Brevet FR2782552A1 — publié le 20000225

"Ensemble d'alimentation hydraulique et installation ainsi équipée" DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif d'alimentation hydraulique pour installation en circuit fermé. La présente invention concerne également une telle installation. Les installations visées par l'invention sont en particulier les installations de chauffage et/ou de refroidissement dans lesquelles un fluide caloporteur s'écoule le long d'un circuit fermé pour passer successivement par un équipement de production de chaleur ou de froid, une utilisation, une pompe, un réservoir tampon, un filtre etc... Il peut s'agir d'une installation de chauffage, de refroidissement, ou encore d'une installation pouvant fonctionner soit en chauffage soit en refroidissement, la source thermique étant par exemple alors constituée par une machine frigorifique réversible, c'est à dire capable de fonctionner soit en moyen de chauffage soit en moyen de refroidissement. Le but de la présente invention est de rationaliser les installations du genre précité en ce qui concerne leurs composants autres que l'installation de production de chaleur ou de froid et les utilisations. Suivant l'invention, le dispositif d'alimentation hydraulique pour installation utilisant un fluide caloporteur en circuit fermé, ce dispositif comprenant pour le fluide caloporteur les composants suivants: - un réservoir ayant un orifice de retour et un orifice de départ, - un filtre, - une pompe, - un vase d'expansion, -2- est caractérisé en ce qu'il comprend en outre une enceinte renfermant au moins en partie les composants précités en les réunissant pour former un bloc hydraulique. De préférence, l'enceinte est sensiblement étanche. On évite ainsi les entrées substantielles de vapeur d'eau dans l'enceinte et par conséquent les problèmes de condensation sur la face extérieure de la paroi du réservoir. Il est également préféré que Lenceinte porte sur sa face intérieure une garniture d'isolation thermique. Une telle garniture intérieure est beaucoup plus facile à réaliser que des garnitures extérieures sur des composants ayant une forme complexe tels que réservoir, pompe, et tuyaux de raccordement entre eux. L'enceinte étant ainsi isolée intérieurement permet de se dispenser d'une isolation thermique sur les composants enfermés dans l'enceinte. En particulier si l'enceinte est sensiblement étanche, la garniture d'isolation thermique peut être réalisée en matière intrinsèquement non étanche, telle que la laine de roche. Une telle matière est peu onéreuse et facile à poser. Grâce à l'étanchéité de l'enceinte elle ne risque pas de se gorger d'eau. Il y a de préférence entre laà face intérieure de la garniture d'isolation thermique et la face extérieure des composants enfermés dans l'enceinte un espace rempli d'air qui constitue un isolant supplémentaire. L'agencement des composants à l'intérieur de l'enceinte est tel que les éventuels condensats peuvent s'écouler sans mouiller la garniture d'isolation. Selon une particularité importante de l'invention, le filtre est monté à l'intérieur du réservoir à la manière d'une cloison perméable subdivisant l'intérieur du réservoir en une chambre de retour reliée à l'orifice de retour et une chambre de départ reliée à l'orifice de départ. Ce montage a de multiples avantages. Il supprime la nécessité de prévoir un emplacement et un montage pour le 3- filtre dans le circuit à l'extérieur du réservoir. En outre, dans le réservoir, le filtre présente un grand diamètre et il offre ainsi une perte de charge négligeable. De même, pour une installation en circuit fermé, o l'encrassement se produit surtout juste après la première mise en fonctionnement, un filtre d'une telle taille s'avère capable d'arrêter les impuretés initiales puis de continuer à permettre un fonctionnement normal sans avoir besoin d'être nettoyé.10 Si la chambre de retour est en position basse sous la chambre de départ, les impuretés ont de toute façon tendance à retomber au fond de la chambre de retour au lieu de rester suspendues à la face inférieure du filtre. L'une des particularités optionnelles importantes de la présente invention consiste à monter certains des composants à travers la paroi de l'enceinte. En particulier la ou les pompe(s) sont de préférence montées de façon que leur moteur soit à l'extérieur de l'enceinte. Ainsi le moteur est mieux ventilé et on évite que la chaleur dégagée par le moteur réchauffe l'intérieur de l'enceinte, ce qui est indésirable lorsque l'installation a pour fonction de refroidir les utilisations. On peut également monter à travers la paroi de l'enceinte le vase d'expansion de façon que son organe de réglage soit accessible