Brevet FR2679016A1 — publié le 19930115

La présente invention concerne un dispositif permettant d'améliorer les performances, de réduire le coüt et de réaliser une régulation pièce par pièce, d'une instaillation de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire par pompe a chaleur. On connaît déjà les pompes å chaleur caractérisées en ce que l'évaporateur est constitué d'épingles horizontales ou verticales enterrées à l'extérieur et où la condenseur est constitue d'épingles horizontales logëes directement dans le plancher du local à chauffer. Dans les instaillations connues, l'évaporateur et le condenseur sont constitués d'une ou plusieurs épingles raccornees en parallèle a un ou plusieurs compresseurs frigorifiques qui cèdent leur chaleur a une ou plusieurs pleces de la maison. La production d'eau sanitaire est également assurée par le captage d'énergie a l'extérieur, sur l'air extrait ou aans les eaux usées, cette énergie étant ensuite transférée soit à un réservoir stockant l'eau chaude soit directement au réseau. Le chauffage de l'eau a'une piscine peut aussi être assuré par ie captage d'énergie a l'extérieur, cette énergie étant ensuite restituée au circuit filtration par l'intermédiaire n'un échangeur. es dispositions fournissent des installations ayant un niveau de qualité et de consommation satisfaisant mais ne permettent pas une réguiation par pièce économique a l'investissement et n'utilisent pas ae manière avantageuse les possibilités variables des différents milieux sur lesquels on récupère l'énergie : alr extrait, eaux usées et capteur enterré. Les installations connues ne permettent pas d'adapter le soutirage instantané dans les différents, aux besoins en chauffage. Ces installations connues imposent un nombre de compresseurs lié au nombre ae zones å chauffer, augmenté d'une unitè pour la production de l'eau chaude sanitaire et encore d'une unitè pour le réchauffage de l'eau d'une piscine. Ces installations connues imposent, pour le rafraichissement par le sol, un nombre de dispositifs d'inversion égal au nombre de compresseurs. Le dispositif selon l'invention permet ae remédier à ces inconvènients. C'est d'une manière générale un Dut de l'invention de fournir une installation qui ne présente pas les inconvénients des installations connues et rappelées ci-dessus. C'est un but de l'invention de fournir une installation de chauffage par pompe a chaleur utilisant un seul compresseur pour ie chauffage des locaux, pour la production ae l'eau sanItaire et pour le réchauffage de l'eau des piscines, ce compresseur adaptant sa puissance aux besoins et utilisant ia source d'énergie la plus économique tout en assurant une régulation pièce par pièce. C'est un but de l'invention de fournir une installation de chauffage par pompe a chaleur qui preieve l'énergie dans un capteur enterre en ne sollicitant ce dernier qu'au minimum afin d'améliorer le coefficient de performance. C'est un but de l'invention de fournir une installation de chauffage par pompe a chaleur, qui utilise un microprocesseur pour piloter le fonctionnement afin d'obtenir une régulation par pièce et de permettre le montage de différentes sources d'énergie et de différentes utilisations sur le méme compresseur. Une installation de pompe a chaleur seion l'invention est caractérisée en ce que un compresseur frigorifique généralement a vitesse variable céde son énergie d'abord å un système ce production d'eau sanitaire puis à un écnangeur de piscine avant d'être distribuè vers les différentes boucles du plancher chauffant équipée chacune d'une vanne électromagnétique jouant le ru le de détendeur. Une Installation de pompe a chaleur selon l'invention et caractérisée en ce que différentes sources d'énergie peuvent être raccordées sur le même circuit. Selon une autre caractéristique de l'invention, un microprocesseur et des capteurs assurent un fonctionnement optimum de l'installation. Les dessins annexés illustrent l'invention : - la figure 1 représente un scnéma d'une installation selon l'invention, - la figure 2 représente une variante du acnéma de la figure 1, - la figure 3 représente le dispositif d'inversion du cycle pour assurer le rafraichissement, - la figure 4 représente un exemple de courpe