Brevet FR2292933A1 — publié le 19760625

La présente invention concerne un procédé et un système de chauffage utilisant essentiellement comme source chaude les propriétés thermiques d'un ensemble en channe d'éléments naturels. D'une manière générale on sait que dans les installations de chauffage actuellement desservies par les systèmes appelés communément pompe à chaleur, un compresseur frigorifique refoule dans un condenseur le fluide frigorigène qui passe dans un évaporateur avant de revenir audit compresseur. te fluide de l'installation de chauffage,par exemple des locaux, passe, au sortir des radiateurs dans le condenseur avant de retourner à ces derniers.L'évaporateur recueille les calories par refroidissement de la source chaude qui peut être soit de l'air extérieur ou d'évacuation, soit de l'eau, soit le sol (source géothermique) Si, dans les installations de chauffage de ce genre actuellement connues, on a bien étudié au point de vue théorique la pompe à chaleur, on n'a jamais considéré, faute d'en avoir étudié soigneusement l'environnement effectif, le problème de transit générateur de la source chaude, par utilisation de la température la plus basse du système, pour créer, en conjonction avec l'eau, l'air et la terre ainsi que les sous-produits thermiques de transit, un générateur accumulateur. En conséquence l'invention a pour objet un procédé et un système permettant l'utilisation d'un générateur accumulateur, constitué par un tel ensemble d'éléments naturels, en tant que source chaude d'un système de chauffage d'un fluide frigorigene dans une installation du type pompe à chaleur. L'invention permet ainsi d'utiliser par exemple comme source chaude un ensemble en channe constitué par les éléments suivants, utilisés conjointement ou isolément. - L'air ambiant et sa teneur en eau - La température des eaux en sous-sol peu profond - L'énergie thermique emmagasinée dans les couches terrestres proches de la surface pendant les saisons chaudes ou ensoleillées, et enfin - L'énergie thermique du combustible moteur du système non transformée en énergie mécanique. On notera que cet ensemble en channe peut étre avantageusement utilisé quelles que soient les conditions atmosphériques ex térieures. Un mode de réalisation pour l'application du procédé selon l'invention sera décrit ci-après, a titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel : La figure unique est un schéma de principe d'un système de chauffage selon l'invention. Avec référence à la figure unique, le système de chauffage de locaux comprend une pompe à chaleur servant à extraire les calories d'une source chaude pour les transmettre à un fluide caloporteur qui les véhicule ensuite dans lesdits locaux. Cette pompe à chaleur peut comprendre, de façon classique, un ensemble motocompresseur 1 transmettant le fluide réfrigérant à un condenseur 2 qui libère de la chaleur à un circuit de chauffage central 3,par l'intermédiaire d'un échangeur 4. la vitesse de rotation des moteurs de l'ensemble motocompresseur 1 est régulée par un régulateur 5' en fonction de l'état du fluide frigorigène à la sortie du condenseur 2 par l'intermédiaire d'un détecteur 5. A la sortie du condenseur 2, le fluide réfrigérant condensé passe dans un deuxième échangeur 6 dans lequel il libère encore de ia chaleur, puis dans un déshydrateur 7, pour aboutir d un détendeur 8. Après son passage dans le détendeur 8, le fluide se vaporise en absorbant, dans l'échangeur 9 de la chaleur d'un ensemble générateur accumulateur servant de source chaude. Le gaz provenant de l'échangeur 9 est ensuite surchauffé dans l'échan- geur 6 éventuellement séché et est transmis à l'ensemble motocompresseur 1. On notera que ce circuit peut titre avantageusement pourvu, entre le déshydrateur 7 et le détendeur 8, d'un voyant de liquide 10 et d'une vanne solénoSde 11. Le débit du liquide d'utilisation circulant dans le circuit de chauffage central 3, et, en conséquence sa température et son pouvoir calorifique, peuvent être réglés, à l'entrée et à la sortie de l'échangeur 4, d'une part, par un ensemble constitué par deux vannes 12 et 13 en série et une vanne 14 disposée en parallèle, d'autre part, une vanne trois voies 15 commandée à partir d'une sonde de température 16 disposée dans les locaux traités, et enfin, par un circulateur ou une pompe de transfert 17. L'ensemble générateur accumulateur naturel se compose, comme précédemment mentionné, d'un ensemble en channe constitué, en combinaison, par l'air ambiant, l'eau des sous-soUs peu profonds et/ou les