de l'extérieur de l'enceinte. On peut également monter à travers la paroi de l'enceinte une vanne de réglage de débit installée en aval de la pompe. Il est avantageux que tous les composants ainsi montés à travers la paroi de l'enceinte soient regroupés sur un seul et même côté de l'enceinte formant le fond d'un compartiment adjacent à l'enceinte proprement dite. Un tel compartiment peut prendre la forme d'une armoire dans laquelle est également installée le coffret électrique. -4 Si les orifices de retour et de départ du réservoir sont orientés à 900 l'un de l'autre environ, le trajet de départ, effectuant un virage à 90 de par la géométrie habituelle des pompes telles que centrifuges, peut sortir du même côté de l'enceinte que celui par o pénètre le trajet de retour. Ceci est favorable à un raccordement rationnel avec le reste de l'installation. Suivant un second objet de l'invention, l'installation de chauffage et/ou refroidissement comprenant, le long d'un circuit fermé de fluide caloporteur: - un dispositif d'alimentation hydraulique, - au moins une source thermique, - au moins une utilisation, est caractérisée en ce que le dispositif d'alimentation est conforme au premier aspect. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après, relative à des exemples non limitatifs. Aux dessins annexés: - les figures 1 et 2 sont deux schémas relatifs à deux variantes d'installation selon l'invention; - la figure 3 est une vue en élévation du dispositif d'alimentation selon l'invention, avec coupe verticale de l'enceinte et arrachements du réservoir; - la figure 4 est une vue de dessus du dispositif d'alimentation de la figure 3, avec coupe horizontale de l'enceinte; et - la figure 5 est une vue d'un détail de la figure 3, à plus grande échelle. Dans l'exemple représenté à la figure 1, l'installation de conditionnement thermique comprend un dispositif d'alimentation en fluide caloporteur 1, un équipement 2 formant source thermique, et des utilisations 3. Ces éléments 1, 2, 3 sont liés entre-eux par une canalisation 4 allant de la source 2 à un conduit de retour 6 du dispositif d'alimentation 1, une canalisation 7 reliant un -- 5 -- trajet de départ 8 du dispositif d'alimentation 1 avec les utilisations 3, et une canalisation 9 allant des utilisations 3 à l'entrée 11 dans la source thermique 2. L'installation forme donc pour le fluide caloporteur un circuit fermé allant du dispositif d'alimentation 1 aux utilisations 3 puis à la source thermique 2 d'o le fluide retourne au dispositif d'alimentation 1. Les utilisations 3 sont montées en parallèle entre les conduits 7 et 9 qui les desservent. 10 Dans l'exemple représenté, chaque utilisation 3 est illustrée sous la forme d'un échangeur 12 avec de l'air ambiant 13. Chaque utilisation 3 tend à faire varier la température du fluide caloporteur en sens inverse de la variation de température produite par la source thermique 2. La source thermique 2 est illustrée sous la forme d'une machine frigorifique dont l'un des constituants thermiquement actifs 16 est en relation d'échange de chaleur avec le circuit fermé de fluide caloporteur. L'exemple de la figure 2 ne sera décrit que pour ses différences par rapport à celui de la figure 1. Dans cet exemple, le trajet de départ 8 du dispositif d'alimentation 1 est raccordé par' une canalisation 17 à l'entrée 11 de la source thermique 2 et le trajet de retour 6 du dispositif d'alimentation 1 est raccordé par une canalisation 14 à la sortie des utilisations 3. Une canalisation 19 relie la sortie 18 de la source thermique 2 avec l'entrée des utilisations 3. On va maintenant décrire plus en détail le dispositif d'alimentation 1 en se référant principalement aux figures 3 et 4. Le dispositif d'alimentation 1 comprend un réservoir 21 de forme générale cylindrique disposé selon un axe vertical dans l'exemple représenté. Le réservoir 21 comporte un orifice de retour 22 qui communique avec le trajet de retour 6 et un orifice de départ 23 qui communique avec le -6trajet de départ 8. Le réservoir 21 fait partie du circuit fermé pour le fluide caloporteur. Le trajet de retour 6 et le trajet de départ 8 ne communiquent entre-eux que par le réservoir 21 qui en service est rempli de liquide caloporteur. A son sommet le réservoir 21 porte un purgeur automatique 24 pour l'élimination automatique des éventuelles poches gazeuses. Le réservoir 21 a une fonction d'accumulateur thermique évitant les brusques variations de température dans le fluide caloporteur, lorsque la source thermique est mise en marche ou arrêtée de manière manuelle ou automatique et lorsque la consommation des utilisations 3 varie brusquement. Le dispositif d'alimentation 1 comprend en outre