Brevet FR2321099A1 — publié le 19770311

La présente invention se rapporte aux équipements de chauffage thermodynamique connus sous 1 t appellation de pompes de chaleur et destinés essentiellement au chauffage des logements. L'invention a trait plus particulièrement aux pompes de chaleur du type individuel qui sont disposées dans le logement même et dont la source dite chaude est l'air vicié extrait du logement ou un mélange d'air vicié et d'air extérieur, la source froide étant constituée par de l'eau. Les pompes de chaleur du type mentionné comportent un circuit fermé de fluide frigorigène sur le parcours duquel sont disposés un compresseur, un détendeur et deux échangeurs de chaleur, en ltoccurence un premier échangeur fluide frigorigèneair permettant de puiser des calories sur la source chaude par évaporation du fluide frigorigène, et un second échangeur fluide frigorigène-eau permettant de restituer ces calories à la source froide par condensation du dit fluide ; on sait, en outre, que l'on récupère au niveau de ce second échangeur l'équivalent calorifique du travail du compresseur. Le premier échangeur ou évaporateur est généralement constitué par une batterie à ailettes parcourue par le fluide frigorigène et disposée sur un circuit d'air ; le second échangeur ou condenseur peut étre constitué par un réservoir à circulation d'eau à l'intérieur duquel est disposé un serpentin parcouru par le fluide frigorigène, ou encore par une double tubulure coaxiale. Le circuit d'eau alimentant le condenseur ne pose pas de problème d'implantation dans le logement car les canalisations afférentes sont de faible diamètre et s'intègrent à un circuit de chauffage central et/ou de distribution d'eau chaude sanitaire de la méme façon que pour tout autre générateur de chaleur. Il n'en va cependant pas de mtme pour le réseau de gaines de ventilation alimentant l'évaporateur ; en effet les débits d'air véhiculés nécessitent, comme d'ailleurs pour tout réseau de ventilation, des gaines de section relativement importante. L'implantation de ces gaines à l'intérieur du logement est difficile à réaliser de façon satisfaisante. La pompe de chaleur individuelle constituant en fait un équipement du genre électroménager, il est souhaitable par ailleurs de simplifier le plus possible les équipements de raccordement de la pompe au circuit d'air et ceci, aveciunçmini- mum de contraintes en ce qui concerne la conception du plan du logement. A cet effet, l'invention a pour objet un équipement de chauffage thermodynamique pour logement individuel comprenant un circuit de fluide frigorigène sur le parcours duquel sont disposes un compresseur, un détendeur, un échangeur fluide frigorigène-air et un échangeur fluide frigorigène-eau, 1 t ensemble de ces organes étant disposé dans un caisson équipé de moyens de raccordement à un réseau de canalisations d'eau de chauffage et à un réseau de gaines de ventilation propres au logement, équipement caractérisé en ce que le caisson comporte un compartiment supérieur à l'intérieur duquel se trouve disposé l'échangeur fluide frigorigène-air, un compartiment inférieur à l'intérieur duquel se trouve disposé le compresseur, et un compartiment intermédiaire comportant des canalisations de fluide frigorigène reliant l'échangeur fluide frigorigène-air au compresseur, ce compartiment intermédiaire ayant une hauteur telle que le coq timent supérieur se trouve disposé en partie haute du logement. Selon une disposition particulière de l'équipement cidessus, le compartiment intermédiaire est muni d'un orifice d'extraction d'air communiquant avec le compartiment supérieur et d'un orifice d'amenée drair communiquant avec le logement, moyennant quoi on peut assurer une ventilation permanente dudit compartiment intermédiaire ainsi que du local dans lequel est placé le caisson. Dans cette disposition particulière, le compartiment intermédiaire peut présenter une fonction de sèchelinge. Le compartiment intermédiaire peut en outre comporter un moyen de chauffage permettant d'élever la température moyeme de l'air de ventilation à l'intérieur dudit compartiment ; ce moyen de chauffage peut être indépendant de la pompe de chaleur ou peut étre constitué par un échangeur de chaleur commutable disposé sur le circuit de la pompe de chaleur. Selon une autre disposition, le compartiment supérieur peut autre équipé d'un ventilateur assurant l'extraction de l'air du logement et son refoulement à l'extérieur. Comme on le comprend, l'équipement selon l'invention permet une intégration particulièrement simple dans le contexte