Brevet FR2412792A1 — publié le 19790720

La présente invention est relative à un circuit à inversion comprenant un tuyautage incorporé à un plancher, à une paroi, à un plafond ou à un toit et dans lequel un liquide doit titre mis en circulation par d pompes, alternativement, dans des sens différents, au moyen d'un dispositif d'enclenchement, > des intervalles de temps modifiables. Dans un circuit à inversion eonnu, décrit dans le brevet DE-OS 25 42 547 et utilisé pour le chauffage des planchers, il faut, en plus de deux soupapes mélangeuses à quatre voies, dXun prix élevé, dont l'une au moins doit être, de plus, munie d'un moteur de manoeuvre, un organe de commande extrtmement compliqué et sujet à des incidents de fonctionnement. Dans un autre circuit à inversion connu utilisé pour le chauffage des planchers et décrit dans le brevet FR-PS 865 132, il y a au total quatre soupapes qui, pour chaque changement du sens de circulation dans le circuit, doivent être commandées par au moins un moteur de manoeuvre. Ce circuit à inversion revient également extrOmement cher et, de plus, est soumis à une usure con sidérable du fait que les quatre soupapes fonctionnent en permanence. Dans le cas de ces circuits à inversion comportant des moteurs de manoeuvre, le risque que l'on court, en princi pe, est quen cas de déficience leur organe de manoeuvre s'arrente dans une position intermédiaire et que, de ce fait, la circulation du liquide dans le tuyautage se trouve interrompue, ce qui peut en tratner par suite du risque de gel, des inconvénients particulièrement graves. Lorsque le milieu de transfert de la chaleur est par exemple une saumure, il se produit très rapidement des incrustations dans toutes les boites à étoupe normales. L'augmentation de frottement qui en résulte peut provoquer une surcharge du dispositif de commande ou même, dans certains cas, sa destruction. Le but de l'invention est de réaliser un circuit à inversion du type initialement défini qui rende beaucoup plus sim- ple l'inversion du sens de circulation, assure un entretien facile en évitant l'utilisation de soupapes commandées de 1' extérieur, et garantisse, de plus, qu'en cas de déficience de l'une des pompes la circulation dans le circuit puisse être maintenue par l'autre pompe, ce qui est particulièrment avantageux, en raison du risque de gel, dans les installations de chauffage par rayonnement. ae but est atteint, suivant l'invention, du fait que le dispositif de manoeuvre d'enclenchement est constitué par une soupape à deux voies fonctionnant sous l'action d'une différence de pression et par deux soupapes d1arrSt, intercalées entre cetbe soupape et les deux pompes et ne s'ouvrant chacune que dans le sens de la circulation dans la pompe correspondante, l'une des pompes seulement étant mise en marche par un commutateur, commandé par un mécanisme d'horlogerie, et l'autre pompe étant, pendant le meme temps, maintenue à l'arrtt. On réalise de cette minière un circuit à inversion automatique dans lequel le sens de circulation change automatiquement et sans retard par l'alternance de l'enclenchement et du déclenchement des deux pompes, par exemple sous l'action d'un commutateur alternatif. De plus, en cas de déficience de l'une des pompes, le chauffage, par exemple dans le cas d'un chauffage par rayonnement, n'est pas interrompu, ce qui évite tout gel du milieu de chauffage dans le tuyautage correspondant. De plus, la soupape à deux voies se place toujours dans une position terminale et ne comporte pas de boite à étoupe. D'une manière générale, il faut remarquer que dans les circuits à inversion de ce type la transmission de chaleur est améliorée du fait qu'il y a une différence de température moyenne optimale. Il y a lieu, à ce propes, de faire une distinction entre les circuits à inversion associés à un tuyautage absorbant de la chaleur et les circuits à inversion associés à un tuyautage cédant de la chaleur. Dans le premier cas, le tuyautage