Brevet FR2518229A1 — publié le 19830617

L'invention se rapporte à un ensemble de production de chaleur bi-énergie du type associant une chaudière et une pompe à chaleur dans lequel le corps de chauffe de la chaudière et le condenseur de la pompe à chaleur sont réunis dans une seule unité fonctionnelle intégrée dans le corps de la chaudière. Dans les ensembles de chauffage actuels à récupération, on associe à la chaudière classique, en général existante, une pompe à chaleur qui transfère dans le fluide caloporteur de l'installation les calories récupérées dans l'air (air extérieur r et/ou air extrait), dans le sol ou toute autre source isolément ou simultanément. Ce couplage permet de réaliser une économie substantielle, fonction des possibilités de récupération (température de l'air ou de la source chaude), -du coefficient de performance de l'installation et du rendement global de l'installation. Ainsi, on calcule les caractéristiques de ce type d'installation pour assurer le chauffage de l'habitation pendant les intersaisons par le seul fonctionnement de la pompe à chaleur. Actuellement, le raccordement de la pompe à chaleur à la chaudière est réalisé de façon simple par une liaison hydraulique directe sans souci particulier d'adaptation. De ce fait, le rendement global du tandem assurant la production de chaleur sQ trouve limité vers le haut par des pertes diverses telles que couplage hydraulique peu adapté, surfaces et distances trop importantes, dissociation technique des éléments... La présente invention vise à améliorer le rendement global d'une tel le installation par I' intégratiqn du condenseur de la pompe à chaleur dans le corps de chauffe de la chaudière, formant ainsi une unité fonctionnelle mixte nouvelle. Elle permet ainsi un abaissement sensible du coût de l'installation et une diminution appréciable de l'encombrement. A cet effet, I'invention concerne un ensemble de production de chaleur bi-énergie du type associant une chaudière à une pompe à chaleur remarquable en ce que le corps de chauffe de la chaudière et le condenseur de la pompe à chaleur sont réunis dans une seule unité fonctionnelle d'échange, appelée corps de chauffe-condenseur, prévue à l'intérieur de l'organe de chauffe utilisé en -tant que chaudière. Les performances de l'installation se trouveront encore améliorées par l'emploi d'une pompe à chaleur comprenant un ou deux échangeurs à trois fluides. D'autres caractéristiques techniques et avantages de l'invention sont consignés dans la description ci-après effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode préféré de réalisat-ion de l'invention en référence au dessin accompagnant dans lequel : La figure 1 est une représentation schématique de l'ensemble de production de chaleur selon l'invention. La figure 2 est une vue en perspective drun exemple de réalisation. d'un corps de chauffe-condenseur à éléments juxtaposés. La figure 3 est une vue en coupe transversale d'un exemple de réalisation d'un corps de chauffe-condenseur à structurç coaxiale. En se référant à la figure 1, I'ensemble de production de chaleur. selon l'invention associe une pompe à chaleur 1 et un organe de chauffe 2 de type à circuit d'eau chaude 3 pour le chauffage. par radiat.eurs, convecteurs basse température, réseau de sol ou tout autre, et, le cas 'échéant, pour la production d'eau chaude sanitaire. La chaudière possède, de préférence, un brûleur à gaz 4 ou à fuel, de type atmosphérique ou à air soufflé. Elle pourra néanmoins tout aussi bien être équipée d'une rampe à gaz ou d'un foyer conventionnel pour la combustion du bois, du charbon ou tout autre combustible- solide. Elle comporte à son intérieur, en partie supérieure de la chambre de combustion 5, traversé par les gaz chauds, un échangeur mixte 6 à trois fluides remplissant simultanément les fonctions de corps de chauffe et de condenseur. Cet élément réunit dans sa structure monobloc d'échange le circuit condenseur 7. du fluide frigorigène de la pompe à chaleur et le circuit de chauffage 3 par l'eau chaude. Il est placé dans la chambre de combustion de manière à être traversé par les gaz de combustion à la manière d'un corps de chauffe classique. On a créé ainsi une nouvelle unité fonctionnelle à l'intérieur d'un générateur de chaleur. Cette nouvelle unité, remplissant simultanément les fonctions de -corps de chauffe et de condenseur, sera appelée ci-après corps de chauffe-condenseur. De plus, l'organe de chauffe la renfermant ne fonctionnant qu'à titre d'appoint sera dénommé ci-après générateur auxiliaire de chauffe. Les gaz chauds traversant le corps de chauffecondenseur 6 sont évacués à l'extérieur par la boîte à fumée 8 suivie d'un clapet d'isolation 9. Ils sont dirigés sur l'échangeur constituant l'évaporateur 10 afin de récupérer les calories emportées par les fumées. On pourra faire condenser les gaz de combustion lors du passage à travers l'évaporateur pour améliorer le rendement de combustion. On prévoit à cet effet un bac de collecte 11 des condensats et une liaison d'évacuation 12, par exemple à l'égout. Pour des raisons de sécurité, on garde l'éva- cuation directe des gaz de combustion par la cheminée et on réalise le passage sur l'évaporateur par l'intermédiaire d'une dérivation 13. L'évaporateur est disposé p-ar ailleurs dans le flux principal d'air aspiré de l'extérieur et/ou extrait de l'intérieur par l'action d'un ventilateur 14. On pourra interposer à l'entrée 15 de l'air un élément plan 16, du type grillage ou autre, apportant en plus de la protection, une perte de charge faible mais suffisante pour que la dépression engendrée par le ventilateur capte les fumées dans le circuit d'évacuation et les force à traverser la batterie de l'évaporateur. A titre de variante, on prevoi-t de remplacer l'élément =plan 16 de perte de charge par le premier élément de la batterie