du logement individuel, les raccordements au réseau de gaines de ventilation étant effectués en partie haute du logement au niveau du compartiment supérieur, c'est-à-dire dans une zone où se situent habituellement les bouches d'extraction d'air ; de ce fait, les longueurs de gaine nécessaires restent faibles, les opérations de raccordement sont simples et les gaines n'empiètent pas sur l'espace utilisable du logement. De plus, la pompe de chaleur constitue un équipement monobloc susceptible d'autre simplement posé sur le sol comme un équipement électroménager sans nécessiter de dispositions particulières d'ancrage ou d'accrochage sur les parois du logement. Le compartiment intermédiaire peut étre conçu comme un espace de rangement et s'intègre donc facilement dans le local où se trouve la pompe de chaleur, généralement la cuisine ou la salle de bains. Dans la cuisine, par exemple, on peut encastrer un appareil de cuisson dans le compartiment intermédiaire. Dans la variante selon laquelle le compartiment intermédiaire se trouve ventilé en permanence et éventuellement chauffé, on peut constituer simultanément une armoire sèche-linge sans nécessiter un équipement supplémentaire de ventilation comme c'est le cas dans les armoires sèche-linge autonomes. Un autre avantage réside dans la possibilité de grouper dans un seul appareil I1 évacuation des condensats provenant de ltévaporateur et des eaux en provenance du compartiment sèche-linge.Le compartiment supérieur peut également remplir la fonction de hotte de cuisine L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit, donnée à titre d'illustration en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la FIG. 1 représente schématiquement une vue en coupe latérale d'un mode de réalisation d'un équipement selon l'invention - la FIG. 2 représente une vue en coupe par Il-Il de l'équipement représenté FIG. 1 - la FIG. 3 représente schématiquement une vue en coupe latérale d'une première variante de réalisation d'un équipement selon l'invention ; et - la FIG. 4 représente une vue analogue d'une seconde variante de réalisation d'un équipement selon l'invention. On a représenté sur les Fig. 1 et 2 une pompe de chaleur pour logement individuel comprenant un compresseur i, un condenseur 2 de type coaxial, un détendeur 3 et un évaporateur à ailettes 4 reliés en circuit fermé par des canalisations d'aspiration et de refoulement respectivement référencées 5 et 6. La canalisation d'aspiration 5 relie directement l'évaporateur au compresseur. La canalisation de refoulement comprend une première section 6a reliant le compresseur au condenseur et une deuxième section 6b reliant le condenseur à l'évaporateur, le détendeur, constitué par exemple par un capillaire, étant disposé sur la section 6b de la canalisation de refoulement avec interposition éventuelle d'un filtre déshydrateur non représenté. L'ensemble de ces organes est disposé dans un caisson monobloc 7 comprenant un compartiment inférieur 8, un compartiment supérieur 9 et un compartiment intermédiaire 10. Le compresseur et le condenseur sont disposés à l'intérieur du compartiment inférieur 8. Le compresseur est alimenté en énergie électrique par des cibles il ; le condenseur est alimenté en eau par une conduite 12, l'eau étant évacuée par une conduite 13. Les conduits d'eau 12 et 13 sont reliés à un circuit de chauffage sur le parcours duquel sont disposés des échangeurs de chaleur eau-air tels que convecteurs, radiateurs ou aérothermes ; un ballon d'eau chaude sanitaire comportant un échangeur de chaleur eau-eau peut autre branché en parallèle ou en série sur le circuit de chauffage. L'évaporateur est disposé à l'intérieur du compartiment supérieur 9, lequel communique par un orifice 14 avec une conduite d'amenée d'air (non représentée) et par un orifice 15 avec une conduite d'extraction d'air (non représentée). Le compartiment 9 est séparé en deux enceintes 9a, 9b par l'évaporateur 4. La paroi inférieure 16 du compartiment 9 présente une inclinaison dans le sens de la flèche 17 de façon à permettre une évacuation des eaux de condensation en provenance de lévapora teur vers une conduite d'évacuation18 reliée au réseau d'évacuation du logement. Le compartiment intermédiaire 10 comporte une paroi arrière 19 ménageant à-l'arrière du caisson un espace libre 20 dans lequel sont disposées les conduites d'aspiration et de refoulement du fluide frigorigène ainsi que la conduite diéva- cuation des condensats. Ce compartiment peut comporter également une porte 21. Selon une variante de réalisation représentée Fig. 