Brevet FR2753262A1 — publié le 19980313

La présente invention est relative à un dispositif de climatisation d'un local, en particulier un climatiseur réversible ou une pompe à chaleur sur boucle d'eau. Les dispositifs de climatisation d'un local comportent classiquement un circuit en boucle fermée dans lequel circule un fluide frigorigène. Le circuit en boucle fermée est equipe d'une première batterie d'échange thermique avec une canalisation de liquide caloporteur et d'une deuxième batterie d'échange thermique avec l'air du local à climatiser, lesdites première et deuxième batteries étant adaptées chacune pour la vaporisation ou la condensation selective dudit fluide frigorigène et fonctionnant l'une en évaporateur et l'autre en condenseur dudit fluide en fonction d'un cycle de chauffage ou de refroidissement de l'air du local, et d'un compresseur du fluide frigorigène vaporisé. Les climatiseurs de ce type fonctionnent sélectivement soit en dispositif de chauffage par condensation, dans la deuxième batterie d'échange thermique, du fluide frigorigène vaporisé dans la première batterie d'échange thermique, soit en refroidisseur par évaporation, dans la deuxième batterie d'échange thermique, du fluide frigorigène condensé dans la première batterie d'échange thermique. L'air du local à climatiser circule dans la deuxième batterie d'échange thermique ou dans la batterie à double échange, le cas échéant à l'aide de moyens moteurs, et est ainsi soit refroidi soit réchauffé en fonction du mode de fonctionnement du dispositif de climatisation. De par leur construction, les climatiseurs de ce type fonctionnent selon un mode "tout ou rien, de sorte que l'énergie calorifique échangée entre l'air du local et le fluide frigorigène est maximum lorsque le dispositif est en fonctionnement. Pour pallier cet inconvénient, ces climatiseurs sont généralement équipés d'un régulateur de température pilotant le démarrage ou l'arrêt du compresseur de manière à réguler la température du milieu à climatiser autour d'une valeur de consigne réglée par un utilisateur, cette température étant mesurée à l'aide d'un thermostat placé à un emplacement approprié du local. Ces climatiseurs présentent toutefois de nombreux inconvénients, malgré la présence du régulateur, notamment en raison du fait que leur puissance est adaptee au besoin maximum du local à climatiser, de sorte que, quel que soit l'écart entre la température de l'air du local et la température de consigne, le climatiseur délivre de l'air froid ou chaud dont la température, déterminée par la puissance du climatiseur, est constante. Dès lors, lorsque la température externe est proche de la température de consigne, les occupants du local ressentent des courants d'air chaud ou d'air froid inconfortables et ce pendant une durée non négligeable en raison du temps de réponse du climatiseur, notamment dû à l'éloignement du thermostat qui détecte la température de l'air issue du climatiseur avec retard. Par ailleurs, dans les dispositifs de climatisation de ce type, le compresseur fonctionne selon de nombreux cycles successifs de démarrage et d'arrêt, ce qui nuit au rendement. En outre, dans les installations de climatisation collective sur une boucle d'eau, de nombreux dispositifs de climatisation de ce type sont branchés sur la boucle d'eau. La canalisation de liquide caloporteur étant constituée par une dérivation de la boucle d'eau, la première batterie d'échange thermique provoque une variation sensible de la température de la boucle d'eau ce qui engendre une diminution relativement importante du rendement des dispositifs de climatisation branchés en aval. Le but de l'invention est de fournir un dispositif de climatisation d'un local permettant de remédier aux inconvenients des dispositifs de l'état de la technique. Elle a donc pour objet un dispositif de climatisation d'un local du type précité, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de régulation de la température de l'air du local par absorption d'une partie de l'énergie calorifique échangée entre la deuxième batterie d'échange thermique et l'air du local. L'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - lesdits moyens de