Brevet FR2442402A1 — publié le 19800620

On sait que, si l'utilisation de l'électricité pour le chauffage, a trouve une application assez "séduisante", avec les "thermo-pompes" ou "pompes à chaleur", en récupérant alors l'énergie solaire "résiduaire" - stockée dans de l'eau ou l'air atmosphérique - ce qui leur donne une efficacité qui peut atteindre et même dépasser le triple, d'une simple dégradation usuelle dans des "résistances", il demeure que du fait de la tarification actuelle de l'électricité, ce n'est que pendant les heures d'utilisation dites de "nuit", qu'elle devient alors très économique et du moins pendant les longues périodes de "froids moyens", tandis que la situation s'inverse, pendant les heures dites "de jour" et les périodes de "grands froids", ou de surcroît on a besoin d'un apport de chaleur maximum, alors qu'il devient précisément très réduit et même nul, sans réduire pour autant les investissements relativement importants correspondant, qui ainsi et finalement demeuraient encore récemment, peu rentables. Cette rentabilité étant maintenant facilitée, depuis le décret du 27 Juillet 1977, qui a étendu aux pompes à chaleur, le bénéfice de déductions fiscales importantes, antérieurement limites aux captages directs d'énergie solaire, ce qui est bien normal puisque, si ce captage direct a d'abord pu paraître moins "entre givore", par sa seule pompe de circulation, on ne peut maintenant méconnaitre, que du fait de son caractère intermittent et en outre aléatoire, necessitant des compensations fréquentes, par l'effet de "résistances" alimentées électriquement, c'est alors inversement, avec un apport de chaleur souvent réduit à moins du tiers, de celui fourni par une pompe a chaleur - avec la même énergie - d'où il résulte un "bilan" global, le plus souvent en faveur des pompes à chaleur, c' est dans cette nouvelle situation, que l'invention vise à éviter, ou du moins à réduire les autres inconvénients antérieurs précités. Ceci est obtenu, conformement à l'invention, grace à des produits industriels nouveaux, en ce qu'ils combinent originalement, un dispositif dit pompe à chaleur, mettant en oeuvre avantageusement mais non obligatoirement, les techniques dites, d'une part "SALIT SYSTEM" et d'autre part "D'INVERSION DE FLUX", avec un apport de chaleur par un combustible quelconque et par exemple, du gaz ou du mazout produisant des gaz brûlés, ou la pompe à chaLeur puise au moins partiellement la chaleur qu'elle transfere, notamment dans des poêles, radiateurs ou chau dières utilisant de tels combustibles, de façon que, par une interaction mutuellement bien appropriée de ces moyens, on obtienne à la fois un chauffage plus économique des locaux, du moins la nuit et à température réduite, avec un amortissement amélioré des investissements et de surcroît, une possibilité de "climatisation", c'est-à-dire de refroidissement en été, ou encore de "préchauffage" d'eau "sanitaire" et susceptible d'être "surchauffée" de la façon habituelle, par des résistances électriques. En outre et surtout, du fait que c'est "l'animation", usuellement electri que, des pompes à chaleur, qui en limite l'intérêt - aux périodes dites "de nuit" précitées - l'invention s'étend essentiellement, à réaliser cette animation autrement et avantageusement, par l'un des combustibles précites : gaz ou mazout, soit dans un moteur à explosion ou à combustion interne, refroidis par la circulation d'eau de chauffage, pour en récupérer les pertes thermiques, ou encore de façon quasi-statique mais équivalente, selon la technique connue dite "d'absorption", fondée sur la propriété, notamment de l'eau froide, d'absorber de grandes quantités de gaz et spécialement d'ammoniac, puis de les restituer et de les comprimer, par simple échauffement jusqu'à environ 700, étant précisé que le mauvais rendement de cette transformation, est sans grande importance, dans la mesure où les pertes corrélatives, sous forme de chaleur, sont globalement collectées et donc