Brevet FR2406787A1 — publié le 19790518

L'invention a trait a une pompe à chaleur, en particulier a une ponpe à chaleur non reversible modulaire du type eau-air prévue essentiellement pour l'habitat individuel. On connaît déjà des pompes à chaleur. Elles peuvent être de plusieurs types différents. Le type de pompe a chaleur le plus connu est une pompe eau-eau. Dans ce cas, la chaleur est prise à l'eau de la nappe phréatique pour être transférée au circuit de chauffage par eau chaude. Un autre type de pompe à chaleur prélève la chaleur directement dans l'air extérieur ou dans l'air vicié de l'intérieur du bâtiment. Cet air, dont on a pompé les calories, est rejeté à l'ex extérieur, refroidi, tandis que les calories sont injectées dans le local. Ce type de pompe chaleur est une pompe air-air. Toutes ces pompes à chaleur comportent un circuit frigorifique où circule un fluide tel que le fréon. Au niveau de l'évaporateur, le fréon, passant de l'état liquide à l'état gazeux, prélève de la chaleur dans le milieu extérieur (air ou eau). Ce gaz à basse pression est ensuite comprimé par l'intermédiaire d'un compresseur. Arrivant à haute pression dans le condenseur placé à l'intérieur du local à chauffer, le fréon se liquéfie en cédant sa chaleur. Grâce à un détenteur, le fréon à haute pression est ensuite détendu à basse pression pour entretenir le cycle. Toutefois, ces pompes à chaleur connues présentent plusieurs inconvénients. Actuellement, on procède à une géothermie en profondeur prélevant l'eau de la nappe phréatique à des profondeurs relativement élevées et se situant entre 120 à 150 metres. De ce fait, les frais engagés sont très importants, car il est nécessaire d'avoir du matériel en conséquence pour, d'une part, procéder au perçage à une telle profondeur et, d'autre part, pour pomper liteau depuis le fond du trou jusqu'à la surface. Il est certain que ces frais élevés ne peuvent être supportés que par une collectivité tels qu'un ensemble dthabitations, des hôpitaux et/ou certaines industries. Par ailleurs, il est nécessaire qu'une telle installation soit rentable. On a dû constater que jusqu a présent, les pompes à chaleur utilisées ne permettent qu'un rendement de l'ordre maximal de deux dans les conditions les plus favorables. Selon des recherches scientifiques, on a remarqué que la nappe phréatique présente une certaine hauteur et que l'on trouve de liteau à des niveaux peu profonds jusqu a 40 mètres et fréquemment l'eau est située juste en-dessous de la surface. Il est certain que la proximité de cette source d'énergie présente un avantage considérable. Le but de la présente invention réside dans la capacité d'exploiter cette source d'énergie en fournissant un appareil pour des habitats individuels. En effet, il est connu que l'eau de la nappe phréatique est de l'ordre de 10 à 12 degrés et la température est pratiquement constante. On peut donc extraire environ 8 calories sans aucun inconvenient et on rabaisse ainsi l'eau à 2 ou 4 degrés. Cette eau refroidie qui n'est absolument pas polluée peut être à nouveau injectée dans la nappe phréatique, mais à une profondeur différente de celle du prélèvement. Si la température initiale de l'eau est inférieure à la température indiquée ci-dessus, on peut obtenir le même résultat de prélèvement calorifique, il suffit d'augmenter le débit de l'eau. En utilisant cette évidence, l'appareil selon l'invention peut être alimenté en eau provenant d'un cours d'eau en surface ou d'une rivière souterraine. Dans ce cas, il s'avère nécessaire de prélever l'eau en amont de l'habitat et de la rejeter en aval après extraction des calories. En utilisant le principe de Carnot concernant la thermodynamique, l'appareil selon l'invention permet un rendement de l'ordre minimal de 3 et qui dans des conditions optimales, peut être de 4. De ce fait, on peut obtenir une diminution sensible de l'énergie utilisée pour obtenir le même résultat que les pompes à chaleur jusqu a présent connues.Ainsi, l'économie d'énergie est de 60 