Brevet FR2338464A1 — publié le 19770812

La présente invention se rapporte aux pompes à chaleur du type air-eau utilisées à titre principal pour le chauffage de logements individuels. L'invention se rapporte plus particulièrement aux éuipe- ments du type mentionné dans lesquels la source chaude dans laquelle la tomme à-chalellr puise des calories est constituée au moins en partie par I air vicié extrait du logement On connait les équipements de pompes à chaleur prélevant les calories sur l'air du logement et dont la fonction principale est de réintroduire dans le logement par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur les calories habituellement perdues par ventilation. le fluide caloporteur peut être gazeux ou liquide. Le principe de fonctionnement des pompes à chaleur est bien connu et se trouvera expliqué plus loin. les pompes à chaleur de type air-eau sont généralement constituées par un caisson ayant d'une part une fonction de refroidissement de l'air extrait, d-'autre part, une fonction de réchauffement d'une boucle d'eau sur laquelle sont disposés des corps de chauffe, par exemple des radiateurs ou des convecteurs à eau. Ttair circulant dans le caisson provient en particulier des pièces dites humides telles que cuisine, salle de bains, et W.C cet air est évacué à l'extérieur du logement par un ventilateur d'extraction incorporé à la pompe ou extérieur à celle-ci. la présente invention a pour but de minimiser les pertes de charge sur l'air circulant dans le caisson tout en autorisant une ventilation permanente des organes localisés dans ledit caisson et une récupération des calories susceptibles d'entre dégagées par lesdits organes. l'invention a également pour but de proposer une solution pour l'introduction et l'évacuation de l'air telle que l'implantation d'un caisson de pompe à chaleur dans le logement puisse se prêter à des variantes multiples à partir d'un meSee équipement de basez Â cet effet, l'invention a pour obået-une pompe à chaleur du type comprenant un caisson de forme générale parallélépipédique à l'intérieur duguel sont disposés un échangeur fluide frigorigène/ air et un échangeur fluide frigorigène/eau, lesdits échangeurs étant reliés par un organe de détente et par un compresseur disposé à l'intérieur du caisson, caractérisée en ce que ledit caisson comporte un orifice d'introduction d'air pratiqué sur sa paroi horizontale inférieure et un orifice d'évacuation d'air pratiqué sur l'une de ses parois verticales latérales, l'échangeur fluide frigorigèneZair étant disposé dans une région du caisson située entre lesdits orifices, et ladite pompe étant aussi caractérisée en ce que le compresseur est agencé dans ledit caisson dans une région adjacente à l'orifice de l'intreduction au-dessus dudit orifice. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la pompe à chaleur comporte un collecteur d'introduction amovible disposé en dessous de l'orifice d'introduction, ledit collecteur comprenant luimeAme un orifice d'amenée d'air. le collecteur peut être pourvu de moyens permettant plusieurs positionnements différents par rapport au caisson et plus particulièrement quatre positionnements autorisant l'introduction d'air dans le collecteur selon quatre directions perpendiculaires aux parois latérales du caisson. Selon une autre caractéristique, un filtre amovible est intercalé entre la paroi inférieure du caisson et le collecteur.- Selon une autre caractéristique, l'échangeur fluide frigorigène/eau étant de forme générale torique, ledit échangeur est disposé coaxialement à l'ouverture d'introduction autour du groupe compresseur et de façon adjacente à la paroi inférieure du caisson. L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit donné à titre d'exemple en se référant au dessin annexé sur lequel : - la figure I représente schématiquement une vue en perspective de la pompe à chaleur selon l'invention ; et - les figures 2 et 3 représentent des schémas d'implantation dans un logement d'une pompe à chaleur selon l'invention0 On a représenté sur la figure 1, une pompe à chaleur comprenant un caisson 1 de forme générale parallél4pipédique et constitué d'un bac 2 et d'un couvercle 3. Afin de faciliter la compréhension de l'agencement respectif des divers organes de la pompe, le bac a été supposé transoarent. La paroi inférieure horizontale du bac