Brevet FR2402163A1 — publié le 19790330

La présente invention est relative aux appareils destinés a assurer le conditionnement de l'air d'un local d'habitation ou industriel. Plus particulierement, l'invention concerne les appareils dits "pompes a chaleur" qui,pour chaque type de conditions atmosphé riques,sont capables d'assurer le maintien de conditions de vie agréables dans un local. De façon connue, de telles pompes a chaleur comprennent un circuit d'un fluide caloporteur dans lequel sont branchés notamment un compresseur, un évaporateur et un condenseur, ainsi qu'une ou plusieurs soufflantes, l'ensemble étant associé a des moyens de con duction des flux d'air de telle sorte que la pompe a chaleur puisse, d'une part, aspirer de l'air a travers une entrée d'air neuf reliée a l'extérieur et a travers une entre d'air vicié reliée au local et, d'autre part,rejeter de l'air a travers une sortie d'air extrait com muniquant avec l'extérieur et une sortie d'air renouvelé ou de souf flage reliée au local.On a déjà incorporé a ces pompes a chaleur des moyens de réglage associés aux moyens de conduction des flux d'air et comportant un jeu d'organes de réglage formés par des volets, vannes papillons, vannes coulissantes ou autres, afin de pouvoir donner aux moyens de conduction des flux d'air plusieurs configura tions qui rendent la pompe a chaleur capable de fonctionner, au choix de l'utilisateur, en régime d'hiver (chauffage) ou en régime d'été (climatisation). Ces organes de réglage permettent en outre d'assurer un fonctionnement allant d'un régime a circuit entièrement fermé a un régime assurant un renouvellement plus ou moins important de l'air. L'inconvénient des pompes a chaleur existantes réside dans le fait qu'elles nécessitent au niveau des soufflantes une puissance assez considérable, car les courants d'air mis en mouvement par les soufflantes doivent passer par des trajets plus ou moins tortueux en fonction de la configuration du jeu d'organes de réglage. Ceci entraI- ne une perte de charge considérable et donc un besoin en puissance accrue de la pompe a chaleur. L'invention a donc pour but de créer une pompe a chaleur dont le rendement est amélioré par rapport a celui des pompes a cha leur existantes, grâce a l'élimination totale des changements brus ques des trajets des courants d'air en particulier au niveau de lte- vaporateur et du condenseur de la pompe. Elle a donc pour objet une pompe a chaleur du type compor tant un circuit de fluide caloporteur composé notamment d'au moins un compresseur associé unêvaporateuret a un condenseur qui sontdisposés respectivement dans deux gaines de conduction de flux d'air commuquant sélectivement a travers des moyens de réglage de ces flux avec une entrée d'air neuf et une entrée d'air vicié, lesdites gaines communiquant avec une sortie d'air extrait et une sortie d'air de soufflage, ladite pompe comportant en outre des moyens de soufflage et des moyens de réglage destinés a mettre sélectivement en communication lesdites gaines et lesdites sorties, ladite pompe étant caractérisée en ce que lesdits moyens de soufflage comportent deux soufflantes disposées respectivement dans lesdites gaines immédiatement en aval de l'évaporateur et du condenseur et en ce qu'en aval desdites soufflantes sont disposés des moyens d'aiguillage des courants d'air engendrés par celles-ci et destinés a rejeter sélectivement les flux d'air dans les sorties d'air de soufflage et d'air extrait. La disposition des éléments de la pompe a chaleur définie ci-dessus permet d'affecter toujours la même soufflante a l'évapora- teur ou au condenseur de sorte que les courants d'air, å partir du moment qu'ils entrent dans les gaines, ne subissent uneéventuefle dévia- tion qu'a l'entrée des soufflantes(tout au moinslarsque lles-ci sont du type centrifuge). I1 en résulte une réduction considérable des pertes de charge, d'autant que chaque soufflante aspire ainsi sur toute la surface utile de l'évaporateur ou du condenseur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, lesdits moyens d'aiguillage sont formés par un jeu de deux volets articulés placés respectivement en aval des soufflantes et dirigeant les courants d'air sélectivement dans deux chambres de sortie présentant respectivement l'orifice de sortie d'air de soufflage et 11 orifice de sortie d'air extrait. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, lesdits volets sont articulés autour d'un axe horizontal commun, tandis que l'évaporateur et le condenseur sont des éléments allongés placés verticalement dans leur gaine respective.Dans ce cas particulier, il est avantageux de munir chaque volet articulé d'un dispositif de commande électromagnétique tel qu'un simple électro-aimant, capable par une impulsion d-'énergie de soulever le volet qu'il commande, ce dernier restant alors dans sa position haute pendant toute la durée de fonctionnement du régime concerné en vertu de la pression qu'exerce sur lui le courant d'air animé par la souf lante considérée. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement a titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels -: - la figure 1 montre une vue en plan schématique d'une pompe a chaleur conçue suivant un mode de réalisation préferé de l'invention - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe verticale prises respectivement a travers la gaine de l'évaporateur (selon la ligne II-II)et la gaine du condenseur (selon la ligne III-III); - les figures 4 et 5 montrent deux schémas de fonctionne ment de la pompe a chaleur suivant l'invention;; - la figure 6 représente une vue en perpective de la partie de la pompe a chaleur située en aval des deux batteries -- les figures 7, 8 et 9 représentent une variante du système d'admission et de mélange des deux airs a l'entrée de la pompe a cha leur,respectivement sue de dessus, de face (coupe VIII-VIII) et de coté (coupe M-IX). Suivant le mode de réalisation représenté aux figures, la pompe a chaleur comprend, disposées dans un habillage extérieur 1, une première gaine 2 dans laquelle est placée un évaporateur 3 et une seconde gaine 4 où se trouve placé un condenseur 5. Les gaines ont une section rectangulaire dont les petits côtés sont orientés horizontalement. L'évaporateur 3 et le condenseur 5 revétent chacun une forme allongée et sont dressés verticalement-dans leur gaine res pective. Côté entrée, chaque gaine 2 ou 3 communique sélectivement avec deux caissons ou chambres d'entrée 6 et 7 par l'intermédiaire de quatre jeux de volets 8 a 11 formés chacun par une jalousie com posée de plusieurs lamelles 12 montées pivotantes autour d'axes ver ticaux. Chaque jalousie est commandée par une tringlerie (non repré sentée), les quatre tringleries étant couplées et actionnées par un seul servo-moteur pour assurer une modification simultanée et judi cieuse des lamelles 12 en fonction de la configuration d'écoulement donné à la pompe à chaleur pour chaque régime de fonctionnement. La chambre supérieure horizontale 6 communique avec une entrée d'air neuf 13, tandis que la chambre inférieure horizontale 7 est reliée au local a travers une entrée d'air vicié 14. Les tringleries des jalousies 8 a 11 sont agencées de telle façon que chaque gaine 2 ou 4 peut être sélectivement mise en commu nication avec les deux entrées 13 et 14. Par exempledans le cas des figures 1 a 3,les jalousies 8 et 11 sont ouvertes, tandis que les jalou sies 9 et 10 sont fermées, ce qui relie la chambre 6 a la gaine 2 et la chambre 7 a la gaine 4. On comprend qu'ainsi on peut obtenir deux positions extrêmes particulières de connexion des chambres aux gaines ainsi que toutes les positions intermédiaires correspondant a un mélange déterminé de l'air neuf et de l'air vicié pouvant être introduit dans les gaines 2 et 4. 'l'évaporateur 3 est muni d'un dispositif anti-gel 15 formé par exemple par des résistances électriques, tandis que le condenseur 5 est associé à un dispositif de chauffage d'appoint 16 également formé par des résistances électriques. Les jalousies 8 a 11 sont actionnées par un dispositif de commande automatique 17 disposé dans un compartiment latéral 18 de l'habillage 1 dans lequel sont logés également des compresseurs 19. La pompe a chaleur comporte également deux soufflantes 20 et 21 placées respectivement dans les gaines 2 et 4 immédiatement en aval de l'évaporateur 3 et du condenseur 5. Chaque soufflante, réalisée ici sous la forme d'un ventilateur centrifuge, est entraînée par un moteur 22, 23 placé également dans la gaine respective. On voit que chaque soufflante est agencée de manière aspirer a partir de la totalité de la surface de l'évaporateur ou du condenseur sans que l'air ait a parcourir un trajet sinueux en amont de l'entrée dans la soufflante. La sortie de chaque soufflante 20, 21 débouche dans une culotte de raccordement 24, 25 qui communique avec deux chambres de sortie superposées 26 et 27 s'étendant chacune sur toute la largeur de l'habillage 1. Des moyens d'aiguillage se présentant sous la forme de volets articulés 28 et 29 sont placés respectivement dans les culottes de raccordement 24 et 25. Chaque volet 28 ou 29 