pour cent. A cet effet, l'invention concerne une pompe à chaleur, en particulier à une pompe à chaleur non reversible modulaire du type eau-air prévue essentiellement pour l'habitat individuel, caractérisée en ce qu'elle comporte deux ensembles dont l'un prélève les calories de lEau et l'autre restitue ces calories à de l'air utilisé pour le chauffage du local, ces deux ensembles étant reliés entre-eux par un circuit fermé pourvu d'un fluide caloporteur. L'invention sera bien comprise en se référant à la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et au dessin ci-annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma de principe d'une installation de chauffage dans un habitat individuel utilisant des pompes à chaleur conformes à l'invention, - la figure 2 est une vue en élévation d'une pompe à chaleur conforme à un premier mode de réalisation, - la figure 3 est une vue en élévation d'une pompe à chaleur conforme à un second mode de réalisation. On se réfère à la figure 1. L'installation 1 utilisée en tant que radiateur des pompes à chaleur 2, 3, 4 conformes à l'invention est représentée par cette figure. On prévoit un puits 5 dont la profondeur dépend du niveau de la nappe phréatique 6. On plonge dans ce puits 5 une crapaudine 7 disposée à l'ex trémité d'une canalisation d'arrivée d'eau 8. Celle-ci est branchée sur l'en- trée 9 d'une pompe aspirante refoulante 10. On branche sur la sortie il de cette pompe une canalisation 12 permettant l'alimentation des pompes à chaleur 2, 3, 4. Ces pompes à chaleur 2, 3, 4 sont nécessairement reliées à une canalisation d'évacuation de l'eau refroidie 13 pouvant comprendre une colonne montante et descendante d'eau 14. On se réfère à la figure 2 représentant une pompe à chaleur 2, 3 > 4. Celle-ci se compose de deux ensembles juxtaposés dont l'un présente les différents éléments pour prélever les calories de l'eau et dont l'autre présente les différents éléments pour donner les calories à l'air utilisé pour le chauffage du local. Cette pompe à chaleur 2, 3, 4 comporte une cuve étanche en résine 15 renforcée par un cadre en profilé acier permettant la manutention de ladite pompe à chaleur 2, 3, 4. L'eau, amenée par la canalisation 12, se déverse dans ladite cuve 15. Pour régler le débit de cette eau, on prévoit, d'une part, une électro-vanne 16 et, d'autre part, une vanne manuelle 17. Par ailleurs, cette cuve 15 est pourvue d'une conduite d'évacuation d'eau 18 et cette évacuation se fait par écoulement naturel. Cette conduite d'évacuation 18 est munie d'une prise d'air anti-syphonnage 19.On plonge dans cette cuve 15 un évaporateur 20 constitué de rangées de tubes en ligne. Ces tubes sont en cuivre mince écroui. Pour assurer une circulation de liteau, la cuve 15 comporte également des cloisons-chicanes 21, 22. Chaque chicane 21, 22 présente une ouverture 23, 24. Toutefois, chaque ouverture 23 est réalisée à l'opposé de l'autre 24. L'eau circule selon le trajet indiqué par les flèches dans la figure 2. Dans cet évaporateur 20 circule un fluide caloporteur tel que le frelon. L'évaporateur 20 est relié, par l'intermédiaire d'une conduite 25, à un compresseur 26. Dans l'évaporateur 20, le fréon passe de l'état liquide à l'état gazeux et prélève de la chaleur dans l'eau se trouvant dans la cuve 15. Le fréon à l'état gazeux est donc dirigé vers le compresseur 26 disposé dans une enceinte 27 pourvue d'une isolation phonique et thermique 28. Dans cette enceinte 27, on crée une circulation d'air. A cet effet, l'enceinte 27 comporte une ouverture 29 munie d'un ventilateur 30 et une sortie 31 présentant une chicane 32, l'air étant évacué vers l'extérieur. Après compression, le fréon est dirigé, par l'intermédiaire d'une conduite 33, vers un condenseur 34 dans lequel le fréon se liquéfie à nouveau. Au cours de cette phase de liquéfaction, le fréon cède sa chaleur emmagasinée et prélevée dans l'eau renfermée dans la cuve 15. On dispose à proximité de ce condenseur 34 un ventilateur 35 soufflant de l'air à travers le