couches terrestres proches de la surface, et enfin les éléments moteurs utilisés dans le système de chauffage. La combinaison de ces éléments qui constituent la source chaude de la pompe à chaleur est assurée à l'aide d'un circuit hydraulique fonctionnant en boucle fermée ou semi-fermée. Ce circuit hydraulique comprend tout d'abord un conduit d'sspiration 18 de l'eau d'un puits 19 en sous sol peu profond, relié à une pompe 20. Cette pompe transmet 11 eau à la température du sous sol, d'une part à l'entrée de l'échangeur 9 et, d'autre part, à l'entrée d'un circuit de refroidissement 21 du groupe motocompresseur 1. La sortie de ce circuit de refroidissement 21 est elle-meme reliée à l'entrée de l'échangeur 9, de sorte que-la température et la quantité de chaleur véhicalée par l'eau à l'entrée de l'échangeur 9 est fonction du débit de la fraction d'eau provenant directelent de la pompe 20 et du débit de l'eau réchauffée dans le circuit de refroidissement 21 du groupe lotocompresseur te Cette quantité de chaleur peut Qtre réglée en disposant d'une part une vanne motorisée 22 sur le circuit de sortie de la pompe 20, entre l'entrée et la sortie du circuit de refroidissement 21et d'autre part, à la sortie immédiate de la pompe 20, une vanne trois voies motorisée 23. Ces deux vannes 22 et 23 sont commandées à partir d'une sonde de températurè 24 mesurant 18 température de l'eau à la sortie de l'échangeur 9. L'eau provenant de l'échangeur 9 circule ensuite dans un condait 25 enterré dans le sol en faible profondeur et peut ainsi recevoir une fraction de l'énergie calorifique emmrgasinée dans la couche terrestre, par exemple pendant les saisons ensoleil lées. Ce conduit 25 aboutit à une vanne trois voies 26 donnant accès, d'une part, à un jet d'eau 2T disposé dans un bassin 28 et d'autre part, à un puisard 29. On notera ce suet que les chan- ges thermiques entre l'eau qui passe dans le conduit 25 et le sol peuvent être modulés en disposant, en parallèle avec le conduit 25, un conduit, par exemple en serpentin 31 dans la psrtie plus profonde et par conséquent plus chaude du sous 801 en saison froide, dont le débit, ainsi que celui du conduit 25, peut être régulé par une vanne trois voies motorisée 32 commandée à partir d'une sonde 33 mesurant la température de l'air ambiant à l'extérieur des lo- caux. De meme la vanne troie voies 26 est motorisée et est commande à partir de la sonde 330 Ainsi l'eau projetée par le jet 27 retombe en pluie dans le bassin 28 et s'écoule par un conduit de trop plein 34 dans le puisard 290 Il est à noter à ce sujet que, lorsque le milieu ambiant extérieur est humide, il se produit au niveau des gouttelettes du jet 27, une condensation qui conduit à une augmentation du volume d'eau recueilli dans le bassin 28, par rapport au volume délivré par le jet 27. Cette augmentation de la quantité d'eau recueillie constitue donc un sous produit non négligeable surtout dans les régions arides ou en période de sécheresse. Bien entendu, l'eau déversée dans le puisard 29 retourne, par un cheminement au cours duquel elle se porte à la température de la terre, jusqu'au puits 19 où elle est à nouveau pompée0 EA outre, l'eau excédentaire recueillie par condensation peut être prélevée et utilisée à de nombreux usages. Il convient de préciser que le système de régulation consti- tué par la vanne trois voies 23, la vanne 22 et la sonde de température 24 permet, en dosant le mélange de l'eau provenant de la pompe 20 et l'eau provenant du circuit de refroidissement do groupe motocompresseur 1 ainsi que le débit global de l'eau à l'entrée de l'échangeur 9, de maintenir la température à la sortie dudit échangeur 9 à une température critique tc par exemple égale ou inférieure à 20C, il apparat donc que ce système de régulation est fonction de la pression à l'entrée de l'évaporateur et réagit en conséquence en coordination avec la régulation de vitesse du groupe motocompresseur et donc de l'ensemble de la pompe à chaleur. De meAme une variation de température dans le circuit d'utilisation entraîne une variation de pression à la sortie du condenseur et provoque en conséquence une variation de la vitesse de rotation du groupe motocompresseur. En conséquence, il est clair que l'ensemble du système de chauffage réagit de façon optimale pour chacune des variations de l'un ou de plusieurs de ses para mètres Une telle régulation permet, conjointement avec la récupéra- tion de l'énergie calorifique des différentes sources, ainsi que des sous-produits du système de chauffage, d'augmenter