est constitué par une plaque plane de forme a peu près trapézoidale dont la grande base est fixée a un axe d'articulation 30 orienté horizontalement. En outre, chaque volet 28 ou 29 est associé a des moyens d'actionnement 31 ou 32 formés de préférence par un électro-aimant, permettant de donner une impulsion de mouvement a son volet associé. Les chambres de sortie 26 et 27 présentent respectivement un orifice de sortie d'air extrait 33 connecté- à l'extérieur et unorifice de sortie d'air de soufflage 34 connecté au local dont l'air doit être conditionné. Les diverses configurations de la pompe a chaleur peuvent être obtenues par la commande sélective d'une part des volets 8 a 11 et d'autre part des deux volets 28 et 29. En ce qui concerne ces derniers volets, on peut noter que dans le mode de réalisation représenté, leur commande est extremement simple. En effet, il suffit de leur associer un simple électro-aimant ou autre organe pouvant donner une impulsion de mouvement pour les placer dans leur position haute.Lorsque les soufflantes sont en marche les cou rants d'air correspondants les maintiennent automatiquement dans leur position haute, alors que la gravité les maintient dans leur position basse. Les jalousies 8 a 11 situées a l'entrée de la pompe peuvent être commandées par un seul servo-moteur par l'intermédiaire des tringleries déjà décrites ci-dessus. Le réglage de ces jalousies permet a la pompe a chaleur de fonctionner selon plusieurs régimes dont deux ont été illustrés sur les figures 4 et 5, régimes qui permettent notamment de conserver une température à peu près constante à l'entrée de l'évaporateur (en hiver entre 80 et 10 par exemple, en régime de chauffage) ce qui permet d'utiliser la pompe a chaleur dans une gamme de températures correspondant a son meilleur rendement. La figure 4 montre la configuration de la climatisation en été avec mélange de l'air neuf et de l'air extrait. Dans ce cas, les volets 8 a 11 sont donc dans des positions intermédiaires permettant ce mélange. Le volet 28 est en position haute et le volet 29 est en position basse. Les flèches noires représentent le parcours de l'air dans les chambres supérieures 6 et 26, tandis que les flè ches blanches représentent ces parcours dans les chambres inférieu res 7 et 27. La figure 5, a son tour, représente le régime de cilauf- fage en hiver,également en air mélangé, les flèches ayant les mêmes significations que sur la figure 4,les volets étant bien sûr inversés. Bien entendu, il est possible de faire fonctionner la pompe "en circuit fermé"; dans ce cas les jalousies sont totalement ouvertes ou fermées selon une disposition en croix comme indiqué sur les figures 1 a 3 ou selon la disposition inverse selon qu'il s'agit d'une climatisation ou d'un chauffage. Selon une variante de l'invention il est possible de pré voir, au lieu des volets basculants 28 et 29, des jalousies du même type que les jalousies 8 a 11 disposées a l'entrée. Dans cette première variante de pompe a chaleur ou se trou- vent disposées, a I > entrée comme a la sortie, quatre jalousies, il y a lieu d'observer toutefois certaines différences de fonctionnement en ce sens que les quatres jalousies de l'entrée sont soit, deux a deux, totalement fermées ou totalement ouvertes, soit occupent tou tes les positions intermédiaires correspondant a un mélange d'air neuf et d'air vicié, dans des proportions déterminées variables de o a 100%, et que les jalousies disposées a la sortie de la pompe a chaleur sont deux a deux totalement ouvertes et totalement fermées de telle sorte que les flux d'air rejetés par les soufflantes 20, 21 aboutissent sélectivement dans les chambres de sortie 26 et 27. En d'autres termes, les constructions des quatre jalousies disposées à l'entrée de la pompe à chaleur et celles des quatre jalousies disposées a la sortie de cette pompe se comprennent de la manière suivante : chaque jalousie (composée de plusieurs lamelles 12 occupe une demi-hauteur d'une des deux batteries froide (évaporateur 3) ou chaude (condenseur 5) de la pompe a chaleur, la position respective desdites lamelles, parallèles, de chaque jalousie étant commandée par le dispositif automatique de régulation 17 de telle manière que : a) les lamelles de chaque jalousie sont paral lèles aux lamelles de la jalousie diagonalement opposée; b) les lamelles de chaque jalousie sont perpendiculaires aux lamelles des deux jalousies voisines. La commande précitée, obtenue aisément a l'aide d'une came par exemple, conduit a l'admission d'un volume d'air constant sur chaque batterie,froide