Brevet FR2456919A1 — publié le 19801212

La présente invention se rapporte à un dispositif composé d'une pluralité d'éléments tubulaires couplés les uns aux autres, traversés par un liquide, pour prélever de la chaleur à la terre ou lui en délivrer. Lorsque l'on utilise des pompes thermiques pour chauffer des immeubles, on a généralement recours, à titre de source de chaleur, à des couches de terrain peu profondes. La chaleur de la couche de terrain est alors transmise à l'évaporateur de la pompe thermique généralement par lEntermédiaire d'un circuit de tubesposésdans le sol à l'aide duquel on fait circuler l'eau mélangée à un agent servant à abaisser son point de congélation. Le circuit de tubes est généralement formé de serpentins de tube posés horizontalement en dessous de la surface de la terre à une profondeur d'un à deux mètres. On rencontre également des systèmes de tubes qui sont formés d'une pluralité de tubes verticaux d'environ dix mètres de long qui sont disposés en forme de grille ou de réseau à quelques mètres d'écartement. Le réchauffement s'effectue à l'aide de pompes thermiques prélevant leur chaleur à des couches de terrain peu profondes et jusqu'à présent il n'est principalement utilisé que pour chauffer des villas ou des maisons individuelles. En cas de pose horizontale du circuit de tubes absorbant la chaleur, la longueur tube nécessaire pour couvrir la demande en chaleur d'une villa est d'environ 400 mètres. Le circuit de tubes doit par conséquent s'étendre très souvent sur la plus grande partie du terrain sur lequel est bâtie la villa pour qu'on puisse obtenir 11 écartement suffisant entre les différents serpentins. Si l'on choisit un système à tubes verticaux d'environ dix mètres de longueur, il faut en général disposer d'une vingtaine de tubes de ce type qui sont reliés aux autres par des tubes de liaison disposés horizontalement.Même dans ce cas, le circuit de tubes doit s'étendre sur une partie très importante du terrain pour que l'on obtienne l'écartement suffisant entre les tubes verticaux. Les systèmes d'absorption de chaleur connus exigent par conséquent une intervention importante et relativement coûteuse dans le sol lorsqu'ils doivent être installés et après avoir été posés, ils sont difficilement accessibles pour la surveillance et l'entretien. La présente invention a donc pour but de créer un élément absorbant la chaleur de la terre qui demande une intervention relativement limitée dans le sol, qui est d'une installation peu coûteuse et facilement accessible pour les contrôles et les inspections. Conformément à l'invention, ce but est obtenu par un élément absorbant qui se caractérise en ce que les éléments tubulaires partent radialement d'un point de ramification disposé à proximité de la surface du terrain et en ce qu'ils sont posés en étant inclinés par rapport au plan vertical. Suivant l'invention, les différents éléments tubulaires forment plusieurs angles différents avec le plan vertical précité si bien que la chaleur peut être échangée avec un volume de terre de formehémisphérique. Les différents éléments tubulaires doivent également présenter le même ou sensiblement le même angle avec le plan vertical précité. Suivant l'invention, la longueur des différents éléments tubulaires est adaptée aux conditions de terrain localement rencontrées. Les éléments tubulaires forment avec le plan vertical un angle compris entre 10 et 800. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élémentabsorbai est disposé, dans certainAcas de fonctionnement ,pour transmettre de la chaleur à partir d'une circulation de liquide, à la terre, de manière à emmagasiner de la chaleur dans la terre et dans d'autres cas de fonctionnement, il est prévu pour absorber de la chaleur aux mêmes volumes de terre. Par la configuration prévue suivant la présente invention de l'élément absorbant de la chaleur terrestre, on obtient un grand nombre dEavantag Ainsi, l'intervention dans le sol est limitée à un minimum et les répercussions éventuelles notamment sur la végétation du fait du refroidissement ou du réchauffement de la surface de la terre, se7;mitent à une portion très petite de la surface du terrain où l'ensemble est installé. D'autre part, le système tubes est beaucoup plus accessible que les systèmes déjà connus pour la surveillance et le cas échéant pour opérer des réparations.Cette accessibilité facile du système de tubes permet d'autre part une augmentation aisé de la capacité du système par un montage complémentaire d'autres éléments supplémentaires lorsqu'éventuellement la demande en énergie thermique est plus forte. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparartront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 montre à l'aide d'un exemple la configuration d'un élément tubulaire - la figure 2 est une coupe transversale d'un tel élément - la figure 3 est une vue de côté d'un exemple de positionnement des éléments tubulaires ; - la figure 4 estunededessus d'un autre exemple de positionnement des éléments tubulaires ; et - la figure 5 illustre à l'aide d'un exemple comment les différents éléments tubulaires sont couplés les uns aux autres et reliés à des conduites de jonction menant et partant de l'évaporateur d'une pompe thermique. On remarque aux figures 1 et 2~commuent peuvent être configurés les éléments tubulaires absorbant la chaleur pour que l'on obtienne l'écoulement souhaité du liquide au travers de ces éléments. Un élément tubulaire 1 est formé dans le présent exemple de réalisation, d'un tube extérieur 2 et d'un tube intérieur 3 disposé concentriquement au précédent. Le tube 2 présente une fermeture 4 disposée à sa base et en forme de pointe alors que le tube intérieur 3 est ouvert à sa partie inférieure. Le tube extérieur 2 comprend, en haut, un élément de fermeture 5 en forme de plaque qui est traversé par le tube 3. Les tubes 6 et 7 sont des éléments de connexion à l'élément tubulaire 1, le tube 6 étant connecté au tube intérieur 3 tandis que le tube 7 est en communication avec le volume compris entre les