Brevet FR2295361A1 — publié le 19760716

La présente invention a pour objet un dispositif de climatisation d'enceinte et, plus particulièrement, un dispositif destiné à chauffer ou refroidir une habitation. Le chauffage des locaux à usage d'habitation ou autres est, dans l'immense majorité des cas, réalisé par com- bustion de fuel ou de charbon, soit par électricité. En raison de la pollution importante provoquée par le premier type de chauffage, on a tendance à lui substituer le second type, soit l'électricité. Mais, si au niveau du particulier utilisateur, l'électricité remédie à la pollution, il 5'en demeure pas moins vrai que le chauffage par 1 'électri- cité est onéreux. En effet, l'utilisation pour le chauffage domestique de l'électricité par effet Joule, provient en général de centrales thermiques consommant du fuel et dans lesquelles 4 KW d'énergie produite par le fuel produisent 1 KW d'énergie électrique et dont il faut diminuer les pertes en ligne de transfert. Des tentatives pour utiliser une autre source énergétique associée à d'autres moyens, tels que pompes à chaleur ont été effectuées avec succès, notamment la Maison de la Radio ou le Polytechnicum de Zurich. Nais, dans les deux cas, cela ne fut possible qu'en raison de la proximité immédiate d'une source 1froide1 naturelle. Dans le cas de la Maison de la Radio, le chauffage est réalisé par une pompe à chaleur qui puise les calories nécessaires dans l'eau de la nappe Amibienne. Dans le cas du Polytechnicum de Zurich, c'est le lac de Zurich qui constitue la source froide". On conçoit alors que les petits ensembles et notamment les maisons individuelles ne peuvent & re chauffées par ce système, car il n'existe pas obligatoirement une nappe phréatique à proximité, sans prendre en compte le cont du forage nécessaire pour parvenir à ladite nappe phréatique. C'est pourquoi, on a réservé ce moyen de chauffage aux grands ensembles de locaux. La présente invention a pour but de proposer un dispositif de climatisation d'enceinte utilisant la pompe à chaleur mais capable d'entre associé à des maisons individuelles existantes ou à concevoir. A cet effet, il est du type comportant un premier circuit de fluide à traiter provenant de l'enceinte à climatiser, une pompe à chaleur associée audit circuit de fluide caloporteur, et caractérisé en ce que le circuit de fluide caloporteur débouche dans au moins un tube bon conducteur thermique,d'une part fermé de façon étanche à ses deux extrémités et logé dans un trou foré dans le sol et, d'autre part, au moins partiellement rempli du fluide caloporteur. En effet, l'inventeur a constaté que le sol constituait une source froide illimitée et que la température, au-delà de la couche superficielle soumise aux variations atmosphériques ambiantes, était pratiquement constante, et voisine de 140 C. Dès lors, il est possible d'utiliser les pompes à chaleur actuellement commercialisées sans être dans l'obligation de surdimensionner le compresseur et/ou l1évaporateur des pompes à chaleur, comme cela serait le cas si on utilisait l'air atmosphérique comme source froide, et d'avoir une efficacité de ladite pompe à chaleur aussi grande que possible puisque, d'une part, on peut disposer d'une source froide à une température relativement élevée et pratiquement constante et que, d'autre part, l'écart des températures entre les sources chaude et froide est stable. Selon une autre caractéristique, le tube et le second circuit sont constamment pleins de fluide caloporteur, ce qui permet d'avoir un circuit fermé et d'éviter le renouvellement du fluide caloporteur. Selon une autre caractéristique, une des conduites de circulation du circuit du fluide caloporteur est thermiquement isolante, de façon à éviter un échange thermique entre la conduite d'aspiration et le milieu de remplissage du tube. Selon une autre caractéristique, l'extrémité inférieure d'une des conduites de circulation est située à proximité du fond du tube, tandis que l'extrémité inférieure de 1 'autre conduite de circulation débouche dans ledit tube à proximité de la face supérieure. De cette manière, le fluide au contact du tube tout au long de sa descente prend progressivement la température du sol, avant d'entre aspiré à nouveau par la conduite thermiquement isolante. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront à la lecture de la description donnée ci-dessous à titre indicatif mais non limitatif, ainsi que du dessin annexé sur lequel la figure unique est une représentation schématique, en coupe, du dispositif selon l'invention. Une pompe à chaleur comporte schématiquement un échangeur (1) auquel est relié un circuit d'amenée du fluide d'une source froide et dans lequel les calories dudit fluide sont transférées à un autre fluide circulant dans un autre circuit intermédiaire (2) et capable de changer d'état. Le fluide provenant de la source froide étant porteur de calories, il sera défini ici comme un fluide caloporteur. Le changement d'état du fluide circulant dans le circuit intermédiaire s 'accompagne d'une variation de température, laquelle est susceptible d'étire transférée, par l'intermédiaire d'un échangeur (3) à un autre circuit (4) dans lequel circule un fluide à traiter. Parmi les fluides utilisés dans le circuit intermédiaire (2), on peut citer les différents types de fréon, les propane et butane, l'ammoniac, etc...Lorsque ces fluides arrivent sous forme gazeuse dans un compresseur (5), ils sont transformés en liquide avec une augmentation élevée en température, puis après passage dans l'échangeur (3) où ils restituent une partie de leurs calories au fluide à traiter qui peut être de l'eau ou mieux encore de l'air, ils passent dans une chambre de détente (6), ce dernier passage ayant pour objet de les transforner à nouveau en gaz avec abaissement de la température, avant d'atteindre l'échangeur (1) où, à nouveau, ils récupèrent une partie des calories du fluide caloporteur. Le cycle est ainsi fermé. L'efficacité d'une pompe à chaleur telle que décrite succinctement ci-dessus, dépend essentiellement du rapport de la température absolue TC de la source chaude sur l'écart hT des températures entre la source chaude, matérialisée dans le cas évoqué par l'échangeur (3) et la source froide, matérialisée par l'échangeur (1). Ainsi, plus l'écart ssT est faible et plus l'efficacité de la pompe est grande. I1 s'ensuit qu'il y a lieu de prendre une source froide présentant une température la plus haute et la plus stable possible afin de ne pas surdimensionner telle ou telle partie de la pompe à chaleur pour compenser la température relativement basse de la source froide et/ou ses variations de température. Or, les différentes mesures et essais effectués, ont permis de constater qu'au-deld de la couche superficielle soumise aux conditions atmosphériques, le sol (7) constituait une inépuisable source de calories et que la température restait relativement stable, quelles que soient les saisons, cette température étant située entre 12 et l40C dans le cas général, et pouvant entre voisine de 2O0C dans certaines régions privilégiées. De ce fait, l'inventeur a été amené à forer un trou (8) d'une profondeur voisine de cinquante mètres et à y introduire un tube métallique (9) bon conducteur thermique, capable de transférer les calories présentes dans le sol à un fluide caloporteur qui remplit au moins partiellement ledit tube qui est fermé de façon que les milieux ambiants perturbent le moins possible ledit fluide caloporteur. De préférence, le tube métallique (9) est sensiblement vertical et présente une grande hauteur qui est égale ou légèrement supérieure à la profondeur du trou (8), par rapport à la section de manière à avoir une grande surface d'échange par rapport au volume. Dans le couvercle (10) sont ménagés deux orifices équipés de presse-étoupe pour le passage étanche de deux conduites de circulation (Il) et (12) du circuit du fluide caloporteur, destinées à titre reliées à l'échangeur (1) de la pompe à chaleur. La conduite d'admission (11) débouche dans le tube (9) à proximité du couvercle (10) de manière à permettre au fluide caloporteur refroidi par le passage dans l'échangeur (1), de s'écouler le long de la paroi verticale (13) du tube (9), afin d' absorber des calories du sol (7). Lorsqu'il arrive au fond du tube (9), il est aspiré dans la conduite (12) dont l'extrémité inférieure est située à proximité dudit fond, l'aspiration étant effectuée par une pompe (14) montée sur ladite conduite d'aspiration (12). I1 faut noter que la conduite d'aspiration est de préférence en un matériau mauvais conducteur thermique, par exemple en plastique, pour éviter le plus possible un échange thermique à l'intérieur du tube. De la mtme manière, on peut le monter coulissant pour faire varier sa position dans le tube (9) dans le cas où on souhaiterait diminuer la différence de niveau entre les extrémités libres des conduites (11) et (12). Dans l'exemple de réalisation préféré de l'invention, les conduites (11) et (12) ainsi que le circuit de la pompe à chaleur qui leur est associé, et le tube, sont entièrement pleins de fluide caloporteur qui peut ttre de 1 'eau additionnée éventuellement d'un produit abaissant sa température de congélation tel qu'un glycol. Il est possible