3, un condenseur coaxial 2a conformé en serpentin peut étire disposé dans 11 espace 20, ce qui permet de réduire le volume du compartiment inférieur 8. On retrouve par ailleurs sur la Fig. 3 les mimes organes que sur la Fig. 1, repérés par les mimes numéros de référence. ta dimension verticale du compartiment intermédiaire 10 est conçue de telle façon que le compartiment supérieur adjacent 9 soit situé en partie haute du logement dans lequel la pompe de chaleur est implantée y de cette façon, les raccords entre le collecteur d'amenée d'air en attente et le caisson 7 d'une part, la gaine d'extraction dgair et ledit caisson,d'autre part, se trouvent très simplifiés, demeurent peu visibles par l'utilisateur, et ne nécessitent pas d'adaptation particulière du plan du logement à l'implantation d'une pompe de chaleur. Le compartiment intermédiaire 10 demeure disponible comme espace de rangement et peut étre aménagé à cette effet de toute manière estimée adéquate. On a représenté sur la Fig. 4 une variante de réalisation de l'équipement de chauffage thermodynamique selon l'invention suivant laquelle le compartiment intermédiaire 10 est agencé de façon à constituer une armoire sèche-linge tout en assurant simultanément l'extraction de flair vicié du local dans lequel l'équipement se trouve installé, ce local étant de préférence une salle d'eau ou une buanderie, à l'exclusion de la cuisine où l'air peut s'avérer particulièrement vicié. Sur la Fig. 4, les organes ayant la méme fonction que dans les exemples de réalisation décrits précédemment ont été repérés par les mêmes numéros de référence que sur les figures afférentes. On retrouve en particulier un compartiment inférieur 8, un compartiment supérieur 9 et un compartiment intermédiaire 10. Le compartiment intermédiaire 10 est obturable par une porte 21a présentant à sa partie inférieure un orifice 22 permettant l'admission d'air dans ledit compartiment. Une résistance électrique 23, susceptible autre mise en servite à la demande par l'utilisateur, peut btre disposée au niveau de l'entrée citer. Le compartiment 10 comporte en outre une ouverture 24 réglable par un diaphragme 25 et permettant de mettre en commu- nictation le compartiment 10 avec la région 9a du compartiment supérieur 9 située en amont de l'évaporateur 4 par rapport au sens de circulation de l'air indiqué par les flèches sur ne {-essir. La paroi inférieure au compartiment 10 est inclinée vers l'arrière et communique par une conduite t é-;;acuation 26 a--e sa conduite 18 d'évacuation des condensats recueillis F"'I"F tie 9b du compartiment supérieur, Des barres dgétendage 27 sont en outre disposées dans le compartiment intermédiaire 19. Ón notera que, dans le mode de réalisation représenté Fig. 4,'l'éva- porateur 4 est disposé horizontalement à l'intérieur du compartiment 9, ce qui peut contribuer à diminuer la dimension verticale de celui-ci.Quelle que soit la disposition de l'évapora s r, horizontale ou inclinée, le sens de circulation de l'air est choisi de façon telle que le flux d'air tende à chasser vers le bas les gouttelettes de condensation qui se forment sur la batterie, de façon à éviter de former des ponts d'eau entre les ailettes, ce qui diminuerait la puissance de l'évaporateur. Il doit autre entendu que dans l'exemple décrit en référence à la Fig. 4, le condenseur 2 peut autre également agencé d'une façon identique à la disposition représentée Fig. 3. Le mode de fonctionnement de 11 équipement selon l'inven- tion est le suivant : L'air vicié collecté dans les pièces de service du logement (cuisine, lieux d'aisance, salle de bains), éventuellement mélangé a une partie d'air extérieur, est introduit dans le compartiment supérieur 9 par orifice 14, traverse l'échangeur 4 dans lequel il se trouve refroidi, la chaleur étant cédée sous forme de chaleur latente de vaporisation au fluide frigorigène, et est extrait du dit compartiment par l'orifice 15 qui communique par une gaine avec un ventilateur d'extraction. Le fluide frigorigène en phase gazeuse est comprimé par le compresseur 1 et restitue la chaleur latente par condensation dans 1'échangeur 2 en élevant ainsi la température de 1'eau qui circule dans ledit échangeur. Le fluide frigorigène liquéfié est détendu dans le capillaire 3 et pénètre à nouveau dans lSécrangeur 4 pour un nouveau cycle La chaleur ainsi transférée au circuit d'eau provient d'une part de la chaleur puisée sur l'air, d'autre part de la chaleur correspondant au travail du compresseur. On obtient ainsi une production économique de calories, puisque celles-ci