récupérées". On comprendra mieux ces caractéristiques nouvelles, ainsi que d'autres qui s'y rattachent et les avantages de l'invention, en se reportant à la description suivante et aux dessins annexés, montrant quelques modes dé mise en oeuvre avantageux - mais nullement limitatifs, à l'égard desquels et à des échelles différentes La Fig.1 represente, une coupe schématique de profil, d'un radiateur à gaz du type conu dit "à ventouse", combiné avec un dispositif dit "pompe à chaleur" perfectionné conformément à l'invention. La Fig.2 represente, une coupe schématique verticale, d'une variante d'execution, où l'échangeur de chaleur extérieur de la pompe à chaleur est approprié au cas fréquent, où des gaz brûlés sont évacués par une cheminée. La Fig.3 représente, une coupe schematique verticale d'une autre variante d'exécution, où l'échangeur de chaleur intérieur de la pompe à chaleur est combiné à une chaudière murale à gaz, de chauffage central à "eau chaude', ainsi perfectionnee conformément à l'invention. La Fig.4 représente, une vue en élévation d'un tronçon de radiateur usuel de chauffage central, originalement combiné avec un dispositif de soufflage transversal, pour activer ses echanges thermiques avec l'air ambiant. La Fig.5 represente, une coupe de profil du même radiateur, selon la ligne A-A de la Fig.4. Ainsi, selon la Fig.l, on a schématiquement représenté un radiateur autonOme à gaz -1-, du type dit "à ventouse" -2- passant au travers d'un mur de fa çade -3-, de façon à permettre à l'air extérieur d'entrer, dans le sens de la flèche -4- jusqu'au brûleur -5-, puis d'être évacue avec les gaz brûles de fa çon usuelle, selon la flèche -6-, mais perfectionné conformément à l'invention, par sa combinaison nouvelle avec un dispositif de pompe à chaleur, dont l'échan- geur de chaleur jouant le rôle de condenseur -7- est logé dans un caisson ajouré -8-, surmontant le radiateur -1- pour interagir avec l'autre echangeur de chaleur jouant le rôle d'évaporateur -9- logé dans le caisson ajouré extérieur -10-, combiné à la ventouse -2-. L'interaction entre ces éléments est realisee de la façon habituelle, selon la technique dite "SPLIT SYSTEM", c'est-à-dire entre deux groupements de matériels séparés, l'un intérieur autour de l'échangeur de chaleur, avantageusement à ailettes -7- et l'autre, extérieur autour de l'autre échangeur de chaleur, également à ailettes -9-, dont on a pas représente les organes complémentaires et notamment le groupe moto-compresseur, avantageusement du type dit "hermétique", ni les dispositifs de soufflage d'air, de couplage, d'asservissement, de programmation et de sécurité, car ils intéragissent de la façon usuelle, ainsi que les valves dites "d'inversion de flux", co-agissant avec une soupape dite "d'expansion" destinées à produire, non plus un apport mais une évacuation de chaleur en été, de façon également connue, par inversion de fonction entre les échangeurs de chaleur, devenant ainsi alternativement soit évaporateur ou condenseur. Selon la Fig. 2, on a une variante d'exécution du groupement d'organes autour de l'échangeur de chaleur extérieur, appropriée au cas très fréquent où les gaz brûlés sont évacués, par un "conduit de fumée" d'une cheminée et où alors, pour ne pas en réduire la vitesse ascensionnelle, cet échangeur désigné -11- et ses organes accessoires, qui ne sont toujours pas représentés, sont originalement combinés ensemble dans un prolongement de cheminée dit "aspirateur", convenablement agrandi et ajouré -12- mais coiffant usuellement le "mi tr3n" -13- de la "souche" -14- de cheminée, de façon à continuer à toujours être ainsi, interposé dans le circuit d'évacuation des gaz brûlées, tout en continuant à interagir avec l'air extérieur et par "SPLIT SYSTEM", avec un échan- geur de chaleur intérieur, tel que celui désigné -7- précite, ou équivalent. Selon la Fig. 3, s'agissant alors d'une chaudière à gaz, usuellement "murale" -15-, de chauffage dit central à eau chaude, ou meme egalement