qu'au cours du forage du trou (8), on rencontre une nappe alluviale ou plus exactement une nappe d'eau en circulation. Dans ce cas, on peut utiliser les calories de cette eau en mouvement et, à cet effet, pour un transfert thermique par convection, on remplit au moins partiellement, mais de préférence totalement, l'espace compris entre le tube (9) et le trou (8) par un garnissage (15) de matériaux dont les caractéristiques physiques permettent la circulation de l'eau, c'est-à-dire qu'il soit aisément perméable à l'eau qui s'infiltrera par les interstices des éléments constituant les matériaux. La granulométrie desdits éléments est choisie pour permettre une circulation facile de l'eau autour du tube (9) tout en assurant l'immobilisation latérale de celui-ci dans le trou (8). Si on ne dispose pas d'eau en mouvement, on assure le transfert thermique avec le sol par conduction solide, en utilisant un garnissage (15) bon conducteur thermique et constitué par exemple par des billettes ou des copeaux métalliques ou encore par un agrégat de quart site ou de ferrophosphate ou d'autres produits minéraux bons conducteurs thermiques. Ainsi, grâce à l'invention, on peut chauffer l'hiver ou refroidir l'tété les maisons individuelles, l'adaptation pour passer du chauffage au refroidissement consistant à détendre la gaz avant l'échangeur (3) de manière à abaisser la température. On a décrit le dispositif avec un seul trou (8) et un tube (9). Nais on peut également d'une part augmenter la surface d'échange entre le sol et le fluide caloporteur en augmentant les diamètres desdits trou et tube et/ou réaliser l'installation avec plusieurs trous comportant chacun un ou plusieurs tubes et associés ensemble à une ou plusieurs pompes à chaleur. Dans un autre mode de réalisation qui exige une parfaite étanchéité du circuit caloporteur, on court-circuite l'échangeur (1) en faisant circuler directement le gaz liquéfiable de la pompe de chaleur dans le tube (15), en l'admettant par le tube (11), et en connectant le tube d'aspiration (12) sur l'aspiration du compresseur de la pompe de chaleur. On élimine ainsi un échangeur et une pompe de circulation, et on améliore le rendement du dispositif. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus' mais en couvre au contraire toutes les variantes. RHVHND ICAI ONS 1) Dispositif de climatisation d'enceinte du type comportant un premier circuit de fluide à traiter provenant de l'enceinte à climatiser, une pompe à chaleur associée audit circuit de fluide à traiter et à un second circuit de fluide caloporteur, caractérisé en ce que le circuit de fluide caloporteur débouche dans au moins un tube bon conducteur thermique, d'une part fermé de façon étanche à ses deux extrémités et logé dans un trou foré dans le sol et, d'autre part, au moins partiellement rempli du fluide caloporteur. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube et le second circuit sont constamment pleins de fluide caloporteur. 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins une des conduites du circuit de circulation du fluide caloporteur est thermiquement isolante. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que 1 'extrémité inférieure d'une des conduites de circulation est située à proximité du fond du tube tandis que l'extrémité inférieure de 1 'autre conduite de circulation débouche dans ledit tube à proximité de la face supérieure. 5) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1 'espace annulaire délimité par le sol et le tube est au moins partiellement rempli par un garnissage perméable à l'eau. 6) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace annulaire délimité par le sol et le tube est rempli sur au moins une partie de sa hauteur par un garnissage bon conducteur thermique et constitué notamment par des billettes ou copeaux métalliques. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le garnissage est constitué par un agrégat de quartsite ou de ferrophosphate. 8) Dispositif selon l'une des revendications 1, 3 ou 4, caractérisé en ce que sur l'une des conduites de circulation du fluide caloporteur est disposée une pompe. 9) Dispositif selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est de l'eau, éventuellement additionnée d'un produit abaissant sa température de congélation. lo) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est le gaz liquéfiable de la pompe à chaleur. 11) Dispositif selon les revendications 1 à 10 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le tube est disposé dans le trou dans une position sensiblement verticale et présente une hauteur relativement grande par rapport à sa section.