Brevet FR2741704A1 — publié le 19970530

La présente invention à pour objet un système de climatisation et plus particulièrement de chauffage de locaux d'habitation et autres, mettant en oeuvre une pompe à chaleur du type air/air. On connaît déjà des installations de chauffage équipées de pompes à chaleur. L'intérêt de telles installations réside pour l'essentiel dans le fait qu'une pompe à chaleur, pour une même consommation électrique, produit en général beaucoup plus d'énergie calorifique qu'un appareil de chauffage électrique. Cependant, malgré cet important avantage, les installations de chauffage à pompe à chaleur se sont peu développées notamment en raison de leur faible performance lorsque la température externe est trop basse. Dans ces conditions extrêmes, un apport calorifique s'avère nécessaire pour maintenir le local à la température voulue. La présente invention à pour objet de résoudre les problèmes cidessus cités en mettant en oeuvre un système de climatisation qui se caractérise essentiellement en ce qu'il comprend un moyen de chauffage principal constitué par une pompe à chaleur, au moins un moyen de chauffage additionnel et une unité prograwmable, de commande et d'activation de la pompe à chaleur et du second moyen de chauffage, ladite unité étant sensible à la valeur de la puissance électrique absorbée par la pompe à chaleur et autorisant l'activation du doyen de chauffage additionnel lorsque la valeur de la puissance absorbée par la pompe à chaleur est égale ou supérieure à une valeur de consigne prédéterminée. La pompe à chaleur utilisée sera du type air/air et sera dotée d'une unité externe au local à climatiser et d'une unité interne à ce local. Chaque unité comprendra un échangeur de chaleur et sera disposée sur le circuit d'un fluide travaillant selon les différentes étapes d'un cycle thermodynamique approprié. L'unité interne de la pompe à chaleur sera associée à un ventilateur d'air afin que l'air à réchauffer soit propulsé au travers de l'échangeur qu'elle comporte. En amont de l'échangeur, sur le trajet du flux d'air sera disposée une sonde de température apte à délivrer un signal électrique de valeur représentative de la valeur de la température ambiante. Ce signal sera appliqué sur l'entrée correspondante de l'unité programmable de commande et d'activation et comparé à une valeur de température de consigne choisie par l'utilisateur.Si la valeur de la température indiquée par la sonde est inférieure à la valeur de la consigne, l'unité programmable active la pompe chaleur et maintient cette dernière en fonctionnement tant que la valeur de température désirée n'est pas atteinte. Selon une autre caractéristique de l'invention, la pompe à chaleur peut fonctionner selon un mode dit hors-gel selon lequel la température du local d'habitation est maintenue à une valeur supérieure à zéro degrés celsius et inférieure à dix degrés celsius. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'unité programmable de commande et d'activation comprend au moins deux entrées de sélection de mode de fonctionnement, un de ces deux modes étant le mode de fonctionnement dit de hors-gel, l'autre de ces modes étant un mode de fonctionnement se déroulant en fonction d'instructions définies par l'utilisateur, tels que températures désirées, jour et heure de mise en service et durée de l'activation du second et/ou du premier moyen de chauffage. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'unité programxable de commande et d'activation comprend quatre entrées de sélection de mode de fonctionnement dont le premier est toujours un mode dit de hors-gel, dont le second permet le fonctionnement de la pompe à chaleur en interdisant l'activation du second moyen de chauffage, dont le troisième permet le fonctionnement de la pompe à chaleur et permet l'activation automatique du second moyen de chauffage, si la puissance absorbée par la pompe à chaleur est supérieure à la valeur de consigne et dont le quatrième permet la commande manuelle par l'utilisateur, des deux moyens de chauffage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de chauffage additionnel est constitué par au moins un appareil de chauffage électrique. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le moyen de chauffage est constitué par plusieurs appareils de chauffage électriques répartis en plusieurs zones dans le local d'habitation. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'une forme préférée de réalisation, donnée à titre d'exemple non-limitatif en se référant à la figure 1 qui illustre, manière schématique, un système de climatisation selon l'invention. Tel que représenté, le système de climatisation selon l'invention, pour notamment le chauffage de locaux, par exemple des locaux d'habitation, comprend une pompe à chaleur 1 du type air/air, constituant moyen de chauffage principal, au moins un convecteur électrique 2 constituant moyen de chauffage additionnel et une unité programmable 3, prévue pour la commande et l'activation des convecteurs électriques et/ou de la pompe à chaleur et ce en fonction d'un programme de fonctionnement choisi par l'utilisateur à l'aide d'un sélecteur 4 de mode de fonctionnement, parmi plusieurs progranes de fonctionnement en mémoire dans l'unité programmable 3. La pompe à chaleur 1, de préférence du type air/air, comprend deux unités d'échange de chaleur dont une, l'unité 10, est externe au local à climatiseur et l'autre, l'unité 11, est interne à ce local. Ces deux unités 10, 11 sont disposées sur le circuit d'un fluide caloriporteur appelé à travailler selon les phases d'un cycle thermodynamique afin de puiser la chaleur à l'extérieur du local et la restituer à l'intérieur. Sur le circuit du fluide caloriporteur est disposé de manière connue, un compresseur 6 actionné par un moteur électrique 7, commandé par l'unité programmable 3.Cette unité, comprend notamment un élément 31 de mémorisation de la valeur de la température désirée par l'utilisateur et déterminée par lui, un circuit 32 de puissance et de commande de l'activation et de la désactivation du moteur électrique 7 d'actionnement du compresseur 6 et ce en fonction du résultat d'une comparaison, réalisée par un circuit comparateur 33, entre la valeur de consigne et la valeur de la température ambiante mesurée par une sonde de température 5 disposée sur la veine d'air à réchauffer, laquelle est propulsée, par un ventilateur que la pompe à chaleur comporte, au travers de l'échangeur de chaleur de l'unité interne 11. Cette sonde de température 5, en considérant le sens de progression de la veine d'air à réchauffer, est disposée en amont de l'échangeur. Ces éléments peuvent faire partie, dés l'origine, de la pompe à chaleur. De plus, l'unité 3 comprend un élément programmateur 30 qui est apte à délivrer des signaux de commandes en fonction d'un programme prémémorisé choisi par l'utilisateur en fonction des conditions climatiques du moment et/ou de l'utilisation envisagée à savoir occupation constante ou ponctuelle. De préférence, les convecteurs électriques 2 sont prévus chacun avec un organe récepteur 20 des signaux de commande émis par l'unité de programmation 3. Cet organe récepteur, en fonction de la nature de ces signaux, active ou désactive le convecteur électrique associé. Dans l'exemple préféré de réalisation, une liaison filaire est établie entre l'élément programmateur 30 et le récepteur de chaque convecteur, pour la transmission des signaux de commande mais il va de soi que cette liaison pourra être hertzienne. Avantageusement la liaison filaire est constituée par le réseau filaire 8 d'alimentation en énergie électrique équipant le local d'habitation et les signaux sont transmis par courant porteur, ce courant porteur étant le courant d'alimentation. L'unité de programmation 3 injecte donc les signaux de commande sur le courant du réseau. Ces signaux de commande sont de très faible amplitude de façon à ne modifier que dans une très faible proportion l'amplitude du courant porteur et sont de fréquence supérieure à celle du courant porteur de façon à pouvoir être facilement séparé de ce dernier. Chaque organe récepteur 20, constitué par exemple par un relais connu en soi, est conçu pour réagir à une valeur de fréquence déterminée et ferme, lorsqu'il reçoit la fréquence qui lui est propre, le circuit d'alimentation du convecteur 2. Préférentiellement les appareils de chauffage 2 pourront être répartis en plusieurs zones dans le local d'habitation, par exemple, chambres, salle de bains, séjour, cuisine, bureau, et chaque zone pourra être équipée de plusieurs appareils de chauffage, lesquels, préférentiellement, fonctionneront ensemble. Les zones de chauffage, quant à elles, sont activables indépendamment les unes des autres. L'unité de programmation 3 comporte au moins deux entrées de sélection de mode de fonctionnement sélectionnables par le sélecteur 4, dont l'une correspond au mode hors-gel et l'autre à un mode programme. Il y a lieu de noter qu'une seule des entrées ne peut être sélectionnée à la fois. De préférence, sont prévus un mode de fonctionnement en hors-gel, deux modes de fonctionnement programmés et un mode de fonctionnement manuel selon lequel, la pompe à chaleur et les convecteurs ne sont plus commandés par l'unité 3, mais par l'opérateur. De ce fait, l'unit 3 comporte quatre entrées de sélection de mode de fonctionnement. Selon le mode de fonctionnement en hors-ge X : pompe a cnaleu maintient dans le local une température comprise 5c référence entre cinq et dix degrés celsius et égale par exemple a sept degrés celsius. Selon ce mode de fonctionnement, la valeur du signal délivré par la sonde de température 