Brevet FR2551536A1 — publié le 19850308

' J L'invention est relative à une installation de chauffage équipée d'une pompe à chaleur Elle trouvera plus particulièrement son application pour la valorisation de l'énergie fournie par des dispositifs de faible apport thermique. Actuellement, il est connu d'équiper des installations de chauffage avec des pompes à chaleur qui puisent des calories dans une source froide pour les fournir au fluide caloporteur de l'installation de chauffage D'une manière classique, les échangeurs source froide et source chaude de la pompe à chaleur sont plongés dans deux milieux 10 de températuresdifférentes, la source froide étant généralement constituée par l'air ambiant extérieur ou:par une réserve d'eau, par exemple, une rivière. Il est connu, en outre, d'équiper les installations de chauffage avec des capteurs solaires, dans lesquels s'écoule un fluide calo15 porteur dont la température en période hivernal peut être de l'ordre de à 20 C Cette énergie solaire n'est pas directement utilisable dans une installation de chauffage puisque le fluide caloporteur est habituellement à une température supérieure à 50 C. Le but principal de l'invention est de proposer une instal20 lation de chauffage équipée d'une pompe à chaleur qui assure la revalorisation des calories fournies par des dispositifs à faible apport thermique,notamment les capteurs solaires La pompe à chaleur joue le rôle d'un ascenseur thermique qui amène les calories fournies par le capteur solaire à un niveau o elles sont directement utilisables dans 25 l'installation de chauffage. A cet effet, l'invention propose d'équiper l'installation de chauffage avec un réservoir de stockage du fluide caloporteur dans lequel sont logés à la fois les échangeurs source chaude et source froide de la pompe à chaleur et l'échangeur dont est équipé le circuit 30 solaire Ce dernier échangeur pourra également appartenir à un circuit de climatisation ou de réfrigération Son rôle est de fournir de l'énergie directement à l'échangeur de la source froide qui la transmettra à l'échangeur de la source chaude au moyen de la pompe à chaleur. D'autres buts et avantages de la présente invention, apparaitront au cours de la description qui va suivre, qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. L'installation de chauffage de fluide caloporteur, compre- -2 nant notamment un réserver de stockage du fluide caloporteur et une pompe à chaleur dont l'échangeur source chaude est placé dans le réservoir en contact d'échange thermique avec le fluide caloporteur, est caractérisée par le fait que l'échangeur source froide de la pompe à chaleur est placé dans le réservoir au-dessous de l'échangeur source chaude et en contact d'échange thermique avec le fluide caloporteur. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère à la description cidessous ainsi qu'aux dessins en annexe qui en font partie intégrante. La figure 1 schématise une installation de chauffage selon 1 'invention. Les figures 2 et 3 schématisent deux modes de réalisation du réservoir de l'installation de chauffage selon la figure 1. L'invention s'applique à toute installation de chauffage d'un fluide caloporteur, que ce fluide caloporteur parcourt un circuit de chauffage d'une habitation ou d'un local, ou qu'il soit destiné à alimenter un circuit de distribution de fluide, notamment d'eau chaude. Une telle installation est illustrée à la figure 1, et elle comprend notamment un réservoir 1 qui assure le stockage et le chauffa20 ge du fluide calopoteur Ce réservoir se présente sous la forme d'une enceinte équipée d'un orifice d'admission 2 et d'un orifice de sortie 3, qui assure le raccordement du réservoir sur un circuit extérieur ouvert, non illustré à la figure 1, ou d'un échangeur 17 à la figure 2 qui assure le raccordement sur un circuit extérieur fermé, par 25 exemple un circuit fermé de chauffage. Le fluide caloporteur pourra être de l'eau ou tout autre fluide habituellement employé pour'cet usage. Le réservoir sera de toute forme connue de l'Homme