Brevet FR2412790A1 — publié le 19790720

L'invention concerne les techniques de chauffage.par pompe à chaleur. Bien qu'il suscite un vif intérêt sur le plan de I'économie d'énergie, le chauffage par pompe à chaleur ne se développe que lentement, én raison notamment du caractère délicat de ce genre de dispositif. On a déjà proposé de récupérer aux fins de chauffage les calories évacuées dans les eaux usées d'une habitation. Il suffit dans ce cas d'utiliser un groupe pompe à chaleur du commerce. Mais il faut un réservoir d'eaux usées dont la taille intervient pour beaucoup dans la quantité de calories récupérées. De plus, un tel dispositif ne donne qu'un apport très partiel de chauffage, qui justifie à peine l'investissement puisqu'il faut quand même disposer d'une installation de chauffage classique. On a également proposé un dispositif de chauffage par pompe à chaleur du type air-eau : les calories, prélevées dans l'air ambiant, servent à chauffer de l'eau utilisée à la manière d'un chauffage central. Pour fonctionner de~-manière-convenable et satisfaire ltensemble des besoins de chauffage, une telle installation doit être très élaborée, du fait des conditions de base suivantes : les capacités calorifiques de l'air (source froide) et de l'eau (source chaude) sont très différentes ; la température de l'air extérieur est a priori très variable, ce qui compromet le rendement ; enfin, il faut prévoir à la fois un circuit de fluide frigorifique et un circuit d'eau de chauf fagne. On connatt encore les pompes à chaleur air-air, qui sont également soumises aux deux premières conditions relevées ci-dessus. De ce fait, elles sont limitées sur le plan de la puissance de chauffage disponible et ne peuvent satisfaire non plus l'ensemble des besoins. La présente invention offre une installation de pompe à chaleur du type eau-air qui puisse assurer d'une manière simple l'ensemble des besoins de chauffage d'une habitation, tant pour le chauffage des locaux que pour la production d'eau chaude sanitaire, et ce sans aucune nécessité de chauffage d'appoint. La demanderesse a tout d'abord observé qu'en campagne, 1bau pompée à plusieurs mètres de profondeur, dans un puits, un forage ou un bassin par exemple, possède le plus souvent une température supérieure à 90C. Une telle réserve d'eau réalise, au moins indirectement, un stockage d!énergie solaire à une température relativement basse. La demanderesse a également observé que cette eau peut conférer à une pompe à chaleur eau-air un excellent rendement thermodynamique, réalisant ainsi une récupération d'énergie solaire sous faible gradient de température et par conséquent avec de faibles déperditions. La pompe à chaleur comprend un évaporateur formant source froide connecté à un circuit de fluide frigorifique comprenant un compresseur, un dispositif condenseur formant source chaude, avec normalement un réservoir et un détendeur. Selon l'invention, la tubulure d'eau de 11 évaporateur est connectée par un circuit d'eau comprenant une pompe de circulation à une réserve d'eau externe située dans le sol ; le dispositif condenseur comporte une pluralité de condenseurs à air montés en parallèle dans le circuit de fluide frigorifique ; ces condenseurs sont répartis dans les pièces d'habitation et associés chacun à un ventilateur commandé par un thermostat d'ambiance. Très avantageusement, le dispositif condenseur comprend en outre un ballon d'eau chaude sanitaire dont le serpentin est placé en série sur l'ensemble parallèle des condenseurs à air ; une vanne bipasse permet de court-circuiter les condenseurs à air en été. Dans un mode de réalisation préférentiel, l'évaporateur est du type doubles tubes concentriques à contre-courant. Alors qu'elle implique un coût initial sensiblement égal à celui-d'une installation de chauffage central classique, l'installation selon l'invention est nettement plus économique sur le plan du coût de fonctionnement. Pour des puissances de chauffage supérieures à 50 000 kilocalories par heure environ, il peut être économiquement préférable à l'investissement d'utiliser un évaporateur de type multitubulaire à expansion sèche. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence au dessin annexé, dont la figure unique illustre à titre non limitatif un mode de réalisation préférentiel de l'invention. Cette figure unique montre le schéma de principe de l'installation de chauffage selon la présente invention, tout en faisant apparattre schématiquement une nappe d'eau souterraine, ainsi que les différentes pièces d'une habitation. ta référence 1 de la figure illustre une reserve d'eau externe située dans le sol : puits, forage, ou bassin par exemple. Une conduite 2, illustrée en trait tireté court, vient prélever l'eau en profondeur dans cette réserve. Aux fins de pompage, la conduite 2'est suivie d'une pompe de circulation 3, qui amène l'eau à la tubulure d'entrée d'eau 5 d'un évaporateur 4. En sortie de l'évaporateur, une conduite 6 renvoie l'eau à la nappe 1. Ltévaporateur 4 comporte par ailleurs une conduite de fluide frigorifique 7, qui part d'une entrée 8 où le fluide est à l'état liquide, pour aboutir à une sortie 9 où le fluide est à l'état de vapeur. La sortie 9 de l'évaporateur est connectée à un compresseur frigorifique 10, qui est muni d'un pressostat 11, du type combiné. Un tel pressostat est sensible aux pressions en amont et en aval du compresseur 10, afin d'arrêter celui-ci lorsque la relation entre la haute pression aval et la basse pression amont devient critique. En sortie du compresseur 10, le fluide frigorifique est à nouveau à l'état liquide. Le fluide ainsi obtenu pourrait alimenter directement les condenseurs à air de l'invention. Dans le mode de réalisation préférentiel, il traverse tout d'abord le serpentin 12 d'un ballon 13 destiné à la production d'eau chaude sanitaire. Après ce ballon d'eau chaude, une conduite 14 amène le liquide frigorifique à une vanne 15, qui est suivie de con- duites16 destinées à desservir l'ensemble des condenseurs à air 21 à 26, qui sont placés dans les différentes pièces d'une habitation schématisée en 20. A l'autre bout du circuit frigorifique, une conduite 19 amène de manière connue en soi le fluide frigorifique à un réservoir 30, suivi dlune vanne électrique 31, d'un filtre 32, d'un voyant de liquide 33, et d'un détendeur 34, dont la sortie est connectée à l'entrée 8 de l'évaporateur. Ici, le détendeur 34 est avantageusement du type comportant une régulation sensible à sa pression amont et aval, ainsi qu'à la surchauffe sur la conduite de sortie 9 de l'évaporateur, à l'aide d'un détecteur de température 35. Les condenseurs à air 21 à 26 sont montés, par exemple, en deux ensembles parallèles, entre la conduite 16 et la conduite 19. Un premier groupe de condenseurs 21 à 23 est monté entre la conduite 16 et la conduite 18, qui est reliée à la conduite 19 par une vanne 27. Ce premier groupe dessert ici les trois pièces inférieures de l'habitation 20. Il est évident que le nombre de condenseurs ainsi montés peut être quelconque. De la même manière, le second groupe de condenseurs à air 24 à 26 est monté entre la conduite 16 et une conduite 17, qui est reliée à la conduite 19 par une vanne 28. On voit immédiatement que les deux groupes de condenseurs sont montés en parallèle entre la conduite 16 et la conduite 19. Les vannes 27 et 28 permettent un réglage par répartition de débit entre les deux groupes de condenseurs. La vanne 15 permet d'arrêter le fonctionnement de l'ensemble des condenseurs. Enfin, en été, une vanne bipasse 29 permet de relier directement la sortie du ballon d'eau chaude à l'entrée du réservoir 30, court-circuitant ainsi ltensemble des condenseurs à air. Ceci permet d'utiliser l'installation de la présente invention pour les seuls besoins de production d'eau chaude, dans la saison où le chauffage des locaux n'est pas nécessaire. Chacun des condenseurs, tel 21 par exemple, est équipé d'un ventilateur 210, commandé par un thermostat 211 muni d'un détecteur de température 212. On adapte ainsi d'une manière très simple la chaleur dégagée dans chaque pièce en fonction des besoins de celle-ci. La demanderesse a trouvé qu'il est particulièrement avantageux d'utiliser comme évaporateur 4 un évaporateur du type doubles tubes concentriques à contre courant qui est économique, compact et léger. Les conditions de fonctionnement de 1'installation dépendent évidemment de la chaleur demandée par les condenseurs en fonction dé la ventilation avec thermostat qui leur est associée, ainsi que des besoins en eau chaude. Il a été observé qu'avec un évaporateur du type qui vient d'être défini, et avec un compresseur équipé d'un pressostat, et le détendeur 34 muni de la régulation précédemment définie, l'installation peut donner satisfaction, assurant l'ensemble des besoins de chauffage en toutes conditions. Le pressostat 11 du compresseur détecte au moins le fait que sa haute pression aval dépasse une limite