pour la régulation des températures Intérieures, - la figure 3 représente un exemple de courbe pour .a correction des temps d'ouverture aes vannes, - la figure 6 représente le dispositif pour régler la vitesse au compresseur en onction de ia surchauffe, - ~a figure 7 represente le dispositif pour régler la vitesse du compresseur en fonction de la température extérieure, - ia figure s représente une disposition pour la récupération sur les eaux usées et sur l'air extrait. Le dispositif selon l'invention figure 1, comprena un compresseur de fluide frigorigene 1 rerouiant ie gaz comprime par une tuyauterie vers l'échangeur du réservoir de production d'eau sanitaire 2 puis vers un echangeur 3 assurant ie rechauffage de l'eau de la piscine connecté aux raccords hydrauliques 4 et 5 du circuit de filtration. Le fluide frigorigène entre ensuite dans un collecteur 6 qui comporte plusieurs boucles 7 vers les différentes pièces ou zones a chauffer. Le fluide frigorigène est condense et cède sa chaleur dans les boucles 7 permettent ainsi le chauffage des locaux desservis. A chaque pièce ou zone à reguler indépendamment, correspond une vanne électromagnétique 8 reliée a une sonde d'ambiance 18. Cette vanne électromagnétique 8 laisse passer le fluide frigorigéne contenu dans ia boucle 7 iorsque ia sonde la est en demanae de chaleur et lorsque la sonde de température 19 détecte que le fluide frigorigene est sous-refroidi, ce sous refroidissement étant calculé par rapport à la mesure de pression de la sonde. L'ouverture de la vanne 8 est de preférence liée à un cycle proportionnel geré par microprocesseur. Le fluide frigorigène est ensuite envoyée vers le collecteur Y puis vers le distributeur 10 de l'évaporateur 11. Une derivation de fluide frigorigène alimente le detendeur 13 puis l'evaporateur 14 situe dans un récuperateur sur les eaux usées 15. Le gaz est ensuite collecté par une tuyauterie 16 et retourne au compresseur 1 par la tuyauterie 12. Une ou plusieurs autres dérivations de fluide frigorigène alimentent le detendeur 17 qui permettra ia récupération ae l'énergie sur l'air extrait ou sur tout autre milieu le permettant. Pendant l'été ou les mi-saisons, il est queiquefois nécessaire de produire l'eau chaude sanitaire ou de chauffer la piscine sans chauffer 1 @ l'intérieur de ia maison. A cet effet, il est prévu dans l'invention une dérivation 21 vers ie collecteur 9, le débit de fluide frigorigene à travers le détendeur 20 étant réglé par le microprocesseur qui établira le régime le plus économe en énergie. Dans tous les cas, la vitesse du compresseur 1 et l'ouverture des vannes 8 sont grées par un microprocesseur programme pour gérer la surchauffe au gaz a l'aspiration, détectée par la soude de température 23 et ia soude de pression 22, dans le but d'optimiser la consommation electrique et d'assurer un fonctionnement fiable pour ie compresseur. Selon une autre disposition de l'invention figure 2, les vannes électromagnétiques 30 sont placées a l'entrée des épingles du plancher, le fluide frigorigène passant ensuite dans un collecteur 31 puis étant distribue aux diffèrentes sources d'énergie par les détendeurs 32, 33 et 34. e dispositif selon 'Invention figure i montre une possibilité d'inversion de cycle à l'aide d'une vanne 4 voies et comprenant le compresseur de fluide frigorigène 41 refoulant le gaz comprimé par une tuyauterie vers l'échangeur de la production d'eau chaude sanitaire 42 puis vers l'échangeur 43 de réchauffage de l'eau ae la piscine. La vanne d'inversion 44 est insérée après l'écnangeur 43 et avant l'utilisation 45 sous forme de plancher chauffant ou de plancher rafraichissant. Le systéme de détente 46 est représenté de façon simplifie mals eomprand les dispoaitions des figures 1 et 2. Ce système de détente 46 est soit a double sens, soit a sens unique équipé d'un Jeu de clapets. Le fluide frigorigene arrive ensuite vers l'échangeur 47 servant d'évaporateur en hiver et de condenseur en et, puis retourne au compresseur 41 par la vanne 44 et par la tuyauterie La figure 4 montre un exemple de courpe permettant d'obtenir dans les pièces à cnauffer une température réguliere et une puissance de chauffage proportionnelle aux déperditions. La température nominale (#NOM) est mesurée par une sonde d'ambiance 18 figure T placée dans le local A chauffer. La valeur est envoyée au microprocesseur qui calcule le pourcentage du temps ti d'ouverture de la vanne 8 figure 1, ce temps tl étant proportionnel a l'écart delta T en plus ou en moins (#-X) par rapport a la consigne (8NOM). Ce temps d'ouverture peut par exemple, varier de O a 10 secondes. La courbe peut être droite comme le tracé 51 ou de forme particulière comme le tracé 52. La figure 5 montre a correction au taux d'ouverture de vanne 8 figure 1 en fonction du sous-refroldlssement du liquide mesurè à l'entrée de la vanne, par la sonde 19 figure 1 et par une sonde de presslon située pres de la sonde l9. Ce taux de correction est calcule par le microprocesseur et appliqué sur le temps d'ouverture de la vanne. La courbe 53 peut-etre droite ou de toute autre forme permettant un fonctionnement optimum, la forme exacte de cette courbe 53 étant définie après essais et programmations successives au microprocesseur. La figure 6 montre un exemple de courbe permettant de réguler la vitesse au compresseur 61 aspirant le gaz en provenance de l'évaporateur, par la tuyauterie 63. Une sonde 64 analyse la pression dans la tuyauterle 63 et envoie les informations au microprocesseur 66 qui traduit ces pressions en températures, selon les caractéristiques thermodynamiques du fluide en circulation dans Le tue 63. Une sonde haute pression informe le microprocesseur. Une sonde 65 analyse la température du fluide en circulation dans le tuDe 63 puis envoie les données du microprocesseur qui calcule la différence de temperature dite surchauffe de gaz. Le microprocesseur définit ensuite la vitesse du compresseur 61 pour maintenir la surchauffe entre 0 et 5 ou entre 1 et 5, ces chiffres étant donné 9 titre d'exemple, la plus faible surchauffe d'un gaz exempt de liquide donnant les performances maximales. La figure 7 montre un exemple de courbe 69 définissant une plage d'utilisation ou plage de vitesse du compresseur 51 en fonction de la température extérieure 70. L'échelle comportant les valeurs xi et x2 definit une fréquence du courant envoyé au compresseur, xl étant la limite basse et x2 la limite haute. Cette fréquence est modifiée par le microprocesseur qui reçoit les valeurs de température en provenance d'une sonde située å l'extérieur du local a chauffer. La f figure 8 montre un exemple de raccordement des différentes sources d @ énergie. Celles décrites sont un capteur enterré 78 et son distributeur 77, un refroidisseur d'eaux usées 74 et un refroidisseur 75 d'air extrait par ie ventilateur 76. Le fluide frigorigène sortant du plancher 71 par les vannes électromagnétiques 72, passe dans une vanne 3 voies 73 qui dérive le fluide frigorigène vers les refroidisseurs 74 et 75. Ce fluide, partiellement ou totalement vaporisé est amené vers l'échangeur enterré 78 par la canalisation 80. A la sortie de l'évaporateur 7, le fluide frigorigène repart vers le compresseur par la tuyauterie 79. La vanne 73 peut alimenter un ou plusieurs refroidisseurs en parailele et l'ouverture est régulée par la sonde 81 et par le mIcroprocesseur. Le dispositif selon l'invention est destiné au chauffage et au refroidissement des locaux, au chauffage de l'eau sanitaIre et de l'eau pour les piscines. D'une manière générale, ie dispositif selon l'invention permet de prélever de l'énergie dans tout milieu et de restituer cette énergie vers un autre milieu, REVENDICATIONS 1 - Installation de chauffage par pompe à chaleur caractérisée en ce que les boucles 7 du plancher chauffant sont équipées de vannes électriques 8 commandes par des sonde, d'ambiance 18, ia variation de debit du fluide frigorigene étant absorbée par variation de la vitesse du compresseur 1, cette vitesse étant réglée par la pre@ssion mesuree par la sonde 22 et par la surchauffe mesurée par la sonde 23. 2 - Installation de chauffage par pompe chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que la vitesse du compresseur frigorifique 1 est réglé proportionnellement a l'écart de température entre le fluide dans l'évaporateur mesuré par la sonde 22 et entre la température a la sortie de l'évaporateur, mesure par la sonde 23, ces détecteurs envoyant leurs mesures A un microprocesseur qui fait varier ia vitesse du compresseur 1 par variation de la fréquence du courant. 