tubes 2 et 3. On supposera que le tube 2 présente une rigidité mécanique suffisante pour que l'eqément tubulaire puisse être disposé par application de techni;quesconnuea dans les couches de terrain généralement rencontrées et qu'il est en mesure de résister aux contraintes rencontrées en fonctionnement normal. Il peut s'agir d'éléments tubulaires réalisés dans des matériaux différents tels que le métal ou les matières synthétiques. La configuration représentée de l'élément tubulaire ne constitue qu'un exemple d'une configuration possible pour des éléments absorbant la chaleur. La fonction souhaitée peut bien entendu être obtenue avec différentes réalisations d'éléments tubulaires traversés par un fluide ou un liquide. La position caractérisante pour l'invention et le raccordement des éléments tubulaires absorbant la chaleur est illustrée aux figures 3, 4 et 5, cette dernière figure ne comportant que huit éléments tubulaires. Aux augures 3 et 4, les déments tubulaires partent radialement d'un point de ramification 1A et forment avec le plan vertical, un angle donnéOD . Dans l'exemple représenté, on a supposé que tous les éléments tubulaires formaient le même angle avec le plan vertical précité mais comme ceci a déåà été mentionné, dans de nombreux cas, on pourrait obtenir une absorption de chaleur plus forte si les éléments tubulaires pouvaient former avec le plan vertical des angles différents 9i bien que la chaleur sera alors prélevée à un volume hemisphé- rique.Par l'inclinaison différente des éléments tubulaires on peut d'autre part adapter le système de tubes de manière très souple, aux conditions de terrain localement rencontrées. Les figures 3 et 4 montrent des éléments tubulaires 1 disposés à un certain écartement du point vers lequel ils sont radialement orientés. Ceci permet une connexion simple des éléments tubulaires 1 par l'intermédiaire de tubes 6 et 7. La fosse cylindrique 8 prévue aux figures 3 et 4 est avantageusement remplie de sable ou d'une manière avantageuse d'un matériau présentant une certaine isolation vis-à-vis de la chaleur si bien que les accouplements des tubes dans le système peuvent être dégagés de manière simple même en hiver pour permettre une inspection, une intervention d'étanchéité ou d'autres mesures analogues. La fossé 8 présente avantageusement un diamètre de un à trois mètres et une profondeur de 0,5 à 1 mètre.Une mesure prise dans la pratique consiste à recouvrir le fossé ou la fosse 8 dSun couvercle de puits ou de fontaine ou analogue. La figure 5 illustre un exemple de l'assemblage et de la connexion des éléments tubulaires 1. Dans ce cas, tous les éléments tubulaires sont connectés en série par l'intermédiaire de conduites de connexion 11, 12 qui sont reliées à l'évaporateur de la pompe thermique. En réunissant des groupes d'éléments tubulaires à deux ou plusieurs circuits séparés qui peuvent être couplés parallèlement aux conduites de connexion 11 et 12, on peut bien entendu faire abaisser la chute de pression lors de l'écoulement du liquide dans le système de tubes. La position choisie des éléments tubulaires suivant la présente invention permet une application facile à différentes variantes de connexion ainsi que des modifications de connexion simples, après mise en sercice du système de tubes. Lorsque l'on utilise des éléments de tube présentant une longueur d'au moins dix mètres, on peut collecter dans la disposition proposée de ces éléments, de la chaleur à partir d'un volume de terre de 3000 à 4000 m3, ce qui devrait suffir à couvrir la demande normale en chaleur d'une villa. Pour une demande en énergie plus importante, les éléments de tubes peuvent avoir une plus grande longueur mais l'on peut également utiliser deux ou trois systèmes de tubes dans la réalisation proposée. L'élément absorbant suivant la présente invention a simplement été décrit pour un exemple de fonctionnement dans lequel on doit prélever de l'énergie thermique à la masse terrestre et la transmettre à un fluide ou un liquide. Dans certains cas d'utilisation, l'élément absorbant peut également servir à emmagasiner de la chaleur dans la terre. Dans ce cas, le fluide présente une température supérieure à la terre environnante. Un exemple d'un tel cas de fonctionnement est donné lorsque par exemple on doit emmagasiner en été dans la terre, de la chaleur provenant d'un collecteur solaire et lorsque la chaleur doit être récupérée de la terre qui la retient, en hiver, dans les conditions qui viennent d'être décrites. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1. Elément absorbant servant à prélever de la chaleur à la terre ou à lui en délivrer, formé d'une pluralité d'éléments tubulaires couplés les uns aux autres et traversés par un liquide, caractérisé en ce que les éléments tubulaires 1 partent radialement d'un point de ramification 1A prévu à proximité de la surface de la terre et en ce qu'ils sont inclinés par rapport au plan vertical. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les différents éléments tubulaires 1 forment avec le plan vertical plusieurs angles différents ob de telle manière que la chaleur peut être échangée avec un volume de terre de forme hémisphérique. 3. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les différents éléments tubulaires 1 forment avec le plan vertical le même angle ou sensiblement le même angle 8 4. Elément selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la longueur des différents éléments tubulaires 1 est adaptée aux conditions de terrain localement rencontrées. 5. Elément selon ltune des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments de tubes forment avec le plan vertical des angles c) compris entre 10 et 800. 6. Elément- selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément absorbant est disposé de manière à, dans certains cas, transmettre de la chaleur de son circuit de liquide à la terre pour emmagasiner de la chaleur dans le volume de terre correspondant et en ce que dans d'autres cas, il est prévu pour prélever de la chaleur au même volume de terre.