d'eau dite "sanitaire", dont le reglage de température de ce chauffage est commandé par un robinet ou "vanne" dite "à 3 voies" -16- de "recyclage" d'une fraction de la circulation, dite de "retour" d'eau refroidie, elle est perfectionnée par sa combinaison nouvelle avec un échangeur de chaleur, non plus à circulation d'air mais à circulation d'eau, interposé sur ce retour d'eau froide et désigné -17-, qui est logé dans une sorte de "bouteille" -18-, tandis qu'un "circulateur" ou une pompe active cette circulation, mais originalement dans les deux sens, par inversion de marche, non obligatoirement, mais pour améliorer un refroidissement en été, et qu'une autre pompe appropriée - qui n'est pas représentée - assure de façon connue, la remontée "des condensats" dans un évaporateur du genre de la Fig.2 et susceptible de s'inverseur en condenseur. Selon les Figs. 4 et 5, on transforme economiquement, un radiateur de chauffage central -19-, même agrandi selon le contour en traits mixtes, en convecteur, par sa combinaison avec au moins un dispositif de soufflage d'air, qui y est incorpore pour en accélérer les echanges thermiques avec l'air ambiant et, dont les cloisons latérales -telles que -21- limitant l'éparpillement du flux d'air ainsi pulsé, par la turbine dite "tangentielle" -22-, s'enfllnt originalement dans les ajourages, avantageusement inferieurs, du radiateur -19-, jusqu'à s'emboiter éventuellement mutuellement, dans la région centrale, en cas d'utilisation d'une paire de dispositifs de soufflage, alors disposés de façon symétriquement inversée. Ce ou ces dispositifs de soufflage sont en outre combinés, avec au moins un thermostat dit "d'ambiance" -23-, combinant lui-meme éventuellement, pour l'utilisation alternative en apport supplémentaire de chaleur ou de froid, deux dispositifs thermostatiques en "parallèle, avec un commutateur -24- dont les deux positions inverses: "hiver" ou "été", en "activant" l'un ou l'autre, inversent le sens de la "fourchette" entre "l'ouverture et la fermeture" du circuit d'alimentation du ou des moteurs de turbines, tandis qu'une possibilité de couplage, soit en "serie" ou en "parallèle" peut rendre l'ensemble "bitension", du moins en cas d'utilisation par paire. Ceci dit, il est facile de comprendre, qu'avec tous les nouveaux produits industriels ainsi décrits, c'est de façon connue, que dans tous les dispositifs "thermopompes" précités, le fluide utilisé et par exemple le "fréon" comprimé est envoyé gazeux dans un condenseur, où il se liquéfie, en cédant à l'air ou à l'eau où il baigne sa chaleur de vaporisation, pour passer ensuite, au moyen d'une valve dite d'expansion dans l'évaporateur, où il se vaporise à nouveau, en puisant la chaleur necessaire, a la fois ou séparément, dans des gaz brûlés, dans l'air extérieur ou une circulation d'eau de ville, ou encore provenant d'un puit, d'une rivière ou d'un lac, tandis que c'est toujours de façon connue, que par "inversion de flux", en inversant mutuellement les fonctions d'evoporation et de condensation, on réalise alors, non plus le chauffage mais le refroidissement des locaux. A cet egard, il convient de répéter, que ce fonctionnement est perfectionné et original, en ce que la chaleur transférée n'est pas seulement puisée dans l'air extérieur ou de l'eau, mais aussi dans les gaz brûlés, où sinon il reste généralement gaspillé, plus de 20 % de l'énergie du combustible principalement mis en oeuvre et d'où il résulte, que le domaine de l'invention ne se limite pas aux appareils à gaz ainsi décrits, mais s'étend expressément à tous autres, mettant en oeuvre des combustibles produisant des gaz brûlés, comme le mazout par exemple. Ce fonctionnement est en outre et encore originalement perfectionne, en ce que les gaz brûlés précités réduisent les risques de "givrage" durable de l'evapo- rateur, en "programmantde courts allumages, cycliques et répétés, du brûleur à gaz ou à mazout, dés que la température extérieure descend au dessous de + 5 degrés