Brevet FR2485706A1 — publié le 19811231

"Dispositif de chauffage muni d'une pompe thermique." L'invention concerne un dispositif muni d'une pompe ther- mique, constituée par un compresseur, un condenseur, un éva- porateur et un réservoir pour du fluide d'emmagasinage de chaleur, le compresseur et le condenseur ou l'évaporateur étant disposés dans le réservoir et le compresseur dans un bottier enveloppant. Les compresseurs utilisés dans les pompes thermiques sont en général des compresseurs à piston, qui sont sujets à des vibrations provoquées par le mouvement de va-et-vient du piston. Dans la structure actuelle, ces vibrations sont indé- sirables et sont supprimées du fait que le compresseur est disposé, de façon élastique, dans un boîtier, les vibrations étant ainsi compensées. D'une façon générale, les compresseurs à pompe thermique présentant un pouvoir thermique de l'ordre de grandeur de kW ou d'une valeur inférieure, entrant en ligne de compte pour le chauffage de maisons individuelles ne sont réglables que par la mise en et hors circuit. Eventuellement, ils sont munis d'un régulateur de vitesse à deux étages. Or, lorsque, dans les saisons chaudes, il ne faut que de petites quantités de chaleur pour le chauffage, il est impossible d'éviter que la pompe thermique ne doive assez souvent être mise en et hors circuit. Toutefois, du fait que la durée de vie d'une pompe thermique est plus courte à mesure que les mises en et hors circuit se produisent plus fréquemment, on s'efforce de réduire le nombre d'opérations par des dispositions spé- ciales. Il existe des dispositifs d'emmagasinage de chaleur pou- vant être disposés entre la pompe thermique et le cycle de chauffage. Suivant leur capacité thermique,ces dispositifs réduisent notablement la fréquence de la mise en et hors circuit de la pompe thermique. Ainsi, on atteint une plus longue durée de vie de la pompe thermique et un meilleur ren- dement annuel. D'autre part, il existe des pompes thermiques prélevant de la chaleur sur un dispositif d'emmagasinage de chaleur. Dans le cas d'utilisation d'énergie solaire comme source pour une pompe thermique, il est connu et usuel de disposer dans le cycle de fluide d'un collecteur ou d'un absorbeur un système d'emmagasinage de chaleur pour compenser ainsi l'intensité, fortement variable pendant le jour, du rayon- nement solaire. Toutefois, la combinaison d'une pompe thermique et d'un système d'emmagasinage de chaleur présente le désavantage que la transmission de chaleur entre le fluide pratiquement stationnaire ou très peu mobile contenu dans le système d'emmagasinage et la surface du condenseur de la pompe ther- mique est mauvaise, du fait que le fluide d'emmagasinage de chaleur s'évaporant à la surface du condenseur n'est pas ra- pidement échangé contre du fluide plus froid. Une telle mau- vaise transmission de chaleur affecte la capacité de la pom- pe thermique. Or, l'invention vise à fournir un dispositif du genre mentionné ci-dessus dans lequel la transmission de chaleur entre le fluide contenu dans le condenseur ou l'évaporateur et le fluide d'emmagasinage de chaleur contenu dans le sys- tème d'emmagasinage de chaleur par agrandissement du contact avec la paroi du condenseur ou de l'évaporateur est amélio- rée. Ce but est atteint avec un fluide d'emmagasinage de chaz-t! leur contenu dans le système d'emmagasinage conforme à l'in- vention du fait que le compresseur et le condenseur ou l'é- vaporateur sont fixés au boîtier enveloppant du compresseur et que cette unité fixe est supportée élastiquement dans le système d'emmagasinage de chaleur de façon à être disposé, d'une façon exempte de vibrations, dans le fluide d'emmaga- sinage de chaleur contenu dans le système d'emmagasinage. Cette structure offre l'avantage que les vibrations du compresseur à piston ne sont pas compensées dans le bottier enveloppant, mais portent plutôt le condenseur ou l'évapo- rateur en vibration. Ces vibrations aboutissent à un contact plus intensif entre la paroi extérieure du condenseur ou de l'évaporateur et le fluide d'emmagasinage de chaleur conte- nu dans le système d'emmagasinage de chaleur, du fait que ce fluide est mis en mouvement. De ce fait, le fluide d'em- magasinage de chaleur peut être chauffé plus rapidement ou avec une moins grande différence de température entre le condenseur ou l'évaporateur et le fluide entrant en contact avec ces derniers (ce qui veut dire avec un meilleur rende- ment). Comme avantage secondaire, la transmission de chaleur interne entre l'agent de refroidissement et la paroi inté- rieure du condenseur ou de l'évaporateur est également amé- liorée du fait que la condensation de film se produisant de façon usuelle passe avec un meilleur rendement en condensa- tion de gouttes, par suite de ces vibrations. De plus, on obtient l'avantage que toute la perte de chaleur du compresseur est mise à profit dans le système d'emmagasinage de chaleur. Dans le cas d'utilisation