un vase d'expansion 31 comportant une chambre de liquide communiquant avec l'intérieur du réservoir 21 par un conduit 32. De manière classique, le vase 21 renferme une paroi mobile (non représentée) séparant la chambre de liquide d'une chambre de gaz dont on peut régler la pression par un accès 33. On règle ainsi, en même temps, la pression du liquide dans le réservoir 21 indépendamment des variations de volume du liquide enfermé dans le circuit fermé de l'installation. Le trajet de départ 8 comprend des moyens de pompage réalisés dans l'exemple représenté sous la forme de deux pompes centrifuges 41 montées en parallèle. L'utilisation de deux pompes 41 est destinée à éviter le risque de panne de l'ensemble de l'installation en cas de panne de l'une des pompes. Chaque pompe 41 a une admission axiale 42 communiquant avec un orifice de départ respectif 23 du réservoir 21. Chaque pompe 41 possède également un orifice de refoulement radial 43 raccordé à un conduit de refoulement commun 44. De manière non représentée, il y a entre chaque orifice de refoulement 43 et le conduit de refoulement 44 un clapet anti-retour évitant qu'une pompe 41 en fonctionnement refoule dans une autre pompe 41 arrêtée. -7 Le conduit de refoulement 44 est équipé d'une vanne 51 de réglage de débit pour le liquide caloporteur refoulé par les pompes 41. Le réservoir 21 est installé dans une enceinte 61 de forme générale parallélépipédique supportée par un socle 62 sur lequel repose un piètement 26 du réservoir. L'enceinte 61 comprend une coque extérieure 63, par exemple en tôle. Contre la face intérieure de la coque 63 est fixée une garniture thermiquement isolante 64 qui la recouvre complètement le long des quatre parois latérales, sous la paroi supérieure ainsi qu'au- dessus du cadre 62. Un complément de garniture 66 est réalisé à l'intérieur du piétement 26. Un intervalle d'air 67 est ménagé entre la face intérieure de la garniture 64 et la totalité de la face extérieure du réservoir 21. L'une des parois latérales de l'enceinte 61 comprend une ouverture 67 pour une trappe de visite 68 qui est également réalisée thermiquement isolante. L'enceinte est réalisée sensiblement étanche de manière à éviter autant que possible l'entrée de vapeur d'eau atmosphérique et par conséquent la formation d'une grande quantité d'eau de condensation à la surface du réservoir 21 et des autres parties froides situées à l'intérieur de l'enceinte. On ne peut néanmoins pas éviter de petites entrées de vapeur et par conséquent la formation d'une petite quantité d'eau de condensation qui ruisselle vers le bas de l'enceinte. Pour cette raison, il est prévu au fond de l'enceinte au- dessus de la garniture 64 du fond un réceptacle de collecte d'eau de condensation 68 équipé un orifice d'évacuation 69. Un filtre 81 est installé à l'intérieur du réservoir 21 à la manière d'une cloison perméable au liquide caloporteur, subdivisant l'intérieur du réservoir 21 en une chambre de retour 27 communiquant avec l'orifice de retour 22 et une chambre de départ 28 communiquant avec les orifices de départ 23. Le filtre 81 est par exemple réalisé - 8 - sous la forme d'une grille de forme générale circulaire soudée par tout son pourtour à la face intérieure de la paroi du réservoir 21. Le filtre 81 est disposé dans un plan horizontal.5 La paroi du réservoir 21 est encore traversée par deux ouvertures 29 situées l'une juste au-dessous et l'autre juste au-dessus du filtre 81. Comme le montre la figure 4, ces ouvertures 29 permettent le montage de résistances chauffantes 82 chacune en forme de barre qui plonge10 radialement dans l'intérieur du réservoir 21 et sont fixées contre la face extérieure de la paroi du réservoir 21 par une bride 83 prolongée vers l'extérieur par un dispositif de raccordement électrique 84. De telles résistances sont destinées à servir de source de chauffage complémentaire en complément de la source thermique 2 si celle- ci est insuffisante lorsqu'elle fonctionne en source de chaleur, ou encore à se substituer à la source thermique 2 lorsque celle-ci est par exemple constituée d'une machine frigorifique qui n'est pas réversible en pompe à chaleur, pour que l'installation puisse malgré cela fonctionner en installation de chauffage par exemple pendant la période hivernale. Les orifices 29 sont orientés vers la trappe de visite 68. Par ailleurs, un tapis chauffant électrique 86 est fixé contre la face extérieure de la paroi du réservoir 21 au voisinage des orifices de départ 23 car cette zone comprenant de nombreuses parois séparant le fluide caloporteur de l'espace gazeux 67 à l'intérieur de l'enceinte 63 est plus exposée au risque de gel. Les pompes 41, le vase d'expansion 31, et la