Brevet FR2428793A1 — publié le 19800111

La présente invention est relative à une installation de distribution de chaleur pour immeuble à habitation et/ou pour piscine utilisant notamment l'énergie solaire et l'énergie fournie à une pompe à chaleur. Elle concerne plus particulièrement un échangeur permettant de mettre en oeuvre ladite installation. L'objectif recherché par la technique actuelle dans ce domaine est de concevoir une installation autonome de distribution de chaleur utilisant les sources d'énergie les plus économiques et notamment l'énergie non utilisée dissipée dans les milieux ambiants comme l'énergie solaire. Ainsi les pompes à chaleur, selon le principe connu du cycle de Carnot reposant sur la compression et la détente d'un fluide frigorigène, emmagasinent les calories dispersées dans l'atmosphère environnante. Bien qu'efficaces, ces différents dispositifs de captation d'énergie présentent le désavantage d'être insuffisants pour alimenter à eux seuls une installation de chauffage. I1 est nécessaire de prévoir un chauffage d'appoint, généralement un chauffage électrique, pour compenser les déperditions de chaleur plus importantes pendant les périodes critiques et notamment pendant les périodes de dégivrage des pompes à chaleur. Pour obvier à ces inconvénients, la présente invention propose une installation autonome de distribution de chaleur utilisant plusieurs sources d'énergie gratuite. Une telle installation permet de chauffer en même temps une habitation et une piscine ; le chauffage de l'habitation étant prioritaire. De ce fait, l'eau de la piscine pourra etre chauffée par un dispositif de captation des rayons solaires et de plus, l'eau ainsi chauffée constituera une source de calories pour ladite installation. A cet effet, l'installation, objet de la présente invention,repose sur l'emploi comme moyen de transfert de calories entre les différents ensembles, d'un échangeur multi-fonction comprenant - d'une part, une enceinte hermétique calorifugée servant d'évaporateur à une pompe à chaleur et dans laquelle deux canalisations au moins font circuler chacune et ce, simultanément ou non selon le cas le plus approprié d'utilisation dudit échangeur, un fluide caloporteur ; - d'autre part, un fluide frigorigène destiné, en remplissant l'espace vide de l'enceinte entre lesdites canalisations, à transmettre de manière réversible les flux d'énergie entre les fluides circulant dans ces canalisations. Ce fluide frigorigène dit fluide de refroidissement, est celui que l'on trouve généralement dans les circuits des pompes à chaleur, le fréon ou les autres composés à base de fluorure étant les plus couramment employés. Pour mettre en place une installation de distribution de chaleur telle que la propose l'invention, le fluide caloporteur d'une canalisation circule en parallèle avec un circuit de captation des rayons solaires alors que dans une autre des susdites canalisations le fluide circule en parallèle avec l'eau d'une piscine ou avec un circuit d'accumulation terrestre. Le fluide circulant dons cette dernière canalisation peut ainsi donner des calories à l'eau de la piscine ou inversement prendre des calories à celleci. Selon une réalisation particulièrement avantageuse de l'installation, le chauffage de l'habitation peut être produit soit par le dispositif de captation des rayons solaires soit par une pompe à chaleur au moyen de deux canalisations d'arrivée et de sortie branchées sur une enceinte calorifugée constituant le condenseur de ladite pompe. Selon une autre réalisation particulièrement avantageuse de l'invention une vanne modulante à trois voies est placée sur la canalisation reliant le circuit de captation solaire à l'échangeur. Ainsi, lorsque la pompe à chaleur est mise en service, cette vanné modulante évite. une accumulation de calories dans l'échangeur ser vant d'évaporateur à ladite pompe. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront à la lecture de la description ci-après, donnant à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, un mode de réalisation d'une installation de distribution de chaleur conforme à l'invention. - la figure 1 est un schéma général d'une telle installation. - la figure 2 est un schéma de l'installation fonctionnant sur le dispositif de captation solaire. - la figure 3 est un schéma de l'installation fonctionnont sur la pompe à chaleur. Comme on peut le voir sur la figure 1, cette installation comporte notamment un capteur solaire 1, un réservoir d'accumula- tion 2 et une pompe à chaleur 3. L'évaporateur de cette pompe 3 est constitué par un échangeur 4 autorisant les transferts thermiques entre le dispositif de captation solaire comprenant le capteur 1 et le réservoir 2 et une piscine 5. Le condenseur quant à lui est constitué par une enceinte calorifugée 6 sur laquelle est branché un circuit d'eau constitué de deux canalisations 6a et 6b d'entrée et de sortie reliant le circuit de chauffage 7 d'une habitation. Ce chauffage de l'habitation peut être alimenté soit comme on vient de le décrire par la pompe à chaleur 3 soit directement par le dispositif de captation solaire. La séparation entre les deux alimentations est réalisée au moyen d'une vanne à trois voies de tout ou rien 8a disposée sur l'intersection de la canalisation 6a et la canalisation 9 laquelle relie le circuit de chauffage 7 au réservoir 2. Lorsque la pompe à chaleur 3 est en fonctionnement, les calories de l'évaporateur 4 sont fournies soit par le circuit de captation solaire et amenées par une canalisation 10, soit par l'eau de la piscine 5 et amenées par une autre canalisation 11. Des circulateurs 12a et 12b disposés respectivement sur chacune de ces canalisations 10 et 11 déterminent l'apport de calories le plus avantageux pour le rendement de ladite pompe. De plus, pour éviter une augmentation trop importante de pression à l'intérieur de l'évaporateur 4, notamment par une élévation de température du fluide frigorigène à l'intérieur de celui-ci, le fluide caloporteur sortant du réservoir 2 est dérivé en totalité ou en partie au moyen d'une vanne modulante à trois voies 13 disposée après le circulateur 12a et dont le rôle est de recycler les calories sur le réservoir 2. On ajoutera d'une part, qu'une vanne à trois voies de tout ou rien 8b disposée entre le réservoir 2 et le capteur 1 permet d'isoler ce dernier, lorsque la température détectée au niveau du panneau est nettement inférieure à un seuil donné et d'autre part, qu'un circulateur 12c placé sur la canalisation 9 entre la vanne 8a et le circuit de chauffage 7, autorise la circulation du fluide chaud provenant de l'installation à l'intérieur dudit circuit 7. Le trajet de chacun des fluides est établi à partir de sondes thermo-électriques 14, associées aux différents organes de l'installation et à I'extérieur des locaux et reliées à un coffret de régulation 15 qui, en fonction des températures décelées par les sondes agit sur les vannes 8a, 8b et 13, les circulateurs 120, 12b et 1 2c et la pompe à chaleur 3 pour définir le trajet le plus apte à fournir le meilleur apport de calories. On notera également que des clapets anti-retour 16 placés sur l'ensemble des canalisations déterminent le sens des différents trajets. Pour mieux comprendre le principe de fonctionnement d'une telle installation on se reportera aux figures 2 et 3. Dans un premier temps, illustré par la figure 2, on suppose que la température décelée au niveau du capteur 1 est supérieure à un seuil donné. Le fluide prend alors le trajet T1 représenté en traits mixtes et déterminé par l'ouverture des circulateurs 12a et 12 c d'une part et la combinaison des ouvertures prises par les vannes 8a, 8b et 13 d'autre port ; l'installation fonctionne alors comme une installation classique de chauffage solaire. Cependant, lorsque la température extérieure est suffisante pour que l'habitation n'exprime pas de besoins calorifiques, ce qui est généralement le cas en été, la vanne à trois voies 8a est fermée et le circulateur 12c arreté de sorte, que le fluide est dévié par une canalisation 17 directement sur le réservoir 2. Le nouveau trajet T; ainsi formé et représenté en pointillés permet d'apporter des calories au fluide frigorigène se trouvant dans l'échangeur 4. Ce fluide restitue son énergie accumulée à l'eau de la piscine qui prend le trajet T2 représenté également en pointillés, lorsque le circulateur 12b est actionné. De ce fait l'eau de la piscine est chauffée en circulant dans l'échangeur 4. Dans un deuxième temps, illustré par la figure 3, on