régulation comportent un circuit secondaire dans lequel circule un liquide caloporteur et une troisième batterie d'échange thermique entre ladite deuxième batterie d'échange thermique et ledit circuit secondaire - ledit circuit secondaire est constitué par une dérivation d'une zone de la canalisation de liquide caloporteur située en aval de ladite première batterie d'échange thermique de manière à compenser une partie de 1 'énergie calorifique échangée entre le liquide caloporteur et le fluide frigorigène - il comporte une vanne à trois voies de commande de la circulation du fluide caloporteur dans le circuit secondaire - ladite vanne est constituée par une vanne de régulation de débit du liquide caloporteur dans ledit circuit secondaire pilotée par une unité de régulation de la température du local - ladite zone de la canalisation disposée entre deux zones d'extrémité de la dérivation comporte un rétrécissement de section adapté pour engendrer dans le liquide caloporteur, une perte de charge sensiblement égale à la perte de charge engendrée dans le liquide caloporteur par ladite dérivation - il comporte un ventilateur d'aspiration d'air à travers la deuxième batterie d'échange thermique, ladite troisième batterie d'échange thermique étant disposée en aval de ladite deuxième batterie d'échange thermique, en considérant le sens de circulation de l'air, - lesdites deuxième et troisième batterie d'e- change thermique sont constituées chacune par un ensemble d'ailettes de canalisation d'air en provenance dudit local vers un ensemble de conduits raccordés respectivement audit circuit de fluide frigorigène et audit circuit secondaire de liquide caloporteur ; et - ladite canalisation de fluide caloporteur est raccordée à une boucle d'eau d'une installation de canalisation réversible sur boucle d'eau. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivant, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 represente une vue schematique du dispositif de climatisation selon l'invention, au cours d'un cycle de chauffage ; et - la figure 2 représente le dispositif de la figure 1 au cours d'un cycle de refroidissement. Sur les figures 1 et 2 on a représenté un dispositif de climatisation réversible sur boucle d'eau appartenant à une installation de climatisation collective. Ce dispositif est susceptible de fonctionner selon un cycle de chauffage de l'air d'un local à climatiser (figure 1) et selon un cycle de refroidissement du milieu à climatiser (figure 2). On voit sur les figures 1 et 2 que le dispositif de climatisation selon l'invention comporte un circuit 10 en boucle fermée dans lequel circule un fluide frigorigène, notamment du Fréon, un circuit primaire 12 dans lequel circule un liquide caloporteur ainsi qu'un circuit secondaire 14 constitué par une dérivation du circuit primaire 12. Le circuit primaire 12 est raccordé à une boucle d'eau 16, fictivement tronquée, d'une installation de climatisation collective installée dans un établissement à climatiser et sur laquelle sont branchés un ensemble de dispositifs de climatisation similaires à ceux représentes sur les figures. Le circuit ferme 10 dans lequel circule le fluide frigorigène est equipé d'une première batterie d'échange thermique 18 avec le circuit primaire de liquide caloporteur 12 d'une deuxième batterie d'échange thermique 20 avec l'air du local à climatiser et d'un compresseur 22. Le circuit secondaire 14 est raccorde par ses deux extrémités au circuit primaire dans une zone situee en aval de la première batterie d'echange thermique 18, en considérant le sens de circulation du liquide caloporteur dans celle-ci, l'extrémité du circuit secondaire 14, par laquelle le liquide caloporteur entre dans la dérivation étant située en amont de l'extrémité par laquelle le liquide est réinjecté dans le circuit primaire 12. Les première 18 et deuxième 20 batteries d'échange thermique sont adaptées chacune pour fonctionner soit en évaporateur soit en condenseur du fluide frigorigène et fonctionnent de façon antagoniste, c'est-à-dire l'une en évaporateur et l'autre en condenseur en fonction du mode de fonctionnement du dispositif de climatisation. Ainsi, lorsque le dispositif de