de l'évaporateur. Selon la proximité du conduit de fumées, l'évaporateur ainsi dissocie pourrait, en plus, récupérer une partie de la chaleur rayonnée par ledit conduit-de fumée. L'évaporateur permet alors. de récupérer les calories contenues dans I'air mais aussi les calories emportées par les fumées. Le corps de chauffe-condenseur pourra affecter différentes formes de réalisation possibles. Outre la -structure tubulaire à ailettes repré-sentée schématiquement en figure 3, on vise une forme monobloc illustrée par la figure 2. II s'agit tout d'abord (figure- 3) -dJune version à tubes coaxiaux horizontaux dans laquelle le fluide frigorigène traverse une structure d'échange à ailettes 17 sous la forme d'un conduit central 18. Ledit conduit est entouré par une enveloppe cyli-ndrique 19 constituant ainsi un volume intermédiaire annulaire 20 le long duquel circule l'eau à réchauffer. Le trajet des gaz chauds de combustion est matérialisé par des fleches parallèles; üne autre variante (figure 2) utilise un corps de chauffe constitué par la juxtaposition d'éléments 21 monoblocs moulés, par exemple, en fonte ou en fonte d'aluminium. Ces éléments sont réunis par des nippes et des barres d'assemblage pour former un corps de chauffe compact. On transforme ce type de corps de chauffe en augmentant de façon importante les dimensions des orifices inférieurs ou supérieurs de chaque élément. Bien entendu, les nippes sont augmentées dans les mêmes proportions et on arrive à un-assemblage parfait. Cette modification permet de créer un volume d'échange supplémentaire 22i du type répartiteur, qui sera occupé par le circuit d'échange de i'évaporateur, par exemple sous la forme d'un serpentin 23 en tube de cuivre aileté 24 débouchant sur une pièce d'obturation frontale 25 par des éléments dè raccordement telle que 26. Le départ de l'eau de chauffe s'effectue à l'extrémité opposée. L'eau ré.chauffée dans chaque élément passera au travers du serpentin 23 pour y recevoir un complément de chauffage apporté par la pompe à chaleur. L'intérêt de l'invention réside dans le fait de pouvoir utiliser la chaudière uniquement comme appoint. En effet, le rendement global excellent de cette installation permet d'envisager des séquences de chauffe du brûleur relativement espacées et de courte durée. Le dégivrage pourra être traité par inversion de cycle, par appoint calorifique supplémentaire apporté par le brûleur ou par bouclage aéraulique contrôlé du condenseur sur l'évaporateur. Bien entendu, plusieurs variantes d'exécution pourront être apportées, en partictilier en réalisant l'ensemble auxiliaire de chauffe sous la forme d'un chauffe-eau à gaz auquel sera adjointe une partie extérieure comprenant le compresseur et l'évaporateur à la manière d'un module d'installation de climatisation. On examinera maintenant les principales phases de fonctionnement de l'ensemble de chauffe bi-énergie selon l'invention. En intersaison, la pompe à chaleur fonctionne seule. Les calories récupérées dans le flux d'air suffisent à chauffer l'habitation. Le corps de chauffe-condenseur 6 joue le rôle d'échangeur simple. En régime intermédiaire, le générateur auxi. liaire de chauffé fonctionne par intermittence, le clapet d'isolément se referme après chaque période de fonctionnement. Les gaz de combustion traversent l'évaporateur et s'y condensent. La chaleur supplémentaire ainsi récupérée est trans férée au corps de chauffe-condenseur. Par grands froids, le générateur auxiliaire de chauffe fonctionne seul à la manière d'une chaudière classique, le ventilateur est arrêté et les fumées sortent directement par la cheminée. REVENDICATIONS 1. Ensemble de production de chaleur biénergie du type associant une chaudière et une pompe à chaleur caractérisé en ce que le condenseur (7) de la pompe à chaleur et le corps de chauffe de la chaudière sont réunis dans une seule unité fonctionnelle dans la chambre de combustion (5), l'évaporateur (10) étant traversé par un flux d'air extrait ou extérieur et les gaz de combustion. 2. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'unité fonctionnelle est un échangeur mixte (6) à trois fluides entre les gaz de combustion, le fluide frigorigène et l'eau de chauffage. 3. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que le conduit de fumées est obturé par un clapet d'isolation (9) et comporte une dérivation (13) qui dirige les gaz de combustion sur l'évaporateur (10). 4 Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que ltévaporateur est placé dans un conduit d'aspfli- ration dont l'entrée est pourvue d'un élément plan (16) engendrant une faible perte de ' charge de manière à capter les gaz chauds de combustion du conduit de fumées par la derivation (13). 5. Ensemble selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'élément plan (16) est un grillage. 6. Ensemble selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'élément plan (16) est constitué par une partie de la batterie d'échange de l'évaporateur. 7. Ensemble selon Its revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'échangeur mixte est-de type tubulaire à tubes coaxiaux dans Jesquels le fluide frigorigène circule dans un conduit centra (18) et l'eau entre ledit conduit et une enveloppe extérieure cylindrique (19) solidaire d'ailettes (17). 8. Ensemble selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'échangeur mixte est de type compact formé d'éléments juxtaposés moulés, par exemple en fonte, présentant une augmentation importante des dimensions au niveau des orifices inférieurs ou supérieurs de manière à créer, au droit de la sortie des éléments, un volume d'échange ge supplémentaire (22) occupé par le circuit J'échange de l'évaporateur (10). 9. Ensemble selon la revendication 8 caractérisé en ce que le circuit d'échange de l'évaporateur (10) est un serpentin en tube aileté.