et chaude, de la pompe a chaleur, d'où des réductions de pertes de charge. Cette deuxième variante de réalisation présente les mê- mes avantages que la première variante a deux volets 28 et 29 ar ticulés autour d'un même axe horizontal 30, a savoir : a) la constance du volume d'air et des pertes de charge a l'admission; b) la trajectoire rectiligne des flux d'air dans les deux gaines parallèles de la pompe a chaleur comportant chacune une batterie, froide ou chaude; c) l'assurance d'une parfaite étanchéité en aval desdites batteries; d) une réduction notable des pertes de charge. Cette deuxième variante présente toutefois un relatif inconvénient : elle nécessite l'emploi de deux servo-moteurs dont le coùt est relativement élevé, un premier servo moteur, a rotation 1/4 de tour, pour la commande des jalousies de l'entrée qui fonctimnent selon le principe d'une modulation et un second servomoteur pour la commande des jalousies de la sortie de la pompe a chaleur qui fonctionnent selon le principe du "tout ou rien". C'est pourquoi la construction a deux volets articulés 28 et 29 sera,chaque fois que cela sera possible, choisie de préférence au système de quatre jalousies formées de lamelles parallèles tournant chacune autour d'un axe vertical. Dans une troisième variante représentée aux figures 7 à 9, le dispositif d'admission et de mélange modulant les deux airs a 11 entrée de la pompe à chaleur comprend deux volets motorisés du type à guillotine", respectivement 35 et 36, aptes a se déplacer d'un mouvement rectiligne vertical en regard de la paroi amont d'une batterie de la pompe a chaleur, de l'évaporateur 3 et du condenseur 5 respectivement. Dans cette troisième variante, il est clair que la hauteur de chaque volet 35 et 36 est égale a la demi-hauteur de chaque batterie, que les positions extrêmes des deux volets sont - pour la première, celle du recouvrement de la moitié supérieure de l'évaporateur par le volet 35 et de la moitié inférieure du condenseur par le volet 36, - celle du recouvrement de la moitié inférieure de l'é- vaporateur par le volet 35 et de la moitié supérieure du condenseur par le volet 36, pour la seconde position extrême, - et qu'enfin le mouvement de descente (ou de montée) du volet 35 correspond au mouvement de montée (ou de descente) du volet 36. I1 suffit à cet égard de commander les mouvements des volets 35 et 36 par un moyen unique tel un câble 37 guidé entre une poulie haute 38 et une poulie basse 39 dont l'une est motrice. La construction précitée conduit aux mêmes avantages que ceux exposés précédemment, a savoir la constance du volume d'air a l'admission, et la faculté de mélanger les deux airs sur chaque batterie dans des proportions variant de O a 100%. I1 y a lieu également de noter que la construction de la troisième variante est d'une réalisation beaucoup plus simple que la construction de la première variante. En conclusion, l'invention propose un dispositif d'inversion de flux d'une grande simplicite, qui est réalisée pour la partie arrière de la pompe a chaleur, par deux volets élèctro-magnéti- ques de préférence, et pour la- partie avant par deux volets motorisés du type a guillotine ou par quatre jalousies commandées par un seul servo-moteur a rotation quart de tour. Tous les dispositifs précités permettent des mélanges d'air avec pertes de charge et débit constants. En été, la pompe a chaleur proposée par l'invention fonctionne soit tout en air neuf, soit avec de l'air vicié et un taux de renouvellement minimum. En hiver, ladite pompe à chaleur fonctionne avec un mélange d'air neuf et d'air vicié afin de maintenir une tempéra ture, l'entrée de ltevaporateur,comprise entre 80 et 100 afin que ladite pompe fonctionne toujours dans sa gamme de meilleur rendement. On remarque également que pour toutes les constructions précitées, l'admission d'air neuf et la sortie d'air extrait s'effec- tuent sur la face avant de l'appareil, et que la reprise d'air vicié du local et le soufflage de l'air traité à I1 intérieur dudit local s'effectuent sur la face arriere de la pompe à chaleur. On aboutit de la sorte à une très grande simplicité au moment de l'intégration de ladite pompe à chaleur dans le local, d'habitation ou à caractère industriel,à l'intérieur duquel il faut assurer la climatisation et le chauffage. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes d'applications non plus qu'aux modes de réalisations qui ont été mentionnés et on pourrait concevoir diverses variantes sans sortir pour autant du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 10) Pompe à chaleur du type comportant un circuit de fluide caloporteur composé notamment d'un compresseur associé à un évaporateur et a un condenseur gui sont disposés respectivement dans deux gaines de conduction de flux d'air communiquant sélectivement à travers des moyens de réglage de ces flux avec une entrée d'air neuf et une entrée d'air vicié, lesdites gaines communiquant avec une sortie d'air extrait et une sortie d'air de soufflage, ladite pompe comportant en outre des moyens de soufflage et des moyens de réglage destinés a mettre sélectivement en communication lesdites gaines et lesdites sorties, ladite pompe étant caractérisée en ce que lesdits moyens de soufflage comportent deux soufflantes (20,21) disposées respectivement dans lesdites gaines (2,4) immédiatement en aval de l'évaporateur (3) et du condenseur (5) et en ce qu'en aval desdites soufflantes (20,21) sont disposés des moyens d'aiguillage (28 à 30,31,32) des courants d'air engendrés par celles-ci et destinés à rejeter sélectivement les flux d'air dans les sorties (33,34) d'air de soufflage et d'air extrait. 20) Pompe a chaleur suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens d'aiguillage sont formés par un jeu de de deux volets articulés (28,29) placés respectivement en aval des soufflantes (20,21) et dirigeant les courants d'air sélectivement dans deux chambres de sortie (26,27) présentant respectivement l'orifice de sortie d'air de soufflage (34) et l'orifice de sortie d'air extrait (33). 30) Pompe a chaleur suivant la revendication 2 caractérisée en ce que lesdits volets (28,29) sont articulés autour d'un axe horizontal commun (30), tandis que l'évaporateur (3 ) et le condenseur (5) sont des éléments allongés placés verticalement dans leur gaine respective (2,4). 40) Pompe à chaleur suivant la revendication 3 caractérisée en ce que chacun desdits volets (28;29) est associé à un dispositif de commande electromagnétique tel qu'un électro-aimant (31,32) permettant de la placer dans sa position haute. 50) Pompe à chaleur suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4 caractérisée en ce que lesdits volets (28,29) sont placés respectivement dans des culottes de raccordement (24,25) reliant les sorties des soufflantes (20,21) aux chambres de sorties, celles-ci étant allongées et s'étendant transversalement à l'orien tation de l'évaporateur (3) et du condenseur (5) allongés. 60) Pompe suivant la revendication 1 caractérisée en ce que lesdits moyens d'aiguillage sont formés par deux jalousies placées respectivement en aval des soufflantes et dirigeant les courants d'air sélectivement dans deux chambres de sortie présentant respectivement l'orifice de sortie d'air de soufflage et l'orifice de sortie d'air extrait. 70) Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 a 6 caractérisée en ce qu'en amont desdites gaines sont placés respectivement deux jeux de jalousies (8 à 11) couplées ensemble et actionnées par un dispositif moteur unique. 80) Pompe a chaleur suivant la revendication 7 caractérisée en ce que les lamelles (12) desdites jalousies (8 a 11) sont montées pivotantes autour d'axes verticaux. 90) Pompe à chaleur suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8 caractérisée en ce que les entrées (13,14) d'air neuf et d'air vicié sont prévues dans deux chambres allongées s'étendant transversalement a l'orientation de l'évaporateur (3) et du condenseur (5) et communiquant sélectivement avec lesdites gaines (2,4) à travers lesdites jalousies (8 a 11). 100 > Pompe a chaleur suivant la revendication 9 caractérisée en ce que lesdites chambres d'entrée (13,14) sont horizontales. 110) Pompe à chaleur suivant l'une quelconque des revendications 5 à 10 caractérisée en ce que lesdites chambres de sortie (26, 27) sont horizontales. 120) Pompe a chaleur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'en amont de chaque gaine (2,4), est placé un volet motorisé (35,36) du type à guillotine dont la hauteur est égale a la demi-hauteur de l'évaporateur (3) et du condenseur (5), respectivement, et en ce que les deux volets (35,36) sont couplés de telle sorte qu'au mouvement de descente (ou de montée) du volet 35 corresponde le mouvement de montée (ou de descente) du volet 36. 130) Pompe à chaleur suivant la revendication 12 caractérisée en ce que chaque volet (35,36) peut occuper soit une position de recouvrement de la moitié supérieure d'une batterie, soit une position de recouvrement de la moitié inférieure de-ladite batterie, soit toute position intermédiaire entre les deux positions extrêmes précitées.