climatisation fonctionne selon un mode de chauffage, comme représente sur la figure 1, la première batterie d'échange thermique 18 fonctionne en evaporateur du fluide frigorigène liquide et la deuxième batterie d'échange thermique 20 fonctionne en condenseur du fluide frigorigène gazeux et, lorsque le dispositif fonctionne en climatiseur, comme représenté sur la figure 2, la première batterie d'échange thermique 18 fonctionne en condenseur du fluide frigorigène liquide et la deuxième batterie d'échange thermique 20 fonctionne en évaporateur du fluide frigorigène liquide. On voit sur les figures 1 et 2 que le compresseur 22 est interposé entre les première 18 et deuxième 20 batteries d'échange thermique. Il assure la compression du gaz engendré par la batterie d'échange thermique correspondante ainsi que la circulation forcée du fluide frigorigène dans le circuit fermé 10. I1 est mû par un moteur électrique 24, représenté en pointillé sur les figures, sous la commande d'une unité de régulation 26 de la température de l'air du local reliée à un capteur de température 28 disposé à un emplacement approprié du local. L'unité de régulation 26 commande le démarrage et l'arrêt du compresseur 22 de manière à réguler de façon connue la température de l'air du local autour d'une valeur de température de consigne programmée par un utilisateur. En outre, le dispositif de climatisation est équipé d'une troisième batterie d'échange thermique 30 entre le liquide caloporteur circulant dans le circuit secondaire 14 et la deuxième batterie d'échange thermique 20. Les deuxième 20 et troisième 30 batteries d'échange thermique sont constituées chacune par un ensemble d'ailettes 32 de canalisation d'air vers un ensemble de conduits, 34 et 36, dans lesquels circulent respectivement le fluide frigorigène et le liquide caloporteur et raccordés respectivement au circuit de fluide frigorigène 10 et au circuit secondaire 14. Sur les figures, la troisième batterie d'échange thermique 30 ne comporte qu'un seul conduit 36, mais bien entendu elle peut être dotée d'une pluralité de tels conduits. En outre, le dispositif de climatisation comporte un ventilateur 38 d'aspiration d'air disposé en regard des ailettes 32 et piloté par l'unité de régulation 26 pour aspirer de l'air en provenance du local par une prise d'air non représentée de manière à le placer en relation d'échange thermique avec la deuxième batterie d'échange thermique 20 et la troisième batterie d'échange thermique 30. I1 est à noter que la troisième batterie d'échange thermique 30 est placée en aval de la deuxième batterie d'échange thermique 20, en considérant le sens de circulation de l'air forcé. On voit en outre sur les figures que le dispositif est complété par une vanne trois voies 40 pilotée par l'unité de régulation 26 pour provoquer sélectivement le passage du liquide caloporteur circulant dans le circuit primaire 12 vers le circuit secondaire 14. Enfin, le dispositif comporte un capillaire 42 de type classique permettant d'absorber la dilatation ou la compression du fluide frigorigène du circuit 10, et une vanne d'inversion de cycle 44 permettant d'inverser le sens de circulation du liquide frigorigène dans le circuit 10. Il est en outre complété par un diaphragme 46 définissant un rétrécissement de section dans la zone du circuit primaire 12 située entre les deux extrémités du circuit secondaire 14. Le fonctionnement du dispositif de climatisation qui vient d'être décrit va maintenant être exposé en référence aux figures 1 et 2. Lorsque le dispositif de climatisation fonctionnement selon un cycle de chauffage (figure 1) le liquide circulant dans la boucle d'eau 16 se situe à une température relativement basse, par exemple de l'ordre de 22"C. Lorsque l'unité de régulation 26 commande la fermeture, au moyen de la vanne 40, du circuit secondaire 14, ce liquide circule dans le circuit primaire 12, dans la première batterie d'échange thermique 18 et est réinjecté dans la boucle d'eau 16. Le fluide frigorigène en relation d'échange thermique avec le liquide caloporteur dans la première batterie d'échange thermique 18, prélève de l'énergie calorifique sur le liquide caloporteur et se vaporise. Le