le rendement énergétique de l'ensemble d'environ 50 % par rapport à un système de chauffage classique utilisant une pompe à chaleur0 A titre d'exemple si l'on estime à 24 000 Cal/9 la totalité de énergie qui doit transiter à travers la pompe à chaleur pour les besoins calorifiques du local à réchauffer, un tiers de cette énergie est nécessaire pour les besoins en énergie mécanique et les deux tiers restants correspondant à la chaleur échangée dans les divers circuits0 Dans le cas où l'eau du puits est à 80C, on peut choisir un débit de la pompe 20 de 3m3 i et une température critique, à la sortie de l'échangeur 9,de 20C,et on peut annuler le recyclage de l'eau par la vanne trois voies 23. - Le débit de l'eau traversant la vanne 22 est de 1,2 m3/h à une température de 8 C. - Le débit d'eau du circuit de refroidissement 21 est de 1,8 m3/h et sa température en sortie est de 11,5 C environ. - Le débit d'eau à l'entrée de 11 échangeur 9 est alors de 3 m /h pour une température de 100 environ. - La pression de la pompe est de 2 bars effectifs et se transmet intégralement au jet (la vanne trois voies 26 est fermée en direction du sol). - Dans le cas où la température ambiante est de 15 C l'eau de condensation recueillie est de 6g d'eau/m3 projetée pour un degré hygrométrique de l'atmosphère ambiante de l'ordre de 60 à 700/o. REVENDIOATIONS 1.- Procédé de chauffage caractérisé en ce qu'il utilise,en tant que source chaude d'une pompe à chaleur,c'est-à-dire d'un système de chauffage comprenant un compresseur refoulant dans un condenseur un fluide frigorigène qui passe dans un évaporateur avant de revenir audit compresseur, un générateur accumulateur constitué par un ensemble d'éléments naturels tels que l'air ambiant et sa teneur en eau, les eaux en sous sol peu profond, les couches terrestres proches de la surface, et les organes moteurs du système,pour ce qui concerne l'énergie thermique non transformée en énergie mécanique par lesdits organes. 20- Système de chauffage appliquant le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend,en combinaison,une pompe à chaleur fournissant de l'énergie calorifique à un circuit d'utilisation et absorbant de l'énergie calorifique d'une source chaude constituée par générateur accumulateur constitué par un ensemble d'éléments naturels. 3.- Système de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le susdit générateur accumulateur est constitué par l'air ambiant et/ou l'eau des sous sols peu profonds et/ou les couches terrestres proches de la surface, et enfin les éléments moteurs utilisés dans le système de chauffage. 40- Système de chauffage selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la combinaison des susdits éléments est assurée à l'aide d'un circuit hydraulique fonctionnant en circuit fermé ou semi-fermé, et en ce que ce circuit hydraulique est couplé à la pompe à chaleur par'l'intermédaire d'un échangeur disposé à la sortie du détendeur0 5.- Système de chauffage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le débit et la température de l'eau à l'entrée du susdit échangeur sont régulés en fonction de la température à la sortie dudit échangeur. 6.- Système selon l'une des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que la vitesse de rotation du compresseur est régulée en fonction de l'état du fluide frigorigène à la sortie du condenseur. 70- Système selon l'une des revendications 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisé en ce que le susdit circuit hydraulique comprend essentiellement:une pompe aspirant l'eau d'un puits en sous sol peu profond et la refoulant dans l'échangeur disposée à la sortie du dé tendeur de la pompe à chaleur, au moyen de deux circuits en parallèle, l'un direct, et l'autre servant au refroidissement du groupe motocompresseur, ces deux circuits comprenant des moyens de régulation du débit et de la température de l'eau injectée dans le susdit échangeur,en fonction de la température de l'eau sortant de ce dernier; deux conduits de longueur différente montés en parallèle enfouis en sous sol peu profond permettant d'amener l'eau de la sortie dudit échangeur jusqu'à une vanne trois voies donnant accès à un jet et/ou à un puisard, le débit de ces deux conduits et de ladite vanne trois voies étant régulée en fonction de la température ambiante extérieure; et enfin un bassin recueillant 1'eau du jet, et qui comprend un trop plein donnant dans ledit puisard, de sorte que l'eau déversée dans le puisard puisse retourner au puits en se portant à la température du sous sol.