comporte un orifice 4, et l'une des parois latérales dudit bac comporte deux orifices Sa, 5b. les fonctions attribuées à ces divers orifices seront expliquées plus loin. L'espace intérieur au caisson est séparé en deux régions 6a, 6b par un échangeur fluide fr1 go rigene/air 7 13 type échangeur à ailettes ; l'échangeur 7 est solidaire d'une cloison 8 conçue de façon que la totalité des éléments constitu tifs de l'échangeur soit située dans la région 6a, la communication de cette région avec la région 6b se faisant uniquement par l'intermédiaire de la partie ailetée de l'échangeur. T compresseur frigorifique 9 est solidarisé par l'intermédiaire d'organes le suspension appropriés à la paroi intérieure du bac 2 au dessus de l'orifice 4. Un échangeur fluide frigorigène/eau 1G de conformation torique est disposé sur le fond dudit bac autour du compresseur et de façon sensiblement coaxiale a' l'orifice 4. Un collecteur 11 en forme de tiroir est solidarisé de façon amo- vible -à a face externe inférieure du bac 2 en dessous de ltori- fice 4, ledit collecteur présentant sur l'une de ses parois latérales deux orifices cylindriques 12a, 12b. Un filtre à air anovible 13 du type tiroir est disposé à la partie supérieure du collecteur. les différents organes constitutifs de la pompe a' chaleur sont reliés de façon connue dans la technique considérée par des tuyauteries telles que 14 (liaison compresseur/échangeur eau), 15 (aspiration du compresseur), 16 (injection par tubes capillaires dans l'échangeur air).On peut avantageusement disposer dans le caisson une bouteille d'aspiration 17, une cape à eau 18 ainsi qu'éventuellement un vase d'expansion et un échangeur eau/eau non représentés, ces derniers organes cites pouvant etre par exemple appliqués contre les parois latérales internes du bac en dehors de la zone de l'air. Un orifice d'vacuation des condensats 19, par exemple de type syphon, peut être dispose au fond du bac dans la région 6a. On va maintenant décrire le mode de fonctionnement de l'équi- pement selon l'invention en rappelant brièvenent au préalable le principe de la pompe à chaleur. L'air circulant à travers l'échan- geur 7 est refroidi sous l'action réfrigérante d'un fluide frigorigène en évaporation et rejeté à une tempirature plus basse que la température d'introduction vers un ventilateur d'extraction non représenté. le fluide frigorigène à l'état gazeux est introduit dans le compresseur et refoulé à haute pression vers l'échan- geur 10 dans lequel il se condense, la chaleur latenté de condensation étant transférée à de l'eau en circulation dont la température s'élève de ce fait. le fluide condensé est détendu dans un organe de détente de type approprié tel qu'un détendeur thermostatique ou un détendeur capillaire. Dans la pompe à chaleur selon l'invention, l'air est introduit par les orifices 12a, 12b du collecteur 11, pénètre dans le caisson par l'orifice horizontal 4 après filtrage des poussières par le filtre 13, chemine entre le compresseur 9 et l'échangeur 10 vers la zone 6b du caisson, pé nètre dans l'échangeur j dans lequel il se refroidit, puis dans la zone 6a d'où il est évacué par les orifices latéraux 5a, 5bo Ce mode de cheminementde l'air présente notamment les avantages suivants D'abord la perte de charge dans le caisson est relativement faible. En effet l'air pénètre par une ouverture 4 de section relativement importante et subit un changement de direction progressif ê 90e vers l'échangeur 7, ceci pratiquement sans obstacle ; la majeure partie de la perte de charge Me trouve donc localisée au niveau de l'échangeur, et on peut prévoir des collecteurs coniques dans la région 6a de façon à assurer un passage progressif de l'air vers les orifices 5a et 5b* Il convient de noter que le facteur perte de charge constitue un aspect important dans les palpes à chaleur, du fait que l'augaentation des pertes de charge entre généralement l'augmentation de la puissance C0n4a iaar le groupe de ventilation, ce qui pénalisa las performances globales du systeme. Ensuite le compresseur est en tsn-t que de besoin directement et efficacement refroidi par le flux d'air qui le balai., et ceci en particulier à sa région inférieure dans lequelle se localise l'agent de lubrification. Les calories cédées & l'air par le n presseur, et la disposition coaxiale de l'échangeur 10 entour du