Brevet FR2523702A1 — publié le 19830923

La présente invention concerne le domaine technique de la pompe a chaleur, au sens général, et elle concerne, plus particulibrement, la technique de réalisation et de fabrication des moyens d'échange de telles pompes. Le domaine technique de l'invention concerne les pompes faisant intervenir au moins un fluide liquide de transfert et exelut, par conséquent, les pompes 9 chaleur du type air-air. Dans les pompes du type ci-dessus, on sait qutil est nécessaire de constituer un élément à fonction de condensation ou d'évaporation du fluide frigorigène véhiculé par le circuit à changement d'état que comporte la pompe. Un tel échangeur est généralement du type tubulaire et se trouve réalisé de manière à faire intervenir une propriété de conduction entre le fluide frigorigène et le fluide liquide de transfert. La réalisation de tels ensembles est bien connue techniquement et peut être assurée dans des conditions économiques satisfaisantes. Cependant, on constate que la mise en oeuvre de tels moyens d'échange implique, nécessairement, lors de la construction, de maintenir des réserves et des acces pour faciliter le raccordement et l'étanchement. En outre, il est nécessaire également de prendre des dispositions techniques convenables de manière à éviter toute perte de conduction susceptible de nuire à l'échange entre le fluide frigorigène et le fluide de transfert. Il est ainsi nécessaire de mettre en oeuvre des moyens d'isolation thermique, ainsi, en général, que des enceintes isolées propres à recevoir et maintenir le ou les échangeurs. Les méthodes de construction de pompes à chaleur du type ci-dessus doivent donc, nécessairement, tenir compte de ces impératifs, de sorte que chaque unité fonctionnelle réalisée se présente sous un encombrement relativement important. En outre, une telle unité est d'un prix de revient relativement élevé, étant donné le nombre important des pièces entrant dans la constitution, les phases importantes d'assemblage et d'adaptation, ainsi que les méthodes d'isolation thermique retenues. L'objet de l'invention vise à résoudre le problème cidessus en proposant une nouvelle solution de construction d'une unité d'échange d'une pompe à chaleur. L'invention concerne une proposition de construction pouvant être mise en oeuvre pour tout type de pompe faisant intervenir un fluide liquide de transfert, en association avec le fluide frigorigène et, par exemple, les pompes à chaleur du type air-eau, eau-eau ou eau-air. L'objet de l'invention est de proposer une nouvelle méthode de construction d'une unité d'échange qui permette de simplifier notablement la réalisation, de réduire l'encombrement d'une telle unité et d'en abaisser le prix de revient. Un objet supplémentaire de l'invention est de proposer une nouvelle méthode de construction d'une unité d'échange qui permette d'augmenter le rendement d'une pompe en établissant des conditions d'échange particulièrement favorables pour le ou les échangaurs concernés. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'unité d'échange pour pompe à chaleur est caractérisée en ce qu'elle est réalisée sous la forme d'une embase permettant le montage des différents organes constitutifs d'une pompe et délimitant un caisson contenant au moins un échangeur noyé dans une masse de matière isolante remplissant ledit caisson et assumant une fonction de renforcement mécanique du caisson, de maintien dudit échangeur et d'isolation thermique de ce dernier. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique illustrant le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur mettant en oeuvre l'objet de l'invention. La fig. 2 est une coupe-élévation d'une pompe conforme à l'invention. La fig. 3 est une vue en plan prise selon la ligne III-III de la fig. 2. La fig. 4 est une vue latérale arrière d'une pompe conforme à l'invention. La fig. 5 est une vue latérale, prise selon la ligne V-V de la fig. 4. La fig. 6 est une vue schématique analogue à la fig. 1 illustrant un autre type de pompe à chaleur mettant en oeuvre l'objet de l'invention. La fig. 1 montre, schématiquement, une pompe à chaleur du type eau-eau, comprenant un circuit 1 de double changement d'états d'un fluide frigorigène approprié. Ce circuit 1 comprend un compresseur 2 chargé de faire circuler le fluide frigorigène dans le sens de la fleche f1 en direction d'un condenseur 3 dont la sortie est raccordée à l'entrée d'un détendeur 4. Le compresseur 2 aspire le fluide frigorigàne à partir d'un évaporateur 5 qui est directement alimenté par le détendeur 4. Dans une pompe, du type eau-eau, le condenseur 3 fait partie d'une source chaude 6 comprenant, par exemple un serpentin 7 placé en relation de conduction avec le condensateur 3. Le serpentin 7 fait, par exemple, partie d'une installation