de l'Art et il se présentera; de préférence, sous la forme d'une enceinte allon30 gée, disposée verticalement, dont le fond sera muni de l'orifice d'admission 2, et la paroi supérieure de l'orifice de sortie 3, ce qui permet l'écoulement du fluide à l'intérieur du réservoir depuis sa partie inférieure vers sa partie supérieure. L'invention comporte, en outre, une pompe à chaleur 4, de 35 tout type connu, reliée d'une part à un échangeur source froide 5, et d'autre part à un échangeur source chaude 6 au moyen desquels s'effectuent les transferts de chaleur entre les sources froide et chaude. L'une des caractéristiques de l'invention consiste à placer 2551536 - -3 dans le réservoir, en contact d'échange thermique avec le fluide caloporteur, les deux échangeurs de la pompe à chaleur, tel que l'échangeur source froide soit placé au-dessous de l'échangeur source chaude. Etant donné que l'échangeur 5 puise ses calories dans la source froide constituée par le liquide au voisinage de cet échangeur, et l'échangeur 6 fournit des calories à la source chaude constituée par le liquide voisinage de cet échangeur, il s'établit dans le réservoir une stratification au sein du liquide dont la température est 10 croissante depuis le bas vers le haut. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur source froide 5 tire ses calories d'un autre échangeur de chaleur 7, placé au même niveau ou au-dessous de l'échangeur 5, et également en contact d'échange thermique avec le fluide caloporteur Cet échangeur 15 7 fait partie d'un circuit solaire, comprenant notamment des éléments de capteur solaire dans lesquels s'écoule un fluide caloporteur et raccordé à l'échangeur 7 au moyen des canalisations 9 et 10 Ce circuit comprend également une pompe 11 qui assure la circulation du fluide caloporteur à l'intérieur du circuit. Les calories d'origine solaire ont pour effet de réchauffer le fluide caloporteur au voisinage des échangeurs 7 et 5, constituant ainsi une source permanente d'énergie absorbée par l'échangeur source froide 5 De plus, cet apport d'énergie empêche un abaissement important de la température du fluide au voisinage de la source froide 5, 25 qui pourrait se traduire par un givrage du fluide provoquant l'arrêt de la pompe à chaleur. Selon une autre caractéristique de l'invention, la pompe à chaleur 4 est mise en marche uniquement lorsque la quantité de chaleur fournit par l'échangeur 7 relié aux éléments de capteur 30 solaire est insuffisante pour réchauffer seule et directement le fluide caloporteur Cela évite de fournir de l'énergie extérieure à la pompe à chaleur lorsque la température du fluide traversant le capteur solaire est suffisamment élevée pour réchauffer d'une manière efficace le fluide à l'intérieur de l'installation de chauffage. Les calories puisées par la source froide 5 pourront avoir une origine non solaire, et par exemple, l'échangeur 7 pourra appartenir à un circuit de climatisation ou de réfrigération Dans de tels circuits, les échangeurs sont à des températures relativement basses, ce -4 qui ne permet pas de les utiliser directement pour réchauffer un fluide Le réservoir selon l'invention permet de récupérer ces calories et de les amener à un niveau o elles sont directement utilisables dans l'installation. L'invention s'applique également dans le cas de réservoirs pour lesquels il existe deux zones thermiques distinctes Cela est notamment illustré aux figures 2 et 3. Dans le cas de la figure 2, le réservoir 12 est muni d'une ouverture supérieure 13 et il renferme deux fluides non miscibles de 10 densités différentes, le fluide 14 dans la partie inférieure et le fluide 15 dans la partie supérieure Ces deux fluides définissent un plan de séparation 16 au niveau duquel peut s'établir des échanges thermiques entre les fluides caloporteurs 14 et 15 Ces fluides seront de tout type habituellement utilisé pour ce genre de réalisation. Le fluide 14 constitue la source froide dans lequel plonge l'échangeur source froide 5, ainsi que l'échangeur 7 relié au capteur solaire