compresseur et au-dessus de l'orifice 4 permet de constituer localement nn espace en forme de cheminée favorisant l'action de refroidissement du compresseur par un fini d'air à vitesse relativement élevée. Outre le compresseur, l'ensemble des organes susceptibles ae de dégager de la chaleur tels en particulier que l'échangeur 10, la pompe de circulation 18, un échangeur eau/eau et un vase d1 d'expan- sion éventuels sont avantageusement disposées dans la région 6b du clisson, de sorte que toutes les calories se trouvent récupérées en aval au niveau de l'échangeur 7. Ces calories peuvent donc être récupérées dans le logement au niveau des coros de chauffe au lieu d'être dissipées de façon incontrôlable dans l'air ambiant. En se reportant aux figures 2 et 3, on voit en outre que la pompe à chaleur selon l'invention se prête à des modes d'implantation extremement variés. En effet, pour une sortie latérale SG à gauche du caisson, l'air peut être introduit perpendiculairement à la face avant dudit caisson en Eo, mais également, par rotations successives de 90 du collecteur, par la face latérale oppose à la face de sortie (e1), par la face arrière (E2) ou par la même face que la face de sortie (E3), les conduits passant alors sous la face inférieure du caisson ; les mimes combinaisons peuvent être obtenues par une sortie latérale SD à droite du caisson.De façon générale, la pompe à chaleur étant disposée à l'intérieur du logement lui-meme, les amenées d'air au caisson se font par l'intermédiaire de conduits verticaux reliés d'une part à des bouches d'aspiration en cuisine, salle de bains et W.C., d'autre part, au collecteur 11 par des coudes à 90 . On peut bien entendu collecter et évacuer l'air par un seul conduit cylindrique au lieu des deux conduits cylindriques représentés, ge quikonduit toutefois à une pénalisation du fait de l'encombrement supérieur pour un meme débit dtair. Des gaines rectangulaires ou ovoïdes peuvent également être employées, bien que les opérations de raccordement soient alors moins aisées.Il y a avantage pour des questions de montage et de démontage à utiliser des conduits munis de joints à levures permettant à la fois une bonne étanchéité et nn certain coulissement des éléments de conduits les uns par rapport aux autres. a pompe à chaleur selon l'invention trouve son utilisation pour le chauffage des logements individuels dont le renouvellement d'air est assuré par ventilation mécanique, dans le but en particulier de récupérer les calories de ventilation. De par les caractéristiques particulieres qu'elle présente, la pompe à chaleur selon I 'invention se prête à ane insertion aisée dans le contexte du logement intérieur, par exemple en tant qu'é- lément intégré en meuble ; simultanément se trouvent assurés le refroidissement du compresseur et la réutilisation en un endroit déterminé des calories dégagées par les organes de la pompe. R e v e n d i c a t i 0 n 8 1. Pompe à chaleur comprenant un caisson de forme générale parallélépipédique à l'intérieur duquel sont disposés un échangeur fluide frigorigène/air et un échangeur fluide frigorigène/eau, lesdits échangeurs étant reliés par un organe de détente et par un groupe compresseur disposé à l'intérieur du caisson, caractérisée en ce que ledit caisson comporte un orifice dtintroduction d'air pratiqué sur la paroi horizontale inférieure et un orifice d'évacuation d'air pratiqué sur l'une de ses parois verticales latérales, 11 échangeur fluide frigorigène/air étant disposé dans une région du caisson située entre lesdits orifices, et en ce que le groupe compresseur est agencé.dans ledit caisson dans une région adjacente à l'orifice d'introduction. 2. Pompe à chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite pompe à chaleur comporte un collecteur d'introduction amovible disposé en dessous de l'orifice d'introduction, ledit collecteur comprenant lui-même un orifice d'amenée d'air. 3. Pompe à chaleur selon la revendication 2 caractérisée en ce que un filtre amovible est intercalé entre la paroi inférieure du caisson et le collecteur. 4. Pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que l'échangeur fluide frigori gbne/eau étant de forme générale torique, ledit échangeur est disposé coaxialoient à l'ouverture d'introduction autour du groupe coDprevEeur et de façon adjacente à la paroi inférieure du caisson.