centigrades, tandis que les débits de ces combustibles, etant calculés pour être, à eux seuls suffisants, pour assurer le chauffage pendant les courtes périodes de très grands froids, il sera sans grand inconvénient, que l'apport de chaleur par le dispositif thermopompe se trouve réduit, ou même alors avantageusement neutralisé. D'autre part, si en cas d'inversion de marche, pour réaliser l'évacuation de chaleur excédentaire des locaux, en été, par inversion de flux, le fonctionnement redevient purement traditionnel, selon la Fig.l et du moins en ce qui concerne le dispositif thermopompe, en demeurant intégré dans un ensemble, dont les caractéristiques combinés ne se retrouvent dans aucun matériel antérieur, on a bien ainsi un nouveau produit industriel perfectionné, tandis que selon la Fig.2, c'est même ce refroidissement considéré isolément qui redevient original, en même temps que par transposition de la Fig.1, reportant le caisson -10- derrière le rideau de cheminee, en permettant une mise en oeuvre simplifiée et plus esthétique dans une cheminée d'apparbnent, qui ne se retrouve pas davantage avec les climatiseurs usuels connus et qu'enfin, selon la Fig. 3, on a une originalité supplémentaire très avantageuse, en ce que l'apport ou l'évacuation de chaleur, par le dispositif thermopompe, peut non seulement être limité à une ou plusieurs pièces, ou même transfére successivement d'une pièce dans une autre, par la manoeuvre des vannes des radiateurs traditionnels, mais en outre "activé ou non dans ceux transformés en "convecteurs", selon les Figs.4 et 5 et constituant ainsi et toujours de nouveaux produits industriels, en ce qu'ils réalisent, une sorte de "changement de vitesse" des échanges thermiques "modulé" originalement selon la résultante du fonctionnement statique ou dynamique alterné, par soufflage ou non d'air dans le radiateur. L'invention s'étend encore a une "programmation" automatique, notamment du chauffage, qui combine originalement l'asservissement des debits, à la fois du gaz ou d'un autre combustible et de l'électricité, par l'interaction d'un chronorupteur ou d'un relai "à fréquence musicale" dit "ACTADIS", limitant l'alimentation électrique du moteur de la pompe à chaleur, aux heures où l'electri- cité est facturée à un prix réduit, tandis qu'elle est en outre limitée par deux thermostats réglés différentiellement, avec un écart de 2 degrés centigrades par exemple, dont seul celui réglé aux valeurs supérieures agit sur l'alimentation électrique, tandis que l'autre agit sur le débit de gaz ou d'un autre combustible. Avec cette interaction, si l'on considère par exemple un chauffage dit d'hiber nation de résidence secondaire et plus généralement un chauffage réduit, pour la nuit, le thermostat asservissant l'alimentation électrique du "groupe motocompresseur", de façon à le mettre en marche à 160 pour l'arrêter à 18 par exemple, permettra par temps doux de maintenir cette "fourchette" de température à l'intérieur des locaux, par simple apport convenable de chaleur, par le seul dispositif thermopompe, dont on a montré plus haut qu'il etait très économique -du moins la nuit - tandis que si la température extérieure s'abaisse, jusqu'à provoquer le "givrage" de l'évaporateur, en réduisant jusqu'à neutralier le transferrde chaleur, la température intérieure continuant alors à s'abaisser, c'est l'autre thermostat qui agira à son tour et par exemple à 14", allumera de façon usuelle le brûleur à gaz ou à mazout, en produisant du même coup le dégivrage de l'évaporateur et ainsi, une "réactivation" du dispositif thermopompe, dont le fonctionnement sera alors simultané avec le brûleur, du moins jusqu'à ce que ce brûleur soit éteint, par son thermostat précite, dès que la temperature intérieure aura été ramenée à 160 par exemple, pour se poursuivre alors seul jusqu'à un nouveau givrage et ainsi de suite. Ainsi et globalement, on a d'une part, pendant les périodes de chauffage, un apport de chaleur à très bon marché