Brevet FR2292195A1 — publié le 19760618

Le secteur technique de l'invention est celui des applications des pompes à chaleur. Il est connu que les systèmes de chauffage de locaux d'habitation notannent, à chaudière utilisant un combustible liquide ou gazeux, principalement, sont cause de frais élevés occasionnés par le cott desdits combustibles. Or, dans le cours de l'utilisation, la marche de la chaudière pourrait eAtre évitée, à températures extérieures très légèrement positives, par utilisation de système de chauffage par pompe à chaleur. ta présente invention concerne précisément un tel 8système et plus spécialement un procédé de chauffage, selon lequel, ayant associé à une chaudière à combustible une pompe à chaleur, cette dernière est utilisée sur le circuit à eau de chauffage au lieu et place de ladite chaudière tant que la température extérieure est supérieure à environ +des, alors qu t au-dessous de cette température la chaudière est mise en service et la pompe coupée. Dans la mise en oeuvre d'un tel procédé, on dispose un groupe pompe à chaleur, avec son échangeur fluide calorifique sur eau, en série dans l'installation chaudière-circuit de distribution sur radiateurs, et avec un évaporateur externe ventilé mécaniquement. Un inverseur thereostatique de mesure de température externe assure le passage du fonctionnement sur pompe i celui de la chaudière. Dans une forme d'exécution d'un tel dispositif, le groupe pompe à chaleur est raccordé au circuit d'eau de chaudière par une simple dérivation, pourvu de vannes et de raccords en tubulures souples. n eg fait aussi utilisation de tubulures semi-rigides entre groupe pompe à chaleur et condenseur, d'une part, et évaporateur extérieur ventilé mécaniquement, d'autre part. Ceci est prévu pour,contribuer au silence de fonctionnement de l'installation. En vue de faciliter les démarrages de compresseur de pompe à chaleur et de limiter l'appel de courant électrique, surtout en alimentation monophasée, on dispose sur ce compresseur, entre refoulement et admission, une communication pourvue d'une vanne-d'égalisation de pression; cette vanne est de préférence ouverte temporairement dès l'arret du compresseur. Dans le but de protéger le compresseur des coups de liquide au démarrage en outre, un vase d'arrêt de liquide est prévu sur l'admission. De meme, une dérivation capillaire est prévue sur le détendeur, ce qui évite toute contre-pression dans le refoulement, au démarrage du compresseur, complétant ainsi ltaction de la vanne précitée. I1 est ainsi possible de mette à disposition d'un utilisateur un ensemble entièrement préfabriqué en groupe, pouvant s'intercaler avec facilité sur un chauffage à circulation d'eau existant, en série dans cette circulation, sans rien changer aux caractéristique de l'installation; le branchement électrique, grée aux précautions représentées par ltégalisation des pressions à lwarrêt du compresseur entre aspiration et refoulement, l'absence de phase liquide dans ce dernier, se fait sans difficulté de démarrage avec appel de courant de durée très réduite, ayant une influence très minime sur le réseau distributeur. Cette mompe à chaleur air/eau n'est utilisée qu'en générateur de chaleur, d'ailleurs capable de desservir les besoins en eau sanitaire de l'installation préexistante, à jarret de chaudière et mme en marche d'été. La simplicité de construction et d'installation augmente la fiabilité d'ensemble. Enfin, l'économie d'énergie réalisable est considérable, surtout en ce qui concerne le combustible cher, la marche de la pompe profitant d'ailleurs pleinement de celle qu'entrallne la performance thermique de ce genre d'appareil. La description qui va suivre d'un exemple non limitatif d'une telle installation, va permettre, en regard des dessins annexés, de bien comprendre comment l'invention peut tre mise en pratique. La figure 1 montre un schéma d'une telle installation. La figure 2 montre un schéma électrique de l'agencement de commande. Comme on le voit sur la figure 1, une installation de chauffage central à ciroulation d'eau comprend une série de radiateurs 1, placés en parallèle entre un distributeur 2 et un collecteur 3. Ces tubes distributeur 2 et collecteur 3 sont reliés, l'un à la sortie d'une chaudière 4 à combustible, l'autre à ltentrée. Le plus souvent, la