d'un matériau d'emmagasinage de chaleur sujet à une variation de phase, un dispositif d'homogénéisation mécanique n'est plus nécessaire. Finalement, le bruit provoqué par le compresseur est très fortement amorti dans le système d'emmagasinage de chaleur. La description ci-après, en se référant aux dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente un dispositif muni d'une pompe thermique servant au chauffage d'eau. La figure 2 représente un dispositif muni d'une pompe thermique servant au prélèvement de chaleur sur un réser- voir. La partie centrale du dispositif est un grand réservoir 1 dans lequel est emmagasinée par exemple l'eau d'un dis- positif de chauffage d'eau. Le réservoir a une capacité de 1 000 litres par exemple et sa face extérieure comporte un bon isolement thermique 5. Le réservoir 1 contient un boitier hermétique 7 dans le- quel est logé un compresseur à moteur électrique 9. Le com- presseur 9 est rigidement relié au boitier 7. Le bottier 7 enferme ledit compresseur d'une façon hermétique. Le bottier 7 est supporté à son tour à l'aide de ressorts 11 appliqués au fond 13 du réservoir 1. En aval, le compresseur est raccordé à un condenseur 15 qui traverse de façon spiralée le réservoir 1. Le condenseur est constitué par un tube muni d'ailettes et rigidement relié au bottier 7 à l'aide d'éléments de-support 17. Le fluide, qui parvient dans le condenseur 15 à partir du compresseur 9, est évacué par l'intermédiaire d'une ca- nalisation de communication élastique 19 du réservoir 1 vers une valve de détente 21, de préférence à réglage ther- mistatique. A partir de la valve de détente 21, le fluide parvient dans un évaporateur 25 par l'intermédiaire d'une canalisation 23. Dans l'exemple en question d'une installa- tion à pompe thermique bivalente, l'air de l'extérieur est soufflé à l'aide d'un ventilateur 27 et lèche l'évaporateur. Le fluide s'évapore dans l'évaporateur et circule vers le réservoir 1 par l'intermédiaire de la canalisation 29. Dans le réservoir 1, la canalisation 9 est raccordée au compres- seur 9 par l'intermédiaire d'une canalisation élastique 31. Le bottier 7 du compresseur 9 constituant une unité avec le condenseur 15, le piston du compresseur provoque des vibrations de l'unité constituée par le bottier 7, le com- presseur 9 et le condenseur 15. Ces vibrations peuvent être transmises à l'eau contenue dans le réservoir 1, du fait que les ressorts permettent la vibration de l'unité. La trans- mission thermique entre le condenseur et l'eau contenue dans le réservoir est ainsi augmentée. Cette transmission thermique peut être améliorée davantage par l'application d'ailettes 33 sur le condenseur 15. La transmission ther- mique ainsi améliorée entre le condenseur 5 et l'eau con- tenue dans le réservoir 1 permet une meilleure transmission thermique, et, de ce fait, un fonctionnement avec de plus petite différences de température entre le fluide et l'eau contenue dans le réservoir. Du côté du chauffage, le réservoir 1 est muni d'un tube d'évacuation d'eau 35 et d'un tube d'amenée d'eau 37. Ces tubes peuvent être raccordés à l'aide d'une valve ré- glable 39. La valve 39 ouverte, l'eau sort du réservoir 1, traverse d'abord une pompe 41 et circule par la valve 43, vers une valve de mélange 47. Suivant la position de cette valve de mélange, une plus ou moins grande quantité d'eau circule à partir du réservoir 1 vers l'installation de chauffage 49 dans laquelle sont disposés des.'radiateurs 51. Lorsque, dans le cas d'utilisation comme installation à pompe thermique bivalente, la quantité de chaleur amenée par l'intermédiaire du ventilateur 27 n'est pas suffisante, le compenseur 9 est arrêté et le chauffage de l'eau de chauffage s'effectue par l'intermédiaire d'une chaudière de chauffage usuelle 53. L'inversion des valves 43 et 45 permet donc d'interrompre le système de canalisations 55 et l'eau provenant du réservoir 1 circule par l'intermé- diaire de la canalisation 35 à travers la chaudière 53 vers la valve de mélange 47 et retourne au réservoir. Le réglage du compresseur à pompe thermique 9 s'effec- tue de la façon suivante: Un thermostat 57 prévu dans le réservoir 1 maintient la mise en circuit du compresseur à pompe thermique 9 jusqu'à ce que la température requise Tsol de l'eau contenue dans le réservoir soit dépassée d'une différences T. Cette température requise peut être tributaire de grandeurs externes déterminant la demande de chaleur de la maison, comme la température ambiante et le rayonnement solaire. Une fois la température Tsol atteinte, le compresseur est mis hors circuit. Il reste hors circuit jusqu'au moment o la température du réservoir 1 est abais- sée au-dessous de Tsoll par cession de chaleur aux radia- teurs 51. Le nombre de cycles de mise en et hors circuit du compresseur 9 sera plus faible à mesure que la capacité d'emmagasinage est plus grande. Suivant les pertes qui se produisent entre le réservoir 1 et les radiateurs 