vanne 51 sont installés de manière étanche dans des ouvertures appropriées de l'enceinte 61, à travers une même paroi 71 de cette enceinte formant en même temps le fond d'un compartiment 87 configuré en armoire technique renfermant également le coffret électrique 88. - 9 - Le câble d'alimentation 89 (figure 4) du tapis chauffant 86 traverse de manière étanche la paroi 71 de l'enceinte pour être raccordé au coffret électrique 88. De manière non représentée, le câble d'alimentation de chaque résistance 82, peut raccorder le dispositif de raccordement 84 avec le coffret électrique 88 via un câble qui est par exemple regroupé avec le câble 89 pour la traversée de la paroi 71. Le montage est tel que les corps de pompe 46 de chacune des pompes 41 sont à l'intérieur de la l'enceinte 61 alors que les moteurs 47 des pompes 41 sont en saillie dans le compartiment 87. Le trajet de refoulement des pompes 41 à partir des orifices de refoulement 43 et en passant par le corps 52 de la vanne 51 s'étend dans un plan parallèle à la paroi 71 traversée par les composants 31, 41 et 51, tout contre le garnissage intérieur de cette paroi 71. L'organe de manoeuvre 53 de la vanne 51 fait saillie dans le compartiment 87 pour être accessible et permettre le réglage de la vanne 51 à partir de ce compartiment. Le vase d'expansion 31 est installé de manière que le couvercle 33 donnant accès au moyen de réglage se trouve dans le compartiment 87 pour permettre le réglage de la pression du réservoir 21 à partir du compartiment 87. Le conduit de retour 6 et le conduit de refoulement 44 sortent de l'enceinte par deux orifices 72 pratiqués à travers une même paroi latérale 73 de l'enceinte 61. La paroi 73 est adjacente à la paroi 71 à travers laquelle sont montés les composants 31, 41, 51, et opposée à la paroi 74 équipée de la trappe 68. Le conduit de retour 6 est un court tube orienté radialement par rapport au réservoir 21 et aboutissant directement à l'orifice de retour 22 situé juste derrière la paroi 73. Le trajet de départ 8 forme, vu de dessus (figure 4), un coude à 90 à l'intérieur des corps de pompe 46. Les orifices de départ 23 sont orientés vers la paroi 71, sensiblement à 90 de l'orifice de retour 22 autour de l'axe vertical du - 10 - réservoir 21, pour qu'après le virage à 90 dans les pompes le trajet de départ 8 aboutisse à la même paroi 73 que le trajet de retour 6, comme il a été dit. L'axe des pompes 41 est horizontal et radial relativement au réservoir 21. Les conduits d'admission 42 des pompes 41 sont de très courts tubes rectilignes dirigés radialement relativement à l'axe du réservoir 21. Le conduit de refoulement 44 est également rectiligne. Si une seule pompe 41 était prévue, tous les conduits prévus pour le fluide caloporteur dans le dispositif d'alimentation 1 pourraient être strictement rectilignes. Dans l'exemple représenté, cette condition très avantageuse n'a pas pu être tout à fait réalisée à cause du nécessaire raccordement entre les refoulements des deux pompes 41. Comme le montre le détail de la figure 5, la paroi 71 peut, pour le montage des composants 31, 41, 51 présenter une large fenêtre 76 obturée par un masque thermiquement isolant 77 à travers lequel sont montés les composants 31, 41, ainsi que la vanne 51 (non représentée à la figure 5). On va maintenant décrire le fonctionnement et l'utilisation du dispositif d'alimentation 1. Lorsque l'une au moins des pompes 41 est en fonctionnement, le liquide caloporteur est aspiré par l'orifice de retour 22, pénètre dans le réservoir 21 dans la chambre de retour 27, traverse le filtre 81 pour se trouver dans la chambre de départ 28 qu'il quitte par l'un au moins des orifices de départ 23. Les impuretés arrêtées par le filtre 81 tendent à tomber spontanément au fond du réservoir 21 o elles ne sont nullement gênantes. La température à l'intérieur de l'enceinte 61, est voisine de celle du fluide caloporteur, laquelle est en généralement régulée à son passage au contact de la source thermique 2 (figures 1 et 2). La chaleur dégagée par les moteurs 47 reste à l'extérieur. Si cette température devient voisine de 0, le tapis chauffant 86 peut se mettre automatiquement en - il - fonctionnement pour éviter la congélation à l'admission des pompes. Un tel dispositif d'alimentation peut fonctionner pendant des années sans nécessiter aucun entretien à l'intérieur de l'enceinte 61. Si l'on désire nettoyer l'intérieur du réservoir 21, on vidange celui-ci par un robinet de fond non représenté, on démonte les deux résistances 82 et on introduit par les ouvertures 29 correspondantes une canule d'aspiration pour décrasser la chambre de retour 27 et la chambre de départ 28 respectivement, y compris les deux