est place dans le sol pour y capter des calories à faible température et les céder à l'évaporateur d'un circuit de pompe calorifique par lequel elles sont portées à une température plus élevée, par exemple pour assurer un chauffage. Le tuyautage peut également titre placé dans un élément de toiture pour capter l'énergie solaire et les calories captées de cette manière peuvent étire portées, par une pompe calorifique, à une température plus élevée pour assurer un chauffage. Dans le deuxième cas, le tuyautage fonctionne comme un registre cédant des calories dans la couche de matériaux constituant un plancher, une paroi ou un plafond pour assurer un chauffage par rayonnement. Dans tous les cas qui viennent d'entre envisagés, le rendement de la transmission de chaleur dépend non seulement du coefficient de transmission k et de la surface de transmission X, mais également, d'une manière décisive, de l'importance de la différence de température moyenne du milieu cédant et absorbant de la chaleur, qui augmente beaucoup dans le cas d'une inversion régulière du sens de circulation. De plus, en raison du rinçage de retour qui s'y produit, un circuit à inversion fonctionnant dans ces conditions présente l'avantage qutil ne peut pas se produire, dans un circuit à inversion de ce type, de dépôt de crasses dans les tuyautages de transmission de la chaleur, de sorte qu' il en résulte, que le coefficient de transmission de chaleur a une valeur constante.La qualité d'un circuit d'inversion dépend essentiellement du fait qu'il est constitué par peu de pièces fonctionnement d'une manière régulière et ne demandant partiquement pas d'entretien. Alors que les circuits à inversion connus men tonnés au début comportent toujours, pour l'inversion du sens de circulation, des soupapes que l'on commandez ltextérieur au au moyen de moteurs de manoeuvre (soupapes d'arrêt et soupapes mélangeuses à quatre voies), le dispositif qui fait l'objet de l'invention fonctionne suivant un principe tout-à-fait différent puisque le sens de circulation y est commandé par l'alternance de l'enclenchement et du déclenchement de deux pompes sous l'action de soupapes d'arrêt intervenant automatiquement à l'intérieur du circuit à inversion. Dans un autre développement avantageux de l'invention, la soupape à deux voies et les deux soupapes d'arrêt sont réalisées dans une seule et mtme pièce, pour ainsi dire ZenELoc", ce qui simplifie beaucoup le montage. La soupape à deux voies est placée entre les faces de compression des deux pompes et en arrière des deux soupapes d'arrêt dans le sens de la circulation et les deux pompes sont reliées, du ceté de leurs faces d'aspiration, à l'une des extrémités d'une conduite à by-pass dont l'autre extré- mité est reliée au c8té sortie de la soupape à deux voies.En munissant chacune des deux conduites d'amenée d'une soupape d'arrêt montée en arrière de la soupape à double voie, dans la direction du tuyautage, et en munissant également la conduite à by-pass d'une soupape d'arrtt à ses deux extrémités, on réalise un dispositif à inversion compact utilisable d'une part dans une installation de chauffage par rayonnement et d'autre part dans une instalaation comportant des registres de captage de la chaleur du sol ou de l'énergie solaire. Pour empêcher tout encrassement des sièges de la soupape à deux voies, on place, en avant de chacune de ses tubulures d'amenée, un filtre captant les particules de crasse. L'enclenchement alternatif de la première pompe et le déclenchement simultané de la deuxième pompe sont assurés d'une manière très simple et sans incident par un commutateur alternatif commandé par un interrupteirhoraire à temps. En cas de déficience d'une pompe, on constate généralement une augmentation d'absorption de courant. Si l'on utilise cette augmentation d'absorption du courant pour un commutateur magnétique induit par lui pour la commutation de la soupape à deux voies, qui doit ttre main tenue alors par un