51, la température requise Tsoll se pro- duisant dans le réservoir 1 doit être supérieure ou égale à la température Tv dans le système de chauffage 49 néces- saire pour la cession de la capacité thermique QH' Si la capacité du compresseur ne suffit pas pour adapter la tem- pérature de l'eau contenue dans le réservoir à la tempéra- ture requise pour le système de chauffage 49, le chauffage additionnel 53 est mis en circuit de façon supplémentaire. Si par suite des températures extérieures trop basses et d'une consommation de courant trop élevée du compresseur, le compresseur doit être mis hors circuit conformément aux conditions présentes, le chauffage additionnel 53 ne sert qu'au chauffage et le réservoir 1 peut servir en outre de dispositif d'emmagasinage pour le chauffage additionnel. L'installation ne fonctionne-que très lentement par l'in- termédiaire du dispositif d'emmagasinage. De ce fait, les valves 39 doivent être fermées et la circulation alternative de l'eau de la chaudière doit être effectuée par l'intermédiaire d'une canalisation de court- circuit. La partie centrale du dispositif selon la figure 2 est également un'grand réservoir 1. Le réservoir a une capacité de 1 000 litres par exemple et sa face extérieure est munie d'un bon isolement thermique 5. Le réservoir 1 contient un bottier hermétique 7 dans lequel est logé un compresseur à entraînement électrique 9. Le compresseur 9 est rigidement relié au boitier 7. Le bottier 7 entoure le compresseur muni du moteur d'une façon hermétique, étanche à l'eau.A son tour, le bottier 7 est supporté à l'aide de ressorts 11 par le fond 13 du réser- voir 1. La pompe thermique doit prélever de la chaleur sur un collecteur solaire ou sur un absorbeur solaire 14. A cet effet, le réservoir 1 contient un fluide (eau, solution saline, réfrigérant, agent d'emmagasinage latent) sur lequel doit être prélevée de la chaleur. Le fluide est évacué par pompage du réservoir 1 par l'intermédiaire d'une canalisa- tion 16 et à l'aide d'une pompe 18 et amené au collecteur solaire ou à l'absorbeur solaire 14. Dans le collecteur ou l'absorbeur 14, le fluide est chauffé et retourne, par l'intermédiaire de la canalisation 20, au réservoir 1 dans lequel il est refroidi par l'évaporateur de la pompe ther- mique. Lorsque le réservoir 1 contient un fluide d'emmaga- sinage sujet à une transition de phase, le fluide pompé par le collecteur 14 cède sa chaleur au fluide d'emmagasi- nage latent, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 22, prévu dans le réservoir et représenté en pointillés. Le bottier 7 du compresseur est relié par l'intermédiai- re de communications fixes 24 à un évaporateur 26. De l'é- nergie thermique est prélevée sur le réservoir 1, de sorte. que l'évaporateur 26 prélève de l'énergie thermique par l'intermédiaire de sa surface et, en plus, à l'aide d'ai- lettes de refroidissement 28. Le gaz provenant de l'évapo- rateur est comprimé dans le compresseur 9 et parvient, par l'intermédiaire d'une canalisation 30, à partir du réser- voir 1, à un condenseur 32. Le cycle est fermé du fait qu'une canalisation 34, qui sert de retour au condenseur, amène par l'intermédiaire d'une valve de détente, de pré- férence à réglage thermostatique, l'agent de refroidisse- ment condensé à l'entrée 38 de l'évaporateur 26 dans le réservoir 1. Grâce à dès communications élastiques 40 dans les canalisations 30 et 34, le condenseur 32 et la paroi du réservoir 1 ne sont pas influencés par les vibrations du compresseur, du bottier et de l'évaporateur. Du côté secondaire, le condenseur 32 cède son énergie thermique à un système de chauffage 42, dont une pompe 44 assure la circulation de l'eau de chauffage. Du fait que le bottier 7 du compresseur 9 est supporté élastiquement par le fond 13 du réservoir et que l'évapora- teur 26 est rigidement relié au bottier par l'intermédiaire des communications 24, l'unité constituée par le boitier 7 et l'évaporateur 26 est sujet à des vibrations dans le ré- servoir 1. Les vibrations sont provoquées du fait que, d'une façon usuelle, le compresseur est du genre à piston, provo- quant inévitablement des vibrations. Grâce aux vibrations de l'évaporateur, la transmission thermique entre le fluide contenu dans le réservoir 1 et la surface de l'évaporateur est améliorée. L'amélioration de la transmission thermique aboutit à un rendement augmenté de la pompe thermique. REVENDICATION Dispositif muni d'une pompe thermique constituée par un compresseur, un condenseur, un évaporateur et un réservoir pour du fluide d'emmagasinage de chaleur liquide, le com- presseur,qui est logé dans un boitier enveloppant, et un condenseur ou l'évaporateur étant disposés dans le réservoir, caractérisé en ce que le compresseur (9) et le condenseur (15) ou l'évaporateur (26) sont raccordés rigidement au boitier (7) enveloppant le compresseur et en ce que cette unité (7, 9, 15) est disposée de façon élastique dans le fluide du réservoir (1).