pendant la nuit, sans que cette économie risque d'être amenuisée, par le fonctionnement de jour ou par grands froids, où l'apport de chaleur redevient usuel, par le gaz, tandis qu'inversement en été et pour les courtes périodes de grandes chaleurs, s'il n'y a pas d'économie sur l'apport de "frigories", c'est-à-dire ltévacuation de chaleur, jusqu'à une température compatible avec la concentration d'anti-gel, dans la circulation d'eau, non seulement il est obtenu avec de minimes investissements supplémentaires, mais les investissements initiaux étant essentiellement destinés au chauffage, peuvent bénéficier de déductions fiscales importantes - dont ne bénéficient pas les climatiseurs usuels, qui n'ont pas non plus la possibilité de pouvoir, selon les Figs.3,4 et 5, transférer la puissance de réfrigération, successivement d'une pièce dans une autre, selon les heures de la journée où c'est utile et sans encombrement supplémentaire, ni d'augmentation de la puissance de refroidissement installée, ce qui n'est assurément, ni visé ni atteint, avec les climatiseurs habituels. Enfin, il est évident que l'invention ne se limite pas aux seules applications et combinaisons nouvelles des moyens et procédés, explicitement décrites à simple titre d'exemples - pour matérialiser l'invention - mais que bien au contraire, son domaine s'étend expressément à toutes les variantes, d'exécution ou d'application, même ne mettant en oeuvre qu'une partie des moyens et procédés décrits, ou des moyens et procédés équivalents ou simplement comparables et pas seulement, aux seules combinaisons de moyens et procédés d'une variante avec ceux d'une autre, mais au contraire à toutes les autres et notamment à celles réalisées par inversion, substitution ou transposition de ces disposi tions, étant précisé qu'ainsi il faut comprendre expressément la substitution d'autres combustibles, non seulement liquides ou gazeux mais même minéraux, comme du charbon pulvérisé ou non, dès le moment ou en produisant des gaz brû les, on peut en récupérer la chaleur, tandis qu'elle peut aussi bien être puisée dans de l'eau de ville, ou de préférence gratuite, comme celle d'un puit, d'une rivière ou d'un lac. A titre d'exemples, d'ailleurs essentiels, de telles substitutions et transpositions de moyens de l'invention, demeurant ainsi explicitement dans le domaine de l'invention, ainsi que cela a déjà été évoqué dans le préambule, il convient de réitérer l'intérêt evident, de substituer au moteur électrique d' entrainement usuel du compresseur, un moteur à explosion ou à combustion inter ne, alternatif ou rotatif, ainsi approprié pour être alimentepir le même com bustible, que celui brûlé et dont le refroidissement, avantageusement réalisé par la circulation d'eau revenant des radiateurs, assure la récupération des pertes thermiques, ou même de substituer au groupe moto-compresseur, une auto compression quasi-statique, selon la technique dite "d'absorption", mise en oeuvre depuis longtemps dans des systèmes ou dispositifs de réfrigération. A titre d'autres exemples de substitution et de transposition des moyens de l'invention et demeurant ainsi explicitement dans le domaine de l'invention, on mentionnera la possibilité de loger les moyens de soufflage et de concentra tion d'un flux d'air sur des radiateurs usuels - qui sont variables à l'infini dans d'autres boitiers et avantageusement sous une tablette, au dessus du ra diateur, ou dans une sorte de "rampe" adjacente, du moment ou il demeurerait la caractéristique essentielle, d'interaction variable entre le flux d'air ainsi pulsé et le radiateur, selon les Figs. 4 et 5, tandis que, d'autre part, à titre d'exemple de moyens comparables aux pompes à chialeur, on citera les nou veaux moyens de concentration ou de diffusion de la chaleur dits "caloducs" ou en anglais "heat pipe", dans lesquels c'est la structure annulaire poreuse in terne d'un tube de transfert, qui assure par capillarité le retour du fluide condensé vers l'extrémité