relais d'arrEt, la pompe déficiente reste à l'arrêt tandis que la pompe intacte maintient la circulation dans le circuit jusqutà ce que la première pompe soit réparée.C'est particulièrement avantageux dans tous les cas où I'arrdt de la circulation comporte un risque de gel du tuyautage assurant la transmission de chaleur et monté dans le circuit à inversion. Le dessin permet de décrire ce nouveau circuit à inversion par exemple dans une installation de chauffage par rayonnement. La figure 1 représente la schéma de montage d'un circuit à inversion associé à-un circuit de chauffage assurant un chauffage par rayonnement. La figure 2 représente la soupape à deux voies et les deux soupapes d'aslidt constituées par une seule et méme piè- ce. Sur la figure 1 la circuit d'inversion et le circuit de chauffage sont désignés respectivement pas I et 2. Le circuit d'inversion est essentiellement constitué pas le tuyautage 3, par les deux pompes 4 et 5, par les deux soupapes d'arrêt 6 et 7, par la soupape à deux voies 8 et par la conduite à by-pass 9. Dans le cas étudié, le tuyautage 3 est placé, pour la réalisation d'un chauffage pas rayonnement, dans la couche constituant un plan cher, une paroi ou un plafond. Il peut cependant être placé également, pour une réalisation d'une installation de captage de la chaleur, dans une couche du sol ou dans une cellule solaire d'un toit. Les deux pompes 4 et 5 sont entraînées chacune par un moteur électrique 4t ou 5 alimenté par un réseau d'alimentation en courant électrique 10.Entre le réseau d'alimentation en courant électrique 10 et les deux moteurs électriques 4 et 5'l'installs- tion comprend un commutateur alternatif 11, constitué par exemple par un relais alternatif qui, alternativement, enclenche la pompe 4 et déclenche en mOrne temps la pompe 5 et inversement . Entre chacune des soupapes d'arret 6, 7 et la face de compression de la pompe correspondante 4 ou 5 l'installation comprend un thermostat 12 ou 13 monté dans le circuit d'inversion et commandant la, soupa- pe mélangeuse à trois voies 14 du circuit de chauffage 2. Le circuit de chauffage comporte, d'une manière connue, en plus de la soupape mélangeuse à trois voies 14, un générateur de chaleur 15 qui peut cependant titre remplacé également par un accumulateur d'eau chaude, par un chauffe-eau à gaz pour eau courante ou par le condenseur d'une pompe calorifique. La conduite d'aller 16 et la conduite de retour 17 du circuit de chauffage 2 sont reliées l'une à l'autre par la-conduite de réglage 18 partant due la soupape mélangeuse à trois voies 14. La conduite d'aller 16 comporte, entre la soupape mélangeuse trois voies 14 et la chaudière 15, un séparateur d'air 19 comprenant un désaxé rateur,du type désaérateur à flotteur connu,20,et une soupape de streté à surpression 21.Dans le cas envisagé, le circuit de chaux fage 2 est monté en parallèle par rapport au circuit d'inversion 1, du - fait que la conduite d'aller 16 est reliée à la conduite d'aspiration 9' et que la conduite de retour 17 est reliée à la conduite de refoulement 9 de la conduite à by-pass 9. Â chacune de ses deux extrémités, le tuyautage 3 est relié à un organe distributeur ou collecteur de tuyautage, 22, 23, pour raccord à d'autres tuyautages 3. Le nouveau circuit à inversion 1 fonctionne en liaison avec le circuit de chauffage 2 dans les conditions suivantes. La pompe 5 doit ttre isolée du réseau sous tension par le commutateur alternatif Il et la pompe 4 doit Outre enclenchée. L'eau chaude de la chaudière 15 est aspirée par la pompe 4, passe dans le séparateur d'air 19, dans la soupape mélangeuse à trois voies 14, dans la conduite d'aller 16 et dans la conduite d'aspiration 9 de la conduite à by-pass 9 et est ensuite refoulée par la pompe 4 dans la conduite 24, dans le thermostat 12 et dans la soupape d' ret 6 pour arriver à l'organe distributeur de tuyautage 22.Fartant de là, l'eau de chauffage passe ensuite dans un ou plusieurs tuyautages 3, dans