fluide frigorigène gazeux est alors compressé par le compresseur 22 puis circule dans la deuxième batterie d'échange thermique 20 au niveau de laquelle il se condense et évacue l'énergie calorifique emmagasinée vers l'air circulant entre les ailettes 32 puis retourne vers la première batterie d'échange thermique 18. Lorsque l'unité de régulation 26 a détecté que le flux d'air chaud délivré par le dispositif est trop important, il positionne la vanne trois voies 40 de sorte que le liquide caloporteur soit dirigé dans le circuit secondaire 14. Il circule alors dans la troisième batterie d'échange thermique 30 au niveau de laquelle il absorbe une partie de l'énergie échangée entre la deuxième batterie d'échange thermique 20 et l'air du local, la température du flux d'air délivrée par le climatiseur étant ainsi abaissée. Il est à noter qu'en l'absence de circulation de liquide caloporteur dans le circuit secondaire 14, le liquide circulant en entrée du circuit primaire 12 a une température T1 relativement élevée et, en sortie de la première batterie d'échange thermique 18, une température T2 inférieure à la température T1. Ce liquide est ensuite réinjecté dans la boucle d'eau 16, ce qui tend à refroidir considérablement la température du liquide circulant dans la boucle 16. Lorsque la vanne 40 est positionnée de manière à faire circuler le liquide caloporteur dans le circuit secondaire 14 celui-ci s'échauffe au contact de l'air circulant entre les ailettes 32 jusqu'à une température T3 supérieure à la température T2 puis est réinjecté dans la boucle 16. On conçoit donc que la présence de ce circuit secondaire permet de minimiser l'écart entre la température prélevée à partir de la boucle 16 et la température réinjectée dans celle-ci. Il est également à noter que, lorsque le circuit secondaire 14 est fermé, le diaphragme 46 provoque, dans le circuit primaire 12, une perte de charge équivalente à la perte de charge engendrée par le circuit secondaire 14. Lorsque le dispositif fonctionne selon un cycle de refroidissement, le liquide circulant dans la boucle 16 se situe à une température T4 relativement faible. Le fluide frigorigène se condense dans la première batterie d'échange thermique 18, qui fonctionne en condenseur, puis se vaporise dans la deuxième batterie d'échange thermique en prélevant de la chaleur sur l'air circulant entre les ailettes 32. Le fluide frigorigène gazeux est ensuite compressé dans le compresseur 22 et réinjecté dans la première batterie d'échange thermique 18. Comme pour le chauffage, lorsque le flux d'air froid est trop important, l'unité de régulation de température 36 positionne la vanne trois voies 40 de manière à faire circuler le liquide caloporteur dans le circuit secondaire 14 et dans la troisième batterie d'échange thermique de manière à réchauffer le flux d'air délivré par le dispositif. On notera également que lorsque la boucle secondaire 14 est mise en service, le liquide caloporteur est réinjecté dans la boucle 16 à une température T5 supérieure à la température T6 du liquide en sortie de la première batterie d'échange thermique 18, permettant ainsi de minimiser l'écart entre la température T4 du liquide caloporteur en entrée du circuit primaire et la température T5 du liquide à laquelle il est réinjecté dans la boucle 16. Dans l'exemple de réalisation qui a été décrit précédemment, la vanne trois voies 40 est pilotée par l'unité de régulation 26. Il serait toutefois possible, en variante, de doter le dispositif d'une vanne 40 pouvant être actionnée manuellement par un utilisateur. On a par ailleurs considéré, dans l'exemple décrit, que la vanne trois voies est une vanne tout ou rien. Il serait également possible d'utiliser, en variable, une vanne trois voies à ouverture réglable, dont l'ouverture est pilotée par l'unité de régulation 26, pour commander le débit du liquide caloporteur dans le circuit secondaire 14, au moyen d'un algorithme de régulation approprié stocké dans l'unité de régulation 26. On conçoit que le dispositif de climatisation qui vient d'être décrit présente de nombreux avantages. Il permet d'absorber une partie de l'énergie calorifique échangée avec l'air d'un local à