sont prélevées d'une part sur un air relativement chaud qui constitue en ventilation traditionnelle une perte non négligeable de calories, d'autre part sur le réseau d'électricité par l'intermédiaire du compresseur. On obtient ainsi des productions calorifiques qui sont nettement supérieures à l'équivalent calorifique direct de l'énergie électrique consommée. L'équipement selon l'invention permet une insertion particulièrement facile d'une pompe de chaleur dans un logement individuel avec un minimum de sujétions au niveau de la conception globale du logement. En particulier on peut prévoir une ventilation du compartiment inférieur pour assurer le refroidissement du compresseur; cette ventilation peut autre effectuée par un ventilateur indépendant ou encore en faisant circuler l'air vicié dans le compartiment inférieur avant de l'introduire dans le compartiment supérieur contenant l'évaporateur. Dans cette dernière disposition, il est nécessaire de prévoir deux conduits d'air verticaux reliant le compartiment supérieur au compartiment inférieur. Toutefois ces conduits peuvent ventre de faible encombrement puisqu'ils ne véhiculent pas d'air froid et ne nécessitent par conséquent pas d'isolation calorifique. Les conduits mentionnés peuvent par exemple présenter une section rectangulaire allongée et étre disposés sur la face arrière du compartiment intermédiaire. Bien entendu, les modes de réalisation décrits ci-dessus et représentés sur les dessins ne sont donnés qu'à titre de simples exemples non limitatifs, et il va de soi que lton pourra modifier de toute facçon convenable, la forme, la disposition, la nature et le montage de leurs éléments sans, pour cela, sortir du cadre de 1' invention. REVENDICATIONS 1. Equipement de chauffage thermodynamique pour logement individuel comprenant un circuit de fluide frigorigène sur le parcours duquel sont disposés un compresseur, un détendeur, un échangeur fluide frigorigène-air et un échangeur fluide frigori gGne-eau, l'ensemble de ces organes étant disposé dans un caisson équipé de moyens de raccordement à un réseau de canalisations d'eau de chauffage et à un réseau de gaines de ventilation propres au logement, équipement caractérisé en ce que le caisson comporte un compartiment supérieur à l'intérieur duquel se trouve disposé 11 échangeur fluide frigorigène-air, un compartiment inférieur à l'intérieur duquel se trouve disposé le compresseur et-un compartiment intermédiaire comportant des canalisations de fluide frigorigène reliant l'échangeur fluide frigorigène-air au compresseur, ce compartiment intermédiaire ayant une hauteur telle que le compartiment supérieurse trouve disposé en partie haute du logement. 2. Equipement de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compartiment intermédiaire est muni d'un orifice d'extraction d'air communiquant avec le compartiment supérieur et d'un orifice d'amenée d'air communiquant avec le logement, moyennant quoi on peut assurer une ventilation permanente dudit compartiment intermédiaire ainsi que du local dans lequel est placé le caisson. 3. Equipement de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le compartiment intermédiaire est muni d'une résistance de chauffage électrique commutable. 4. Equipement de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condenseur est disposé à l'intérieur du compartiment inférieur. 5. Equipement de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condenseur est disposé de façon verticale contre la partie arrière du caisson. 6. Equipement de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compartiment supérieur comporte à sa partie inférieure un orifice débouchant sur une conduite dséva- cuation des eaux de condensation. 7. Equipement selon l'une quelconque des revendications 2 et 6, caractérisé en ce que le compartiment intermédiaire comporte à sa partie inférieure un orifice débouchant sur une conduite brancnée sur la conduite dtévacuation des eaux de condensation. S. équipement selon la revendication 1, caractérisé en e que le caisson comporte deux conduits d'air reniant respec vivement Te compartiment inférieur au réseau de aines de ventilation propres au logement et ledit compartiment inférieur au compartiment supérieur ci amont de 11 échangeur fluide frigorigène-air par rapport au sens de circulation de l'air dans ledit échangeur, lesdits conduits d?air étant disposés verticalement contre lapartie arrière du caisson, 9. Equipement selon la revewdicatio 8, caractérisé en ce que lesdits conduits d'air présentent une section de forme rectangulaire allongée.