ou à un circuit de climatisation ou de réfrigération Ainsi, il s'établit des échanges thermiques entre les échangeurs 5 et 7 Par ailleurs, l'échangeur source chaude 6 est plongé dans le liquide supérieur 15 ainsi qu'un échangeur supplémentaire 17 dans lequel circule le fluide caloporteur qui se réchauffe en s'écoulant en contact d'échange thermique avec la source chaude constituée par le liquide 15. Cela permet d'obtenir un réservoir dans lequel les sources 25 chaude et froide sont physiquement séparées. Dans le mode de réalisa tion illustré à la figure 3, les sources chaude et froide de la pompe à chaleur sont également physiquement séparées, mais cette fois-ci à l'aide d'une membrane 18, étanche ou perforée mais qui présente de bonnes qualités de conduction 30 thermique Dans ce dernier cas, on pourra utiliser le même fluide pour constituer les sources chaude et froide de la pompe à chaleur. Le mode de réalisation qui vient d'être décrit n'est donné qu'à titre indicatif, et d'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l'Homme de l'Art, pourraient être adoptées 35 sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. 2551 536 -5 REVENDICATIONS 1 Installation de chauffage de fluide caloporteur, comprenant notamment un réservoir ( 1) de stockage du fluide caloporteur, et une pompe à chaleur ( 4) dont l'échangeur source chaude ( 6) est placé dans le réservoir ( 1) en contact d'échange thermique avec le fluide caloporteur, caractérisée par le fait que l'échangeur source froide ( 5) de la pompe à chaleur ( 4) est placé dans le réservoir ( 1) au-dessous de l'échangeur source chaude ( 6) et en contact d'échange thermique avec le fluide caloporteur. 2 Installation de chauffage selon la revendication 1, 10 caractérisée par le fait que l'échangeur source froide ( 5) tire ses calories d'un échangeur de chaleur ( 7), relié à des éléments de capteur solaire ( 8) placé dans le réservoir ( 1) au même niveau que l'échangeur source froide ( 5) et en contact d'échange thermique avec le fluide caloporteur. 3 Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'échangeur source froide ( 5) tire ses calories d'un échangeur de chaleur ( 7), relié à des éléments de capteur solaire placé dans le réservoir au-dessous de l'échangeur source froide ( 5). 4 Installation de chauffage selon la revendication 2 ou 3, caractérisée par le fait que la pompe à chaleur ( 4) est mise en marche uniquement lorsque la quantité de chaleur fournie par l'échangeur ( 7) relié aux éléments de capteur solaire ( 8) est insuffisante pour réchauffer seule directement le fluide caloporteur. 5 Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la quantité de chaleur absorbée par l'échangeur source froide ( 5) est fournie par l'échangeur de chaleur d'un circuit de climatisation ou de réfrigération, placé dans le réservoir sous l'échangeur source froide ( 5) et en contact d'échange thermique 30 avec le fluide caloporteur. 6 Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le réservoir ( 12) contient deux fluides ( 14, 15) caloporteurs non miscibles, de densités différentes qui définissent deux zones physiquement séparées, tels que les échangeurs source chaude ( 6) et source froide ( 5) soient respectivement plongés dans les zones supérieureet inférieure. 7 Installation de chauffage selon la revendication 1, carac- -6 térisée par le fait que le volume intérieur du réservoir ( 12) présente une membrane ( 18) étanche ou perforée, conductrice de la chaleur qui définit deux zones physiquement séparées, tels que les échangeurs source chaude ( 6) et froide ( 5) soient respectivement plongés dans les zones supérieure et inférieure. 8 Installation de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la reprise des calories est réalisée au moyen d'un échangeur ( 17) raccordé à un circuit extérieur fermé. 9 Installation de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que le réservoir ( 1) présente un orifice d'admission ( 2) et un orifice de sortie ( 3) raccordant le réservoir ( 1) sur un circuit extérieur ouvert.