intérieur du local à traiter,entrant par l'ouverture 23 dans la chambre inférieure Il, est guidé par le volet 19 vers l'ouverture 26 qui lui permet de parvenir dans le conduit 6 où se trouve le condenseur 3.Cet air s'échappe ensuite par l'ouverture 29, la chambre supérieure 14,l'ouverture 32 et le compartiment 34 (voir les flèches en trait continu). L'air provenant de l'extérieur,entrant par l'ouverture 22 dans la chambre inférieure 11, est guidé par le volet 19 vers l'ouverture 25 qui lui permet de parvenir dans le conduit 5 où se trouve l'évaporateur 2; cet air s'échappe ensuite par l'ouverture 28, la chambre supérieure 14, l'ouverture 31 et le compartiment 33 ( voir les flèches en trait pointillé). Pour passer dans la position " été ",représentée à la figure 4, il suffit de faire pivoter les deux volets 19 et 20 autour de leur axe commun 21, la commande des deux volets pouvant être simultanée s'ils sont solidaires d'une même tige.Les circuits d'air s'établissent alors comme suit L'air repris à l'intérieur du local entre toujours dans la chambre 11 par son ouverture 23 mais il est maintenant guidé par le volet 19, occupant son autre position extrême,vers l'ouverture 25 qui lui permet de parvenir dans le conduit 5 où se trouve l'évaporateur 2; cet air s'échappe ensuite par l'ouverture 28, la chambre 14, l'ouverture 33 et le compartiment 34 ( voir les flèches en trait continu). L'air provenant de l'extérieur, entrant toujours par l'ouverture 22 dans la chambre 11, est guidé par le volet 19 vers louverture 26 qui lui permet de parvenir dans le conduit 6 où se trouve le condenseur 3; cet air s'échappe ensuite par l'ouverture 29, la chambre 14, l'ouverture 32 et le compartiment 33(voir les flèches en trait pointillé ). En réalité, le fonctionnement est un peu plus complexe puisque les circuits " intérieur n et n extérieur " ne sont pas complètement séparés : de l'air neuf, en provenance de l'extérieur par l'arrivée 9, passe par le conduit de renouvellement 15 pour s'ajouter à l'air repris à l'intérieur du local,tandis que de l'air est extrait de ce local et rejeté à l'extérieur par le conduit 16 ( voir figures 1 et 2). Deux volets réglables 36 et 37, placés l'un au départ du conduit 15, l'autre au débouché du conduit 16, permettent d'agir simultanément sur les sections de ces deux conduits,de manière à obtenir l'égalité des débits d'air extrait et d'air neuf. Cette dispositif assure donc un parfait équilibre des débits et évite toute surpression ou dépression dans ie local à traiter. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette pompe de chaleur qui a été décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif;elle en embrasse,au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application. C'est ainsi que l'on ne s'éloignerait pas de l'esprit de l'invention en prévoyant par exemple une disposition horizontale et non plus verticale des différentes parties décrites ci-dessus, ou en adjoinant à l'installation d'autres échangeurs de chaleur permettant par exemple de chauffer également de l'eau. -REVENDICATIONS 1.- Pompe de chaleur, dans laquelle le fluide frigorigène décrit un circuit invariable passant par l'évaporateur et le condenseur,caractérisée en ce qu'il est prévu deux volets mobiles d'inversion du passage de l'air, aptes à diriger soit vers ltévaporateur,soit vers le condenseur, l'air envoyé dans le local à traiter, et,corrélativement, à diriger soit vers le condenseur,soit vers l'évaporateur,l'air envoyé vers l'extérieur. 2.- Pompe de chaleur selon la revendication 1,caractérisée en ce que les volets mobiles d'inversion du passage de l'air précités sont disposés aux extrémités du caisson de la pompe de chaleur, et montés pivotants autour d'un même axe. 3.- Pompe de chaleur selon la revendication 2,caractérisée en ce que les deux volets sont liés en rotation. 4.- Pompe de chaleur selon la revendication 2 ou 3,caractérisée en ce que les volets précités sont disposés, l'un, à la base du caisson, et l'autre, à son sommet. 5.- Pompe de chaleur selon la revendication 4,caractérisée en ce que les deux volets sont logés dans des chambres respectives, l'une inférieur.e,l'autre supérieure,conuniquant par l'tinter médiaire de deux conduits verticaux dans lesquels sont placés l'évaporateur et le condenseur,des ouvertures de forme triangu laire étant prévues pour le passage de l'air de la chambre inférieure dans ces conduits et de ces conduits dans la chambre supérieure. 6.- Pompe de chaleur selon la revendication 5,caractérisée en ce que la chambre supérieure précitée présente,dans sa cloison supérieure,deux autres ouvertures triangulaires permettant le passage de l'air vers des compartiments dans lesquels sont logées des turbines. 7.- Pompe de chaleur selon l'une quelconque des revendications 4 & 6,caractérisée en ce qu'il est prévu, à la base du caisson, deux autres volets réglables,aptes à assurer un débit égal entre l'air extrait du local à traiter et l'air neuf en provenance de l'extérieur.