l'organe collecteur de tuyautage 23 et dans les conduites 25 et 26 pour arriver à la soupape à deux voies 8. En raison de la pression exercée par la pompe 4 dans la ocnduite d'amenée 27 vers la soupape à deux voies 8, la soupape 8 est fermée mais, par contre; la soupape 8 est ouverte. De ce fait; l'eau de retour passe dans la canalisation d'arrivée 26; traverse la soupape à deux voies 8 et passe dans la conduite de sortie 28 conduisant à la conduite à by-pass 9 pour arriver, en passant par la conduite de retour 17, à la chaudière 15.Dans le schéma de montage représenté, la conduite d'aller 16 et laconduite de retour 17 sont reliées dune part par la conduite à by-pass 9 et d'autre part par la conduite de réglage t8. L'davantage particulier de ce mode de montagerésulte de ce qu'il permet de régler exactement la proportion de liquide de retour et de réaliser; de ce fait; en réglant exactement le débit d'eau un réglage exact de la température du tuyautage 3 et de tous les autres tuyautages 3 reliés aux organes distributeurs ou collecteurs des tuyautages.En effets un bon chauffage par rayonnement dans une installation de chauffage de plancher exige simplement une température, dans la conduite d'aller, comprise entre 35 et 450 C. Par conséquent, il ne faut prélever chaque fois, dans la chaudière 15, par la conduite daller 16, qu'une faible quantité d'eau à haute température et, par contre, il faut que la plus grande partie de l'eau arrivant à la conduite d'aller 16, 80 à 90 g, provienne de la conduite à by-pass 9 et que 10 à 20 % de l'eau arrivant à cette conduite d'aller proviennent de la conduite de réglage 18, de manière à obtenir, par mélange, dans cette conduite d'aller, la température de 35 à 450C: voulue. L'avantage particulier de ce dispositif résulte encore de ce que, dans ce cas, le déplacement de manoeuvre de la soupape mélangeuse à trois voies est utilisé à plein et que dans toute la zone de réglage nécessaire on peut réaliser un réglage exact de la température de l'eau chaude dans la conduite d'aller. Cette possibilité de réglage exact de la température permet, de plus; utiliser dans danger, pour la fabrication du tuyautage, méme des matériaux ne résistant que dans un domaine de températures 1imflté, par exemple des polyoléfines. il faut simplement que le robinet modérateur 29 intercalé dans la conduite à by-pass 9 entre la conduite d'aller 16 et la conduite de retour 17 soit ajusté au débit de l'eau pour le réglage du circuit à inversion associé au circuit de chauffage, 2. Pour éviter l'encrassement des soupapes 8', 8" de la soupape à deux voies 8 fonctionnant sous l'action d'une dif férence de pression, on place, dans chacune des conduites d'amenée 26, 27, un filtre 30, 31. Si ctest au contraire la pompe 4 qui est mise à l'arrOt,la pompe 5 étant mise en marche, la pompe 5 aspire, par la conduite d'aspiration 9 de la conduite à by-pass 9, de l'eau chaude mélangée qu'èlle envoie, à travers la soupape d'arrêt 7, à l'organe distributeur de tuyautage, 23. De là, l'eau arrive, après avoir traversé le tuyautage 3, au dispositif distributeur 22, qui fonctionne alors comme dispositif collecteur de retour, puis passe dans la conduite d'amenée 27 et dans le filtre 31 pour arriver à la soupape à deux voies 8. La soupape d'arrêt 8 de cette soupape à deux voies est alors ouverte et sa soupape d'arrêt 8" est fermée.Sortant par la conduite 28, l'eau de retour passe alors dans la conduite à by-pass 9 et dans la conduite de réglage 18 pour aller d'une part dans la conduite d'aller 16 et d'autre-part dans la conduite de retour 17, puis dans la chaudière 15, d'où sort alors une quantité d'eau chaude correspondante, dans la conduite d'aller 16. Pour éviter toute erreur de réglage de la soupape mélangeuse à trois voies 14 résultant de l'émission d'un signal intempestif provenant de celui des thermostats 12 ou 13 qui se trouve du cCté de celle des pompes 4 ou 5 qui est précisément à l'arrOt, le mode de fonctionnement