3 - Installation de chauffage par pompe a chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que une sonde mesure la température extérieure 70 et envoie ia mesure au microprocesseur qui fait varier la vitesse du compresseur en fonction de la température extérieure. 4 - Installation de chauffage par pompe å chaleur selon la revendication 3 caractérisée en ce que la vitesse du compresseur 1 est réglée en fonction de la surchauffe mesurée par les sondes 22 et 23 et corrigée en fonction ae la température extérieure, l'ensemble etant géré par un microprocesseur. 5 - Installation de chauffage par pompe a chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que des vannes électromagnétiques 8 règlent le passage de fluide frigorigène a la sortie des boucles 7 permettant ainsi une régulation par pièce par les sondes 18 situées dans l'ambiance des pièces. 6 - Installation de chauffage par pompe 9 chaleur selon la revendication i, caractérisée en ce que une sonde 19 mesure la température du liquide zou@-refroidi et compare cette température a celle régnant a l'intérieur du tube et mesurée par la onde de pression en autorisant L'ouverture de la vanne 8, proportionnellement a cet écart de température. 7 - Installation de chauffage par pompe a chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'ouverture des vannes a la sortie des boucles 7 est réglée en fonction du sousrefroidissement mesuré par ia sonde 19 et en fonction de l'ambiance mesurée par la sonde lu, l'ensemble étant géré par un microprocesseur. 8 - Installation de chauffage par pompe å chaleur selon la revendication i caractérisée en ce que les vannes 30 sont placées a l'entrée des boucles 7, un détendeur 32 assurant la détente du fluide frigorigene dans l'évaporateur. 9 - Installation de chauffage par pompe a chaleur selon ia revendication 1 caractérisée en ce que un échangeur de chaleur 2 est placé directement a la sortie du compresseur 1, entre ce compresseur 1 et le plancher chauffant formant condenseur avec les boucles 7 cet échangeur de chaleur 2 servant a la production d'eau chaude sanitaire. 10 - Installation de chauffage par pompe à chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'un échangeur 3 servant au réchauffage de l'eau d'une piscine, est placé avant le piancher chauffant formant condenseur avec les houcies 7. 11 - Installation de chauffage par pompe å chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que une dérivation 21 amène le fluide frigorigéne a la vanne 20 pour permettre un fonctionnement en été ou en mi-saison en by-passant le condenseur forme par les boucles 7. 12 - installation de chauffage par pompe a chaleur selon les revendicatons 1,9 et 10 caractérisée en ce que une vanne 4 voies 44 est placée entre l'ensemble production d'eau sanitaire 42 - échangeur de piscine 43 d'une part et le plancher chauffant 45 d'autre part, ae manière a assurer en toute saison ie chauffage de l'eau sanitaire et de la piscine en se réservant la possibilité de chauffer ou de climatiser la maison. 13 - Installation de chauffage par pompe a chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que un détendeur 13 est relie a un collecteur i3 du plancher chauffant et alimente en fluide frigorigêne un refroidisseur 'eau usees 15 comprenant un échangeur 14. 14 - installation de chauffage par pompe a chaleur selon la revendication l caractérisée en ce que une vanne 3 voies 73 détourne le luide frigorigéne sortant du plancher chauffant 71 vers le récupérateur 74 équipé d'une sonde 81 reliée au microprocesseur commandant cette meme vanne 73 selon les possibilités de récupération. 15 - Installation ae chauffage par pompe A chaleur selon la revendication 13 caractérisée en ce que plusieurs vannes 3 voies 73 sont montées en s@rie sur la canalisation principale et alimentant plusieurs récupérateurs, 16 - Installation de chauffage par pompe a chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que des sondes d'ambiance 18, de température extérieure, de refroidissement 19, de haute pression, de basse pression 22, de surchauffe 65, de température de récupérateur 81, informent un microprocesseur.