chaudière comprend un ballon de chauffage 5 d'eau sanitaire, intégré ou non à la chaudière. Le circuit dè circulation d'eau comporte deux vannes 6, 7 d'isolement des radiateurs 1 et une vanne de court-circuit 8 pour le fonctionnement en période d'été, au cours de laquelle la chaudière n'assure que le chauffage d'eau sanitaire. Un accélérateur iet monté à la façon la plus courante en aval par rapport à la chaudière 4. Pour réaliser l'installation prévue, ce collecteur 3 est pourvu d'une vanne 10 d'isolement, encadrée par deux piquages à vannes 11, 12, sur lesquels sont branchées des tubulures 13, 14 souples dtamenée et de retour d'eau, alimentant un échangeur eau/ fluide thermodynamique 15, 16 d'un groupe pompe à chaleur 17. Dans ce groupe figurent un compresseur 18 à moteur électrique 19 et un circuit de circulation du fluide thermodynamique comportant, une électrovanne 20 d'égalisation de pression, branchée entre refoulement de compresseur 18 et son admission; sur cette dernière est branchée une capacité 21 d'arrêt de phase liquide dudit flué. Le tube d'admission au compresseur est raccoraé à une tubulure semi-rigide 22 et le tube de refoulement à une tubulure semi-rigide 23, ces tubulures menant à un groupe évaporateur 24 extérieur pourvu d'un moto-ventilateur 25. Un contact thermique externe 26 commande la marche du moteur 20 de compresseur en alternance avec celle de la chaudière 4, grâce à un inverseur 27o Un contact thermostatique intérieur 28 commande également ce moteur, en fonction de la température de l'eau de chauffage. Un capillaire 29 est en by-pass sur un detendeur 30 en amont de l'évaporateur. En utilisation conjointe de la chaudière 4 et du groupe 17, la vanne 10 étant fermée et les vannes 11, 12 ouvertes, si la température extérieure est supérieure à une valeur ae +3 à +5 C, le groupe est actionné par-le contact 26 et l'inverseur 27. Si la température externe est plus basse, l'inverseur 27, sow l'influence du contact 26, arrête le groupe 17 et met en marche la chaudière 4. En marche d'été, seul le groupe est prêt au fonctionnement, les vannes 6 et 7 étant fermées alors que la vanne 8 est ouverte, à l'inverse de ce qui est prévu pour la marche hivernale. Dans cette saison d'été, seul le groupe 1 est en arche et assure le service d'eau chaude sanitaire par l'échangeur 5 de chaudière. Sur ie plan thermodynamique, à une température extérieure supérieure à + 3 +3., T 5 C, choisie pour une marche sans givrage ou colmatage de l'échangeur 24 évaporateur, ce dernier réchauffe sur l'atmosphère, par exemple, le fluide thermodynamique tel qu de ceux qui sont connus sous le nom" réon et prélève donc de la chaleur à-. basse température sur l'atmosphère. e compresseur 18 remonte cette température mécaniquement et distribue ce fluide comprimé et liquéfié, cnaud, à l'échangeur fluide/eau de chauffage 16, 15 à une température de 55 C environ, compte tenu des performances économiquement admissibles des agencements actuels.L'eau de chauffage mise en circulation par ,'accélérateur r traverse le chaudière 4 et l'échangeur eau/eau 5 puis les radiateurs 1 qui sont des échangeurs eauXair. Le contact thermostatique 28 assure la régulation du chauffage par arrêt et remise en marche du moteur 19 de compresseur 18, en fonction de la te-n)érature de l'eau de chauffage. I1 est à remarquer que cette régulation pourrait aussi dépendre d'un thermostat d'ambiance, substitué ou conjugué à l'aquastat 28. Sur le plan mécanique, dès l'arrêt du moteur 19 de compresseur, on procède à une ouverture temporaire de la vanne d'égalisation de pression 20, ce qui assure qu'au démarrage sui vant, le compresseur travaillera sur ses deux faces actives de piston en présence de pressions égales, de sorte que le moteur électrique 19 ne sera pas l'objet d'une pointe d'appel d'intensité autre que celle qui est nécessaire sensiblement pour sa marche à vide. Bien qu'un tel moteur soit, le plus généralement, un moteur asynchrone monophasé à démarrage sur condensateurs, ceci permet de respecter les exigences les plus sévères des distributeurs d'électricité. Le capillaire 29 pariait d'ailleurs dans le temps l'action momentanée de ia vanne 20, au niveau du détendeur. ie schéma électrique de la figure 2 montre en outre d'autres particularités de l'agencement prévu Dans ce schéma, un