du commutateur alternatif 11 est tel que, dès le déclenchement de l'une des pompes 4 ou 5, le thermostat correspondant 12 ou 13 ne peut plus envoyer de signaux à la soupape mélangeuse à trois voies 14. Pour permettre le montage et le démontage des principales piècea du circuit à inversion 1 et du circuit de chauffage 2 lorsqutils forment une installation de réglage compacte, on place au total 4 soupapes d'arrêt 32 immédiatement en arrière de la chai dière 15 et immédiatement en avant des organes distributeurs et collecteurs de tuyautage 22, 23. La figure 2 représente la soupape à deux voies 8 et les soupapes d'arrêt 6 et 7 réalisées dans une seule et même pièce; les pièces figurant sur le schéma de la figure 1 étant désignées par les mêms chiffres. Dans ce cas, contrairement à ce qui est indiqué sur la figure 1 pour la soupape à deux voies 8, la soupape d'arre't 8, est ouverte et la soupape d'arrtt 8" est fermée tandis que la soupape dfarrEt 6 est fermée et que la soupape d'arrêt 7 est ouverte. Si l'on se reporte à la figure 1, on constate que cette situation d'enclenchement des soupapes correspond au cas où la pompe 5 est en marche et ou, par contre la pompe 4 a été mise à l'arêrt par le commutateur alternatif 11. REVENDICATIONS 1. Circuit à inversion comprenant un tuyautage incorporé à un plancher, à une paroi, à un plafond ou à un toit et dans lequel un liquide doit ttre mis en circulation par deux pompes, alternativement dans des sens différents, au moyen d'un dispositif d'enclenchement, à des intervalles de temps modifiables, caractérisé en ce que le dispositif d'enclenchement est constitué par une soupape à deux voies 8 fonctionnant sous l'action d'une différence de pression et par deux soupapes d'arrêt 6, 7 intercalées entre cet- te soupape 8 et les deux pompes 4, 5 et ne s'ouvrant chacune que dans le sens de circulation dans la pompe correspondante 4 ou 5, une seule pompe, 4 ou 5, étant mise en marche pendant la durée- de chaque intervalle de temps par un commutateur Il commandé par un mécanisme d'horlogerie. 2. Circuit à inversion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape à deux voies 8 et les deux soupapes d'arrOt 6, 7 font partie d'une seule ou même pièce. 3. Circuit à inversion selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la soupape à deux voies 8 est placée entre les conduites de refoulement 24, 25 des deux pompes 4, 5 et située, dans le sens de la circulation, en arrière des deux soupapes d'arrêt 6, 7 et en ce que les deux pompes 4, 5 sont reliées, du cOté de leur conduite d'aspiration, à l'une des extrémi- tés 9' d'une conduite à by-pass 9 qui, à son autre extrémité 9', est reliée à la conduite de sortie 28 de la soupape à deux voies 8. 4. Circuit à inversion selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte, en avant de chacune des tubulures d'amenée 26, 27 aboutissant à la soupape à deux voies 8, un filtre 30, 31 permettant de capter les particules de crasse. 5. Circuit à inversion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'en cas de déficience de l'une des pompes, par exemple 4 ou 5, le commufateur Il commandé par le mécanisme d'horlogerie pour la mise en marche et la mise à l'arrêt des pompes 4, 5 maintien cette pompe hors circuit et maintient l'autre pompe, par exemple 5, en marche. 6. Circuit à inversion, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, relié, dans une installation de chauffage par rayonnement, à un circuit de chauffage, caractérisé en ce que le circuit de chauffage 2 est monté en parallèle par rapport à la conduite à by-pass 9 du circuit à inversion 1 et en ce que sa conduite d'aller 16 est reliée à la conduite d'aspiration 9' de la conduite à by-pass 9. 7. Circuit à inversion selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un robinet modérateur 29 est intercalé, dans la conduite à by-pass 9, entre les points de jonction de la conduite d'aller 16 et de la conduite de retour 17 du circuit de chauffage 2.