de chauffage sanitaire 8. Dans ce type de pompe, l'évaporateur 5 fait partie d'une source froide 9 incluant un serpentin 10 qui est placé en relation de conduction avec l'évaporateur 5. Le serpentin 10 est raccordé à une installation d'échange 11 plongeant en permanence dans un milieu liquide dont la température est, de préférence, maintenue, dans tous les cas, voisine, sinon supérieure, à 0 C. Les fig. 2 à 5 montrent la mise en oeuvre de l'objet de l'invention pour la réalisation d'une unité d'échange propre à un type de pompe eau-eau, tel que rappelé schématiquement ci-dessus. La fig. 2 montre que, selon l'invention, il est prévu de réaliser une unité d'échange 12 comprenant un caisson 13 constitué par un fond 14, une paroi périmétrique 15 et un dessus 16, de préférence amovible. Le caisson 13 peut être réalisé en toute matiare convenable et, de préférence, en métal. La paroi périmétrique 15 peut être de révolution ou, éventuellement, de forme polyédrique. Dans l'exemple illustré, le caisson 13 est réalisé sous une forme parallélépipédique. Le fond 14 est associé à des pieds 17 en matière filtrant les vibrations, par exemple en élastomére. Le dessus 16 est constitué par une platine résistante, de manière à représenter un socle de support et de fixation des principaux éléments constitutifs d'une pompe à chaleur, tels que le compresseur 2, le détendeur 4. Le caisson 13 est destiné à contenir, dans l'exemple considéré, les deux sources 6 et 9 d'échange évoquées précédemment. La source chaude 6 comprend un serpentin 18 constitué par un tubeenveloppe 19 pouvant être réalisé en toute matière appropriée et, notamment, en une matiere plastique, telle qu'en polyéthylène réticulé ou en polybutylàne. Le tube-enveloppe est associé à au moins un tube échangeur 20 interne pouvant être constitué par un ou plusieurs segments tubulaires parallàles. Le tube 20 est choisi de diamètre notablement inférieur à celui du tube-enveloppe 19 et comporte plusieurs segments d'échange à l'unité de longueur. Les tubes 19 et 20 sont enroulés en spires pour former un ensemble compact en serpentin susceptible d'étire inclus à l'intérieur du volume utile du caisson 13. Le maintien de cet ensemble à l'intérieur du caisson 13 est assuré, sans contact avec le fond 14 ou la paroi 15, par unremplissage 19 en matière à bon coefficient d'isolation thermique. Le remplissage 19 est, par exemple, formé par une matiere expansée, telle qu'une mousse de polyurétane 3 de densité comprise entre 30 et 45 kg/m . Le remplissage 19 de matière isolante assume une premitre fonction d'amélioration des caractéristiques de résistance mécanique du caisson 13, une seconde fonction de support de la source 6 à l'intérieur du caisson, ainsi qu'une troisième fonction d'isolation thermique du tube-enveloppe 19. Les fig. 3 et 4 montrent que la construction de l'unité est également prévue pour faire comporter sur une partie de la paroi périmétrique 15 des raccords 22 et 23, respectivement d'entrée et de sortie, du tube-enveloppe 19. Ces raccords 22 et 23 sont destinés à permettre le raccordement facile et pratique avec l'installation 8 décrite en référence à la fig. 1. La partie correspondante de la paroi périmétrique assume ainsi une fonction de tableau de raccordement et, dans le cadre de construction retenu, une telle fonction peut être assumée par é de la paroi périmétrique 13 normalement dirigé vers l'arrière, en considération du sens normal d'utilisation, d'entretien, d'accès, de vérification ou de contrôle de l'ensemble unitaire forme par une pompe à chaleur. Selon une autre disposition de l'invention, les parties terminales du tube-échangeur 20 traversent les raccords 22 et 23 et sont relevées pour traverser la platine 16. Le tube 20 forme ainsi, au-delà de la platine 16, des segments 24 de raccordement avec le circuit 1 décrit ci-dessus. La source froide 9 est formée également par un serpentin, à simple ou double enroulement, réalisé de manière à pouvoir être disposé concentriquement à l'intérieur de la source 6, sans contact de surface avec cette dernière. Le maintien de la source 9 est assuré également par le remplissage 21. La source 9 comprend un tube-enveloppe 27, en toute matitre appropriée, notamment en matière plastique, dont les extrémités sont montées par des raccords 28 et 29 sur la même partie de paroi périmétrique que celle portant les raccords 22 et 23. Les raccords 28 et 29 représentent, comme cela ressort de la fig. 4, respectivement, les orifices d'entrée et de sortie du circuit d'échange 11 de la fig. 1. Le tube-enveloppe 27 comporte, intérieurement, un tubeéchangeur 30 qui est réalisé en une matière possédant un bon coefficient de conductibilité. Les tubes 27 et 29 sont enroulés en spires, d'une façon analogue aux tubes 19 et 20. Les parties terminales du tube échangeur 30 traversent les raccords 28 et 29 et sont relevées pour traverser la platine 16. Au-del de cette dernier, les parties terminales forment des segments 31 de raccordement pour la sortie du détendeur 4 et l'entrée au compresseur 2. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'objet de l'ihvention permet de réaliser un caisson 13, de faible encombrement, contenant intérieurement les sources 6 et 9 qui sont disposées concentriquement en étant isolées du milieu ambiant et l'une de l'autre par le remplissage 21. Il devient ainsi possible de constituer, sous un faible encombrement, une unité d'échange possédant un bon rendement. En outre, une telle unité représente une embase stable permettant de fixer et supporter, sur la platine 16, l'ensemble des organes constitutifs d'une pompe à chaleur qui peut ainsi être réalisée sous un encombrement faible par rapport aux réalisations actuelles. Un autre avantage de l'objet de l'invention réside dans le fait que les pieds 17 et le remplissage 21 de matière plastique filtrent les vibrations et réduisent ainsi le bruit consécutif au fonctionnement du compresseur. Selon une autre disposition de l'invention, le caisson 13 est mis à profit pour assurer le support et la fixation d'une enveloppe protectrice 32 visant à recouvrir l'ensemble des éléments constitutifs fonctionnels de la pompe à chaleur. Cette enveloppe 32 peut, par exemple, être constituée de panneaux latéraux 33 fixés sur la paroi périmétrique 15 du caisson 2, afin de représenter des éléments porteurs pour un dessus 34, une façade 35 et un panneau arrière 36. Dans ce qui précède, il est indiqué que l'exemple décrit en référence correspond à une pompe à chaleur du type eau-eau. La fig. 6 montre qu'il est possible d'envisager la mise en oeuvre de l'objet de l'invention pour une pompe du type air-eau. Dans un tel cas, la source froide 9 comprend l'évaporateur 5 qui est disposé à l'intérieur d'une gaine 37 assurant l'écoulement d'un fluide gazeux pulsé par l'intermédiaire d'un ventilateur 38. Dans un tel exemple de construction, le caisson 13 ne contient alors que la source 6. Bien que cela ne soit pas représenté, il pourrait être envisagé de mettre en oeuvre objet de l'invention pour une pompe à chaleur du type eau-air et, dans un tel cas, le caisson 13 ne comporterait alors que la source froide 9. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS : 1 - Unité d'échange pour pompe à chaleur, caractérisée en ce qu'elle est réalisée sous la forme d'une embase (12) permettant le montage des différents organes constitutifs (2-4) d'une pompe et délimitant un caisson (13) contenant au moins un échangeur (6) noyé dans une masse (21) de matière isolante remplissant ledit caisson et assumant une fonction de renforcement mécanique du caisson, de maintien dudit échangeur et d'isolation thermique de ce dernier. 2 - Unité d'échange selon la revendication 1, caractérisée en ce que le caisson (13) contient en plus un deuxième échangeur (9). 3 - Unité d'échange selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le caisson (13) contient au moins un échangeur (6) constitué par un tube-enveloppe extérieur (19) et par au moins un tube-échangeur (20) intérieur, lesdits tubes étant enroulés en spires. 4 - Unité d'échange selon la revendication 2 ou 3, ca ractérisée en ce que le caisson (13) contient deux échangeurs (6-9) disposés concentriquement l'un à l'autre en étant maintenus et isolés l'un de l'autre par un remplissage (21) en matière isolante. 5 - Unité d'échange selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le caisson (13) comprend un fond (14) muni de pieds (17) en matière filtrant les vibrations, une paroi périmétrique (15) s'élevant du fond et un dessus (16) formant platine de support et de fixation des organes constitutifs d'une pompe. 6 - Unité d'échange selon l'une des revendications I à 5, caractérisée en ce que le caisson (13) contient au moins un échangeur (6) constitué par un tube enveloppe (19) extérieur dont les extrémités sont munies de raccords (22-23) fixés sur une partie de la paroi périmétrique (15) et par au moins un tube échangeur (20) interne dont les parties terminales traversent avec étanchéité lesdits raccords et forment des segments (24) de raccordement traversant le dessus (16) du caisson. 7 - Unité d'échange selon l'une des revendications I à 6, caractérisée en ce que le caisson (13) contient au moins un échangeur (6) comprenant un tube enveloppe extérieur (19) en matière plastique et au moins un tube-échangeur (20) interne en matière ayant un bon coefficient de conductibilité. 8 - Unité d'échange selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le caisson (13) assume une fonction de support et de fixation d'une enveloppe (32) protectrice des différents organes constitutifs de la pompe.