5, représentative de la valeur de la température ambiante, est comparée à une valeur de consigne de température de horsgel et le moteur électrique du compresseur est désactivé lorsque la température de l'air ambiant devient supérieure à cette valeur de consigne. Le moteur électrique 7 sera réactivé lorsque la température ambiante sera inférieure de quelques dixièmes de degré à la température de consigne. Dans les deux modes de fonctionnement programmés, le système, de manière automatique, en fonction des valeurs des paramètres du programme, définies par l'utilisateur et introduites en mémoire dans l'élément 30, représentatives notamment des plages horaires de fonctionnement des premiers et second moyen de chauffage et des zones à activer, maintient dans le local constamment ou bien temporairement, une température dite de confort égale à la valeur de consigne choisie par l'utilisateur et mémorisée dans l'élément 31. Cette valeur de consigne se situe, en règle générale, entre dix-sept et vingt-deux degrés. Selon le premier mode de fonctionnement programmé, seul le premier moyen de chauffage peut être mis en fonction. Ce mode de fonctionnement est mis en oeuvre pendant les périodes pré-hivernales et hivernales. Selon le second mode de fonctionnement programmé, le second moyen de chauffage peut être mis en action si d'une part, la puissance électrique absorbée par la pompe à chaleur atteint une valeur de consigne qui, par exemple, peut être égale à 80% de la puissance maximale et d'autre part la température de l'air à l'entrée de l'unité 11 est inférieure à la valeur de consigne. Ce mode de fonctionnement programmé est mis en oeuvre pendant les périodes de grand froid. Selon les deux modes de fonctionnement programmé, tels que précédewment définis, la valeur du signal délivré par la sonde de température 5 est comparée à la valeur de la température de confort, de consigne, mémorisée dans l'élément 31 et comparée par l'élément 33 à la valeur délivrée par la sonde de température 5. Le ou les moyens de chauffage seront désactivés dès que la température de consigne sera atteinte et réactivés après que la température ambiante se sera abaissée de quelques dixièmes de degrés par rapport à la température de consigne. Pour des raisons de simplification de construction et d'utilisation, il est intéressant de n'utiliser qu'un seul élément de mémoire 31 et de n'introduire dans cette mémoire qu'une seule valeur bien que la valeur de la température de consigne de hors-gel et la valeur de la température de consigne de confort soient très différentes l'une de l'autre. Pour cette raison, lorsque l'entrée hors-gel de l'unité 3 est activée par le sélecteur 4, l'unité 3 active un circuit de leurre 9 connecté aux bornes de sortie de la sonde 5 de température, afin de modifier la valeur du signal généré par ladite sonde. Ainsi selon ce mode de fonctionnement, la valeur du signal délivré par la sonde est représentative non-pas de la valeur de la température ambiante vraie, mais d'une température bien plus élevée.En d'autres termes, cette disposition permet d'abaisser de manière automatique la valeur de la consigne et de réaliser un décalage, sans pour autant modifier le réglage de base opéré par l'utilisateur de la température de consigne de confort. Selon la forme préférée de réalisation, le circuit de leurre 9, connecté électriquement aux bornes de la sonde 5, est formé par une résistance électrique 90 disposé en série avec un interrupteur commandé 91, ledit interrupteur étant fermé par l'unité programmable 3 de commande et d'activation lorsque le mode hors-gel est sélectionné. De préférence, l'interrupteur 91 est commandé par un relais électrique activé par l'unité 3 lorsque le mode hors-gel est sélectionné. L'unité programmable de commande et d'activation 3 est dotée d'un élément 34 sensible à la puissance absorbée par la pompe à chaleur 1, disposé sur le circuit électrique d'alimentation de ladite pompe, ledit élément 34, lorsque la puissance absorbée est supérieure à la valeur de consigne, délivre un signal représentatif de ce dépassement de seuil. Ce signal de dépassement est appliqué sur une entrée de validation que comporte l'élément programmateur 30 ce qui autorise, en changeant le niveau logique de cette entrée, l'émission des signaux d'activation des appareils de chauffage 2. Selon la forme préférée de réalisation, l'élément 34 est un relais à seuil dont la bobine est traversée par le courant d'alimentation du moteur électrique 7 du compresseur 6 de la pompe à chaleur 1. La bobine de ce relais 34 commande un contact électrique lequel est connecté électriquement à l'entrée de validation de l'élément programmateur 30 et provoque lorsqu'il se ferme, le changement d'état logique de cette entrée. Le système de climatisation tel que décrit n'est pas limité au chauffage des locaux et peut, grâce à la pompe à chaleur 1, assurer la réfrigération de ces derniers en saison chaude. I1 y a lieu de noter que la valeur du débit de la veine d'air propulsée au travers de l'unité interne 11 est ajustable par l'utilisateur. I1 va de soi que la présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation qui vient d'être décrite et qu'au contraire, elle en embrasse les variantes d'exécution. REVENDICATIONS. 