relais tripolaire 30a est réuni par deux pôles extrêmes à une alimentation monophasée L1 L2. Les palettes mobiles correspondant aux pôles alimentés sont reliées d'une part aux bornes du moteur 19 de compresseur et à celles du moteur de ventilation 25 d'autre part. La palette mobile centrale, non alimentée est reliée par un condensateur 31 à l'une des palettes alimentées, celle de la phase par exemple, et à la borne de démarrage correspondante du moteur 20. Le bobinage 32 de ce relais actionne en outre à l'ouverture en postion active dudit relais, une palette 33 sur un circuit allant de l'alimentation L1 à l'alimentation L2 au travers dtune bobine 20a d'ouverture de vanne 20 d'égalisation de pression puis d'une palette 34 de relais temporisé, puis d'un fusible 35 sur lequel est monté, de are entre L1 et h un voyant 36 de contr8le de lise sous tension. A ce premier réseau d'actionnement est adjoint un second réseau de c-atrele qui comprend, branché sur l'alimentation de ltaccélérateur 9, un interrupteur xarche-arret bi-polaire 37. D'une première palette de cet interrupteur, part un conducteur 38 de distribution à trois témoins 39, 40 et 41, i une bobine de relais 42 de chaudière, à la bobine 32 précitée et à une bobine 43 de relais temporisé qui ouvre la pelette 34 avec retard par sen excitation. Le retour des deux bobines 32 et 43 est réuni à un contact d'un interrupteur thermique 28 dont la palet mobile est réunie à un contact fixe de lXinverseur thermique 26 par un ril 44, ainsi qu'à la sortie du voyant 39 de contre de marche de la pompe à chaleur, moteurs 19 et 25. La palette de l'interrupteur 26 est reliée par un fil 45 au retour du voyant 41 - témoin de la mise en service en marche automatique - et par une sécurité 46 du relais 30, à la sécurité thermique 47 du moteur de ventilateur 25 et retour à la seconde palette mobile de l'interrupteur 37. La sortie de bobine 42 est reliée à celle du voyant 40 de contrôle de mise en service de la chaudière et au second contact fixe de l'inverseur 26 thermique. La bobine 42 actionne une palette 48 de mise en action d'un interrupteur de chaudière 4, préexistant sur celle-ci, qui en commande la marche et ltarret, et qui est représenté en 49 de façon schématique, interrupteur de marche et dtarrebt d' ali- mentation séparée non représentée et provoquant les cycles connus d'allumage et d'extinction du foyer de chaudière; ce cycle peut d'ailleurs rester sous la dépendance des régulations propres à une telle chaudière, préexistantes, surtout si l'installation comprenant ladite chaudière, les réseaux de distribution d'eau de chauffage à des radiateurs et de distribution d'eau chaude sanitaire sont déjà en place et qu'à une telle installation se trouve adjointe celle du groupe à pompe à chaleur et sa commande ci-dessus décrite. I1 est ainsi aisé de constater que le branchement des appareils selon le schéma de la figure 2 permet le fonctionnement du groupe selon ce qui a déjà été mentionné et qu'il est donc inutile de répéter. On constate que la mise en marche ne peut se faire que si l'évaporateur est correctement ventilé (sécurité 47), la température externe-supérieure à +30 à +50C selon le réglage du contact inverseur 26 et l'eau de chauffage à moins de +5TOC (réglage du contact 28). pour des températures extérieures moindres que +) C à +50 C, le moteur 19 et le moteur 25 ne peuvent être alimentés, mais par contre la chaudière 4 est mise en position de marche sous la dépendance de ses réglages. I1 convient de remarquer que la marche du compresseur, au lieu de dépendre du contact aquastatique 28, pourrait être placé sous une autre dépendance, (thermostat d'ambiance, par exemple), ou sous dépendances multiples avec contacts aquastatique et thermostatique en série sur le conducteur 44. Dans les conditions fonctionnelles ci-dessus expo sées, la pompe à chaleur peut avoir un coefficient de performance élevé, de l'ordre de 2,5 à 4, suivant la température extérieure, (2,9 à 3 à température extérieure de +8 C) et donne donc une quantité de chaleur dans l'installation de chauffage, de distribution d'eau chaude, ou les deux à la fois, largement suSfisante à couvrir les besoins d'eau sanitaire en été - où la température de 550 peut être dépassée pour l'eau de chauffage par ajustage de contact 28 -, aussi bien