faces du filtre 81. Cette opération est facilitée par le fait que les ouvertures 29 sont en regard de la trappe 68. Le dispositif d'alimentation est particulièrement économique à fabriquer, très pratique à l'emploi, minimise l'entretien ainsi que les pertes de charge subies par le fluide caloporteur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. En particulier, le dispositif peut avec des modifications mineures être installé de façon que l'axe du réservoir 21 soit horizontal. Le filtre 81 est alors sans inconvénient disposé dans un plan vertical. - 12 - REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation hydraulique (1) pour installation utilisant un fluide caloporteur en circuit fermé, ce dispositif comprenant pour le fluide caloporteur les composants suivants: - un réservoir (21) ayant un orifice de retour (22) et un orifice de départ (23), - un filtre (81), une pompe (41), ayant une admission (42) raccordée à l'orifice de départ (23) et un refoulement (43) communiquant avec un conduit de refoulement (44), - un vase d'expansion (31), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une enceinte (61) renfermant au moins une partie des composants précités (21, 31, 41, 81) en les réunissant pour former un bloc hydraulique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte (61) est sensiblement étanche. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enceinte (61) porte sur sa face intérieure une garniture d'isolation thermique (64). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la garniture (64) est intrinsèquement non-étanche. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il y a de l'air (67) entre l'isolation thermique (64) et la face extérieure du réservoir (21). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par un dispositif (68) de collecte d'eau de condensation sous le réservoir (21). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que filtre (81) est monté à l'intérieur du réservoir (21) à la manière d'une cloison perméable subdivisant l'intérieur du réservoir en une chambre de retour (27) reliée à l'orifice de retour (22), et une chambre de départ (28) reliée à l'orifice de départ (23). - 13 - 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chambre de retour (27) est en position basse sous la chambre de départ (28). 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le réservoir (21) comprend à travers sa paroi à proximité du filtre (81) au moins une ouverture (29) pour le montage d'une résistance chauffante (82) et /ou l'introduction d'une canule d'aspiration pour le nettoyage du filtre. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le vase d'expansion (31) est monté à travers une paroi (71) de l'enceinte (1), de façon qu'un organe de réglage du vase d'expansion soit accessible de l'extérieur de l'enceinte. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la pompe (41) est montée à travers une paroi (71) de l'enceinte (61) de façon que le moteur (47) de la pompe soit à l'extérieur de l'enceinte (61). 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la pompe (41) est montée selon un axe sensiblement horizontal, avec une admission axiale dirigée vers l'orifice de départ (23) du réservoir, et un refoulement (43) sensiblement radial, le conduit de refoulement (44) débouchant à travers une même paroi (73) de l'enceinte qu'un conduit de retour (6) relié à l'orifice de retour (22) du réservoir (21), et en ce que l'orifice de retour est orienté vers ladite même paroi (73) de l'enceinte (61). 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le conduit de refoulement (44) de la pompe s'étend le long d'une paroi (71) de l'enceinte adjacent à celle (73) o débouche le conduit de refoulement (44). 14. Disposition selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les composants comprennent en outre sur ledit conduit de refoulement (44), une vanne de réglage - 14 - (51) montée à travers l'enceinte (61) de façon qu'un organe de manoeuvre (53) de la vanne soit accessible de l'extérieur de l'enceinte. 15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que certains composants (31, 41, 51) sont montés à travers une même paroi (71) de l'enceinte (61). 16. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits certains composants (31, 41, 51) apparaissent à l'extérieur de l'enceinte dans un compartiment (87) attenant à l'enceinte (61). 17. Installation de chauffage et/ou refroidissement comprenant, le long d'un circuit fermé de fluide caloporteur: - un dispositif d'alimentation hydraulique (1), - au moins une source thermique (2), - au moins une utilisation (3), caractérisée en ce que le dispositif d'alimentation (1) est conforme à l'une des revendications 1 à 16.