prédéterminée. La régulation du détendeur consiste à assurer, en permanence et quelles que soient les conditions de fonctionnement, un remplissage, et par conséquent un rendement optimal de l'évaporateur. Plus précisément, si tous les ventilateurs des condenseurs se trouvent arrêtés en période de fonctionnement du compresseur, la condensation devient mal assurée, donc la haute pression monte, et le pressostat arrête le compresseur. Le pressostat est donc, sur cette installation, non seulement un dispositif de sécurité, mais aussi un moyen de régulation qui détecte les besoins en chauffage par hausse ou baisse de la haute pression, ses seuils de déclenchement étant réglés d'après les caractéristiques de l'installation. Le contrôle de la basse pression permet d'éviter le gel de l'évaporateur pouvant découler de détendeurs défectueux, manque de charge en fréon, etc. Enfin, en liaison avec la- commande générale de marche arret (non représentée), la vanne électrique a pour rôle de vider l'évaporateur à l'arret. Dans un mode de réalisation particulier, les éléments sont les suivants : - condenseurs type CÂJ 2612 Unité Hermétique - ballon d'eau chaude type 300 L Julien et Mège - compresseur type NT 64 EM 4 Maneurop - pressostat type XP 15 Danfoss - réservoir type RS 12 V Friga - filtre et voyant types 1/2" Danfoss - vannes type 7/8" Danfoss - vanne électrique type EVJD 10 Danfoss - détendeur type TEX 5-7,5 Danfoss - circulateur d'eau type KSB L 4 Rio. les tubulures sont du type classique utilisé par les frigoristes. L'évaporateur est un serpentin constitué à partir de deux tubes coaxiaux qui définissent un intervalle annulaire où sont disposées des ailettes, radiales par exemple. L'eau circule dans cet intervalle annulaire et le fluide frigorifique, à contre-courant, dans le tube central. Sar ailleurs, en conservant le dispositif de base à un seul évaporateur, on pourra dans certains cas prévoir plusieurs compresseurs, si la puissance de compression nécessaire l'exige, en les munissant d'une régulation adaptée. Bien entendu, l'homme de l'art pourra concevoir des variantes de l'installation qui vient d'être décrite sans s'écarter pour autant du cadre de la présente invention. En particulier, lorsque la puissance de chauffage demandée devient assez forte, à partir de 50 000 kilocalories par heure environ, il peut s'avérer plus avantageux sur le plan du coût d'utiliser unetaporateur unique de type multibululaire à expansion sèche. REVENDICATIONS 1. Installation de chauffage domestique du type pompe à chaleur utilisant l'eau comme source froide et comportant un évaporateur, connecté à un circuit frigorifique comprenant un compresseur, un dispositif condenseur formant source chaude, un réservoir à liquide frigorifique et un détendeur, caractérisée par le fait que la tubulure d'eau de l'évaporateur est connectée par un circuit d'eau comprenant une pompe de circulation à une réserve d'eau externe, située dans le sol, et que le dispositif condenseur comporte une pluralité de condenseurs à air montés en parallèle dans le circuit frigorifique, condenseurs qui sont répartis dans les pièces d'habitation, et associés chacun-à un ventilateur commandé par thermostat d'ambiance. 2. Installation de chauffage domestique selon la revendication 1, caractériséepar le fait que le dispositif condenseur comprend en outre un ballon d'eau chaude sanitaire dont le serpentin est placé en série sur l'ensemble parallèle des condenseurs à air. 3. Installation de chauffage domestique selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le ballon d'eau chaude est suivi d'une vanne de bi-passe capable de courtcircuiter les condenseurs à air en été. 4. Installation de chauffage domestique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le compresseur est équipé d'un pressostat capable de l'arrêter lorsque ses pressions aval et aMont sont dans une relation critique. 5. Installation de chauffage domestique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le pressostat agit également comme régulateur en fonction des besoins de chauffage, ses seuils de déclenchement étant réglés d'après les caractéristiques de l'installation. 6. Installation de chauffage domestique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que l'évapo- rateur est du type doubles tubes concentriques à contre courant. 7. Installation de chauffage domestique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que l'évaporateur est du type multitubulaire à expansion sèche.