suppose que la température du capteur descend au dessous du seuil donné, la pompe à chaleur 3 et le circulateur 12c sont simultanément mis en service, la vanne 8a étant bien évidemment orientée du circuit de chauffage 7 de l'habitation sur la canalisation 6a de sorte, que suivant le trajet T3 représenté en traits mixtes, l'habitation est chauffée par les calories produites dans le condenseur 6. La source froide de la pompe à chaleur 3 constituée par l'échongeur-évaporateur 4 est alimentée en calories soit par l'eau de la piscine 5 soit par le réservoir 2. Le premier cas se produit, notamment lorsque la température de l'eau de la piscine est supérieure à celle du fluide dans le réservoir d'accumulation 2. Le circulateur 12b est alors enclenché et l'eau chaude de la piscine 5 selon le trajet T2, cède cette fois des calories au fréon contenu dans l'échangeur-évapo rateur 4. Dans le deuxième cas, la température à l'intérieur du réservoir 2 étant supérieure à celle de l'eau de la piscine 5, le circulateur 12a est alors enclenché. Le fluide prend le trajet T4 représenté en pointillés, afin d'apporter des calories au fréon de l'échangeur-évaporateur 4. On notera que la vanne modulante 13 est asservie à la température dudit fluide à l'intérieur de l'évaporateur 4 pour détourner une partie des calories dudit évaporateur comme le montre la flèche F. Ce trajet T4 s'élargira pour devenir le trajet Tj de la figure 2 lorsque la température au niveau du capteur, toujours inférieure au seuil donné, sera néanmoins supérieure à celle relevée dans le réservoir d'accumulation 2. REVENDICATIONS 1 - Installation autonome de distribution de chaleur pour immeuble à habitation et/ou pour piscine utilisant l'énergie so- laire et l'énergie fournie à une pompe à chaleur mise en oeuvre par un échangeur multifonction, CARACTERISEE PAR LE FAIT que cet échangeur par lequel s'opèrent les transferts thermiques entre les différentes sources d'alimentation comprend - d'une part, une enceinte hermétique calorifugée servant d'évaporateur à la pompe à chaleur et dans laquelle deux canalisations au moins font circuler chacune en liaison avec un circuit extérieur de ladite enceinte et ce, simultanément ou non selon le cas le plus approprié d'utilisation dudit échangeur, un fluide calopor tueur -d'autre part, un fluide frigorigène destiné en remplissant l'espace vide de l'enceinte entre lesdites canalisations, à transmettre de manière réversible les flux d'énergie entre les fluides circulant dans ces canalisations. 2 - Installation selon la revendication 1, CARACTERISEE PAR LE FAIT que dans une canalisation le fluide caloporteur circule en porallèle avec un circuit de captation des rayons solaires. 3 - Installation selon la revendication 1, CARACTERISEE PAR LE FAIT que dons une autre canalisation le fluide caloporteur circule en parallèle avec un circuit piscine. 4 - Installation selon la revendication 1, CARACTERISEE PAR LE FAIT que dans une autre canalisation le fluide caloporteur circule en parallèle avec un circuit d'accumulation terrestre. 5 - Installation selon les revendications 1,2 et 3 ou 4, CARACTERISEE PAR LE FAIT que le chauffage de l'habitation est produit par un dispositif de captation des rayons solaires. 6 - Installation selon les revendications 1,2 et 3 ou 4, CARACTERISEE PAR LE FAIT que le chauffage de l'habitation est produit par la pompe à chaleur au moyen de deux conduits branchés sur une enceinte calorifugée servant de condenseur à la susdite pompe. 7 - Installation selon les revendications 1,2,3 ou 4, 5 et 6, prises ensemble, CARACTERISEE PAR LE FAIT que la circulation des fluides est assurée par au moins trois circulateurs et deux vannes à trois voies de tout ou rien. 8 - Installation selon les revendications 1,2 et 6,7 prises ensemble, CARACTERISEE PAR LE FAIT qu'une vanne modulante à trois voies est placée sur la canalisation reliant le réservoir de stockage du dispositif de captation de l'énergie solaire à l'échangeur. 9 - Installation selon les revendications 7 et 8, CARACTERISEE PAR LE FAIT que la mise en fonction sélective des susdits circulateurs et vannes est commandée par un dispositif de régulation selon des informations reçues par des sondes thermoélectriques associées aux différents organes de l'installation.