condenseur 34. Cet air chaud est ensuite diffusé dans le local à chauffer. Après passage du condenseur 34, le fréon liquide est à nouveau dirigé vers ltévaporateur 20. On se réfère à la figure 3 représentant un autre mode de réalisation d'une pompe à chaleur conforme à l'invention. Dans ce mode, la pompe à chaleur 2, 3, 4 se compose également de deux ensembles mais qui sont superposés 36, 37, le premier ensemble servant à l'absorption des calories de l'eau et le second à la restitution des calories pour le chauffage du local. Cette pompe comporte une carrosserie 38. A la partie inférieure de cette carrosserie 38 est disposée une cuve étanche en résine 39 alimentée en eau par une conduite 40 pourvue d'une vanne de réglage manuel 41 et d'une électro-vanne 42. A l'emplacement de cette cuve 39, on prévoit des renforts 43.Dans cette cuve 39 est plongé un évaporateur tubulaire 44 réalisé en tubes en cuivre mince écroui facilitant l'échange thermique entre l'eau renfermée dans la cuve 39 et le fluide caloporteur tel que fréon circulant dans ledit évaporateur 44. On dispose sur le dessus 45 de l'évaporateur 44 un plateau 46 presentant sur sa face inférieure des supports élastiques 47, 48, 49. De ce fait, les vibrations éventuelles des éléments disposés dans le second ensemble 37 ne sont pas transmises à la cuve. L'évaporateur 44 est relié, par l'intermédiaire d'une conduite 50, à un compresseur 51. Ce compresseur 51 est placé dans une enceinte 52 dont la paroi avant 53 présente une ouverture 54 pourvue d'un ventilateur 55 assurant une circulation d'air et dont la paroi arrière 56 est composée de chicanes anti-bruit 57, 58, 59 pourvues d'une isolation phonique composée d'un matériau à base de laine de verre. A l'avant de cette enceinte 52 se trou- ve un certain nombre d'accessoires électriques 60 nécessaires au bon fonctionnement de la pompe à chaleur. La sortie 61 de ce compresseur 51 est reliée par une conduite 62 traversant les chicanes anti-bruit 57, 58, 59 à un condenseur 63 dans lequel le fréon est à nouveau liquéfié pour le dégagement des calories. Ces calories sont mélangées à l'air soufflé par une batterie de ventilateurs 64 > 65. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments, sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. Revendications 10) Pompe à chaleur en particulier pompe à chaleur non reversible modulaire du type eau-air prévue essentiellement pour l'habitat individuel caractérisée en ce qu'elle comporte deux ensembles dont l'un prélève les calories de l'eau et l'autre restitue ces calories à de l'air utilisé pour le chauffage du local, ces deux ensembles étant reliés entre-eux par un circuit fermé pourvu d'un fluide caloporteur. 20) Pompe à chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'en- semble pour le prélèvement des calories comporte une cuve étanche en résine alimentée en eau provenant d'un cours d'eau en surface, d'une rivière souterraine et/ou de la nappe phréatique forée à une profondeur maximale de l'ordre de 40 mètres et un évaporateur constitué d'un réseau tubulaire en cuivre mince écroui dans lequel le fluide caloporteur passe de l'état liquide à l'état gazeux. 30) Pompe à chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'ensemble pour la restitution des calories comporte un compresseur relié, d'une part, à l'évaporateur et, d'autre part, à un condensateur dans lequel le fluide caloporteur passe de l'état gazeux à l'état liquide et à travers duquel circule un courant d'air se chargeant des calories libérées par le fluide caloporteur pour etre insufflé dans le local à chauffer. 40) Pompe à chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que les deux ensembles sont juxtaposés. 50) Pompe à chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que les deux ensembles sont superposés. 60) Pompe à chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que le rapport de contenance de la cuve et le diamètre du circuit du fluide caloporteur est tel que le rendement est de l'ordre minimal de trois.