opposée, où est réalisé la vaporisation, grâce à un fluide transporteur dont le point d'ébulition est approprié au transfert de cha leur à réaliser. Pour terminer on mentionnera une dernière variante d'exécution de l'inven tion, dont ltriginalité réside dans le fait que la paroi de séparation, entre les deux groupements le matériels séparés de la pompe à chaleur, n'est plus constituée par un élément de façade, mais par un "rideau" de cheminée intérieu re, un "tampon", ou un autre élément d'obturation d'un "conduit de fumée" usuel iébouchant par une "souche" sur une titre. REVENDICATIONS 1"- Dispositif dit "pompe à chaleur", ou "thermopompe", caractérisé par le fait, qu'il est combiné avec un poêle, un radiateur ou une chaudière, pour inté ragir additivement avec les gaz brûlés, évacués par ces appareils et y puiser, au moins partiellement de la chaleur, pour la "surchauffer", la transférer et la cumuler, avec celle resultant de la combustion traditionnelle. 2"- Dispositif selon la reyendication 1 , caractérisé par le fait que l'on substitue, au moteur électrique usuel d'entrainement du compresseur, un moteur à gaz ou diesel, dont le refroidissement par circulation d'eau, récupère les pertes thenniques, pour cumuler cet apport avec la chaleur "transférée" et celle résultant de la combustion. 30 Dispositif selon la reyendication 1", caractérisé par le fait que l'on substitue, au "groupe moto-compresseur", un dispositif dit d'auto-compression "à absorption", dont l'échauffement est avantageusement réalisé par le même combustible et souvent le même bradeur, que la combustion, du moins lorsqu'elle est assurée par du gaz ou du mazout. 40- Dispositif selon l'une quelconque des reyendications 10, 20 ou 30, ca ractérisé par le fait, que le dispositif de pompe à chaleur est mis en oeuvre, selon la technique dite USPLIT SYSTEM" c'est-à-dire en deux groupements séparés de moyens, comportant chacun un échangeur de chaleur avec ses organes complémentaires usuels, de part et d'autre d'une cloison de separation, pouvant être originalement constituée, par un "rideau", un 11tampon" ou tout autre elément d'obturation, d'un'tonduit de fumée" usuel de bâtiment. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des reyendications 10 à 4" carac térisé par le fait, que le groupement extérieur, selon "SPLIT SYSTEM" est originalement incorporé et combiné, dans un prolongement de cheminée dit "aspira- teur, pose sur une "souche", dépassant de la toiture. 6"- Dispositif selon l'une des revendications 4" ou 5 , caractérisé par le fait, que s'il s'agit d'une chaudière de chauffage dit "central à eau chaude", l'échangeur de chaleur du groupement intérieur est alors du type dit "à circulation d'eau", pour être combiné à la tuyauterie dite de "retour" d'eau, usuellement refroidie par sa circulation dans des radiateurs de chauffage traditionnel. 70- Dispositif selon l'une quelconque des reyendications 10 à 6 , caractérisé par le fait que dans les combinaisons précitées, selon la technique connue dite d"'inversion de flux", par inversion de fonction entre les échangeurs de chaleur, ceux-ci deyiennent alternativement évaporateur et condenseur, de façon a réaliser la "climatisation" en été, avantageusement en combinaison avec une inversion de la pompe dite de circulation. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 60 ou 7", caractérisé par le fait que l'on "active" le chauffage ou le refroidissement préférentiel d' une ou plusieurs pièces d'un local, en y accélérant les échanges thermiques de leurs radiateurs avec l'air ambiant, grâce à des dispositifs de soufflage d' air, qui originalement s'incorporent, dans les ajourages usuels des radiateurs traditionnels. 9"- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'une programmation automatique du fonctionnement de la pompe à chaleur, n'en permet le fonctionnement que pendant les heures de nuit, où l'électricité est facturée à bas prix, par l'effet d'un chronorupteur ou d'un relai dit "ACTADIS".