qu'en demi-saisons. I1 est à remarquer que les conditions climatiques des régions considérées comme tempérées permettent d'envisager une marche sur pompe à chaleur seule pour plus de la moitié du temps dans lequel le chauffage est considéré comme nécessaire, de sorte que l'économie d'énergie primaire consommée est considérable, compte tenu de la performance de cette pompe qui consomme de l'électricité, énergie certes d'un prix de vente plus onéreux que le prix d'un combustible fluide, liquide ou gazeux, mais avec fourniture d'environ trois fois plus d'énergie calorifique que dténergie mécanique absorbée. I1 va de soi que, sans sortir du cadre de ltinvention, on peut apporter des modifications aux formes d'exécution qui vis- nent d être décrites et que ladite invention est applicable egale- ment aux installations comportant des chaudières à combustibles solides à marche, allumage et extinction ou entretien à très bas régime de combustion, automatiques9 comme ce peut être le cas pour le chauffage d'eau de piscine, par exemple. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de chauffage de locaux et plus singulièrement de locaux d'habitation pourvus dlune installation de chauffage central à circulation de fluide caloporteur entre une chaudière et des radiateurs et en cas de besoin d'une distribution d'eau sanitaire provenant d'un échangeur parcouru par le fluide caloporteur, caractérisé par le fait qu'à une telle installation est adjoint un groupe thermodynamique de compression d'un fluide calorigène avec un échangeur condenseur parcouru par ledit fluide et par une dérivation du fluide de chaudière, un dé tendeur de fluide calorigène et un échangeur évaporateur externe ventilé. 2.- Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le raccordement au circuit de chaudière de ltéchangeur condenseur de fluide calorigène est réalisé par raccords à vannes et canalisations flexibles. .- Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que le raccordement de I't;chan- geur évaporateur au groupe thermodynamique est exécuté par raccords et canalisations semi-rigides. 4.- Dispositif selon ltune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'outre un vase de collecte des parties en phase liquide du fluide calorigène en amont de l'aspiration du compresseur, le groupe est pourvu d'une vanne d'égalisation de pression entre admission et refoulement dudit compresseur, vanne ouverte temporairement à chaque arrêt du compresseur et fermée pendant la marche de celui-ci. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le dé tendeur du fluide calorigène situé en amont de I'évaporateur est shunté par une communication capillaire ouverte en permanence. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'un contact thermométrique externe commande un inverseur à une température extérieure faible- ment positive, ledit inverseur choisissant ainsi dans l'instal- lation la marche sur groupe thermodynamique aux températures positives supérieures à celle du basculement et la marche sur chaudière pour les températures extérieures inférieures à celles du basculemerlt. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à-6, caractérisé par le fait qu'un contact thermostatique sensible à la température atteinte rai l'eau de chaudière comnde en outre la marche et 1 'arrêt du groupe thermodynanique. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisa par le fait que le démarrage du groupe thermodynamique est sous la dépendance d'une sécurité constatant la marche du ventilateur d'évaporateur et celle de l'accélérateur de fluide caloporteur. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait quel'installation comporte un relais temporisé d'ouverture de la vanne d'égalisation de pression maintenant celle-ci à l'ouverture, déclanchée dès l'arrêt du compresseur, pendant le temps de retardement de la chute dudit relais au repos. 10. - Procédé de chauffage faisant utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'on utilise, sur une installation de chauffage à fluide caloporteur, un groupe thermodynamique pour le chauffage dudit fluide pour toutes températures extérieures supérieures à une valeur positive faible, en alternance avec une chaudière à combustible dont l'allumage est commandé par toutes températures extérîeures inférieures à ladite valeur.