1/ Système de climatisation pour locaux d'habitation ou autres caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de chauffage principal constitué par une pompe à chaleur (1), au moins un moyen de chauffage additionnel (2) et une unité programmable (3) de commande et d'activation de la pompe à chaleur (1) et du moyen de chauffage additionnel (2), ladite unité (3) étant sensible à la valeur de la puissance électrique absorbée par la pompe à chaleur (1) et autorisant l'activation du moyen de chauffage additionnel (2) lorsque la valeur de la puissance absorbée par la pompe à chaleur (1) est égale ou supérieure à une valeur de consigne prédéterminée. 2/ Système de climatisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de chauffage additionnel (2) est constitué par au moins un appareil de chauffage électrique. 3/ Système de climatisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de chauffage additionnel (2) est constitué par plusieurs appareils de chauffage électriques répartis en plusieurs zones dans le local d'habitation. 4/ Système de climatisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que les zones selon lesquelles sont répartis les appareils de chauffage électriques (2) sont activables séparément par l'unité programmable de commande (3). 5/ Système de climatisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité programmable (3) de commande et d'activation, comprend un élément (34) sensible à la puissance absorbée par la pompe à chaleur (1), disposé sur le circuit électrique d'alimentation du moteur électrique (7) de ladite pompe (1), ledit élément (34), lorsque la puissance absorbée est supérieure à la valeur de consigne, délivre un signal représentatif de ce dépassement de seuil. 6/ Système de climatisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément (34) sensible à la puissance absorbée par la pompe à chaleur est un relais à seuil. 7/ Système de climatisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pompe à chaleur (1) est du type air/air. 8/ Système de climatisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité (3) programmable de commande et d'activation comprend au moins deux entrées de sélection de mode de fonctionnement, un de ces deux modes étant un mode de fonctionnement dit de hors-gel, selon lequel la température du local à climatiser est maintenue à une valeur déterminée supérieure à zéro degrés celsius et inférieure à dix degrés celsius, l'autre de ces modes étant un mode de fonctionnement programmé se déroulant en fonction d'instructions d'un programme dont les valeurs des paramètres tels que températures désirées, jours et heures de mise en service et durée de l'activation du second et/ou du premier moyen de chauffage sont définies par l'utilisateur. 9/ Système de climatisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'unité programmable (3) de commande et d'activation comprend quatre entrées de sélection de mode de fonctionnement dont le premier est toujours un mode dit de hors-gel, dont le deuxième permet le fonctionnement de la pompe à chaleur (1) en interdisant l'activation du second moyen de chauffage (2), dont le troisième permet le fonctionnement de la pompe à chaleur (1) et permet l'activation automatique du second moyen de chauffage (2) si la puissance absorbée par la pompe à chaleur (1) est supérieure à la valeur de consigne et dont le quatrième permet la commande manuelle par l'utilisateur, des deux moyens de chauffage (1), (2). 10/ Système de climatisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une sonde (5) de température de l'air, disposée au niveau de l'entrée de la veine d'air à réchauffer, cette sonde de température délivrant à l'unité de commande (3) un signal représentatif de la valeur de la température ambiante. 11/ Système de climatisation selon la revendication 10, caractérisé par un circuit de leurre (9) connecté aux bornes de la sonde (5) et activé par l'unité programmable (3) lorsque le mode horsgel est sélectionné, ledit circuit de leurre, lorsqu'il est activé, modifie la valeur du signal délivré par la sonde (5). 12/ Système de climatisation selon la revendication 11, caractérisé en ce que le circuit de leurre (9) comprend une résistance (90) et un interrupteur (91) du type commandé, ledit interrupteur (91) étant fermé par l'unité programmable (3) de commande et d'activation lorsque le mode de fonctionnement en hors-gel est sélectionné.