climatiser de manière à minimiser les courants d'air froid ou chaud ressentis par les occupants du local, en provoquant une variation de la température de l'air délivré par le dispositif. En outre, lorsque le liquide caloporteur est prélevé à partir d'une boucle d'eau, il permet de réinjecter le liquide à une température proche de celle de la température de la boucle d'eau. Ainsi, le fonctionnement des climatiseurs branchés sur la même boucle d'eau 16 n'est sensiblement pas affecté. Enfin, une partie de l'énergie calorifique fournie par le dispositif de climatisation étant absorbée par le circuit secondaire de liquide caloporteur, ce circuit secondaire constitue un moyen de régulation complémentaire à la régulation effectuée par la commande du démarrage ou de l'arrêt du compresseur. Dès lors, le nombre de démarrages et d'arrêts du compresseur étant minimisé, celui-ci est moins sollicité et est moins coûteux en énergie. REVENDICATIONS 1. Dispositif de climatisation d'un local, comprenant un circuit en boucle fermée (10), dans lequel circule un fluide frigorigène, équipé d'une première batterie d'échange thermique (18) avec une canalisation de liquide caloporteur (12) et d'une deuxième batterie d'échange thermique (20) avec l'air du local à climatiser, lesdites première (18) et deuxième (20) batteries étant adaptées chacune pour la vaporisation ou la condensation sélective dudit fluide frigorigène et fonctionnant l'une en évaporateur et l'autre en condenseur dudit fluide en fonction d'un cycle de chauffage ou de refroidissement de l'air du local, et d'un compresseur (22) du fluide frigorigène vaporisé, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de régulation (14,30) de la température de l'air du local par absorption d'une partie de l'énergie calorifique échangée entre la deuxième batterie d'échange thermique (20) et l'air du local. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation comportent un circuit secondaire (14) dans lequel circule un liquide caloporteur et une troisième batterie d'échange thermique (30) entre ladite deuxième batterie d'échange thermique (20) et ledit circuit secondaire (14). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit circuit secondaire (14) est constitué par une dérivation d'une zone de la canalisation de liquide caloporteur (12) située en aval de ladite première batterie d'échange thermique (18) de manière à compenser une partie de l'énergie calorifique échangée entre le liquide caloporteur et le fluide frigorigène. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne (40) à trois voies de commande de la circulation du fluide caloporteur dans le circuit secondaire (14). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite vanne est constituée par une vanne de régulation (40) de débit du liquide caloporteur dans ledit circuit secondaire pilotée par une unité de régulation (26) de la température du local. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ladite zone de la canalisation (12) située entre deux zones d'extrémité de la dérivation (14) comporte un rétrécissement de section (40) adapté pour engendrer, dans le liquide caloporteur, une perte de charge sensiblement égale à la perte de charge engendrée dans le liquide caloporteur par ladite dérivation (14). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un ventilateur (38) d'aspiration d'air à travers la deuxième batterie d'échange thermique (20) et en ce que ladite troisième batterie d'échange thermique (30) est disposée en aval de ladite deuxième batterie d'échange thermique (20), en considérant le sens de circulation de l'air. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que lesdites deuxième (20) et troisième (30) batterie d'échange thermique sont constituées chacune par un ensemble d'ailettes (32) de canalisation d'air en provenance dudit local vers un ensemble de conduits (34,36) raccordés respectivement audit circuit de fluide frigorigène (10) et audit circuit secondaire de liquide caloporteur (14). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que ladite canalisation de fluide caloporteur (12) est raccordée à une boucle d'eau (16) d'une installation de climatisation réversible sur boucle d'eau.