Brevet FR2833072A1 — publié le 20030606

DISPOSITIF DE POMPE A CHALEUR La présente invention concerne un dispositif de pompe à chaleur capable de produire de la chaleur ou du froid, ou bien réversible pour produire sélectivement de la chaleur ou du froid. Elle concerne plus particulièrement un tel dispositif dont le groupe thermodynamique comprend au moins un échangeur thermique constitué de tube de type coaxial, comme dans les pompes à chaleur eau/eau ou air extérieur/eau. Dans une pompe à chaleur eau/eau telle qu'elle se présente aujourd'hui, le groupe thermodynamique comprend pour l'essentiel un compresseur, un organe de détente et deux échangeurs thermiques en tant qu'évaporateur et condenseur, chacun pouvant être constitué d'un serpentin de tube de type coaxial. Ces principaux éléments, avec tous les autres, sont assemblés sur une platine de support ou dans un châssis, et enfermés dans une carrosserie en métal ou autre matériau rigide. Une pompe à chaleur air extérieur-eau est bâtie exactement sur le même principe, à la différence près que l'échangeur thermique air/fluide frigorigène est extérieur à la carrosserie. Dans les deux cas, le tube coaxial de chaque échangeur thermique et les différentes connexions à l'intérieur de la carrosserie sont recouverts d'une bande thermiquement isolante, et la carrosserie ellemême est également isolée thermiquement et phoniquement. L'invention a été conçue dans le but notamment de simplifier l'architecture d'un tel dispositif afin de réduire le temps de main-d'oeuvre nécessaire à sa fabrication, et plus généralement d'en abaisser le prix de revient.' Ainsi, dans un dispositif de pompe à chaleur dont le groupe thermodynamique comprend au moins un échangeur thermique formé de tube de type coaxial, l'invention consiste en ce que ledit groupe thermodynamique est monté dans une enceinte constituée au moins partiellement d'un moulage en matériau thermiquement isolant rigide dans lequel est intégré, et de préférence noyé, ledit au moins un échangeur thermique. L'intérêt de l'invention est qu'en une seule opération de moulage d'un matériau tel que mousse de polyuréthanne ou polystyrène expansé, on réalise le châssis autoportant avec les échangeurs thermiques fixés et isolés, ainsi que la forme extérieure de l'enceinte. Après démoulage, on obtient donc un ensemble ou bloc rigide comprenant le ou les échangeurs thermiques, dont la forme extérieure peut être habillée d'un film ou d'une housse en matière plastique souple ou aluminium, etc., pour un coût très avantageux, tant en main-d'oeuvre qu'en matériau. En cas de deux échangeurs thermiques dans ledit moulage, ceux-ci peuvent y être superposés, ou en variante juxtaposés l'un à l'intérieur de l'autre. Dans une forme de réalisation de l'invention, ledit moulage est un bloc présentant un vide cylindrique central, intérieur audit au moins un échangeur thermique, pour accueillir les autres éléments du groupe thermodynamique dont le compresseur et l'organe de détente du circuit de fluide frigorigène. Ledit vide cylindrique peut être fermé par des bouchons'de fond et de dessus pour enfermer lesdits compresseur et organe de détente, et qui sont de préférence prévus de même que ledit bloc en un matériau phoniquement isolant, ce qui permet de réduire considérablement le niveau du bruit de fonctionnement de la pompe à chaleur par rapport à une conception classique. En variante, ledit moulage peut avoir un fond en tant que partie intégrante. Selon une autre caractéristique préférentielle de l'invention, un profil ondulé constituant un piège à sons peut être prévu sur la paroi périphérique dudit vide cylindrique, formé directement sur la paroi ou par l'intermédiaire d'un élément rapporté. Ces caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement dans la description suivante et les dessins joints, dans lesquels : la Fig. 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une pompe à chaleur eau/eau selon l'invention ; la Fig. 2 est une même vue schématique en coupe axiale d'une pompe à chaleur air extérieur/eau selon l'invention ; les Figs. 3a à 3f représentent schématiquement de dessus différents exemples de forme extérieure pour l'enceinte d'une pompe à chaleur selon l'invention, et la Fig. 4 est une vue schématique en perspective d'un dispositif constitué de façon modulaire par association de plusieurs pompes à chaleur selon l'invention. Dans l'ensemble de ces dessins, les mêmes références ont été utilisées pour désigner partout les mêmes éléments. Dans la pompe à chaleur eau/eau selon l'invention de la Fig. 1, seuls ont été représentés des éléments essentiels que sont deux échangeurs thermiques de type coaxial : l'évaporateur 2 et le condenseur 3, et le compresseur 4. L'ensemble est rassemblé à l'intérieur d'une enceinte 1 totalement fermée à des fins d'isolation thermique et phonique. Conformément à l'invention, le corps 10 de l'enceinte 1 est un bloc parallélépipédique ou cylindrique présentant un vide intérieur 11 ouvert supérieurement et inférieurement et porté par des pieds 14. Le corps 10 est réalisé par moulage d'un matériau aux propriétés mécaniques appropriées, et ayant d'autre part des bonnes caractéristiques d'isolation thermique et phonique, s'agissant par exemple de mousse de polyuréthanne ou de polystyrène expansé. Il peut être enduit d'une couche de revêtement, ou bien habillé d'un film ou d'une housse en matière plastique souple, aluminium, acier inoxydable, etc. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moulage du corps 10 est réalisé autour des serpentins constituant les évaporateur et condenseur 2 et 3, de telle façon que ceux-ci y soient intégrés et de préférence totalement noyés comme représenté sur le dessin. Les autres éléments du groupe thermodynamique, tel le compresseur 4, sont disposés dans le vide intérieur 11, fixés le long de sa paroi, ou bien montés sur des supports eux-mêmes fixés dans la paroi. Avantageusement, le compresseur 4 est placé sur un support 5 suspendu au moyen de liaisons souples dans le bloc 10 dans le but d'amortir les vibrations transmises à ce dernier. Pour limiter au mieux le bruit de fonctionnement, le vide intérieur 11 est fermé par des bouchons haut et bas, respectivement 12 et 13, qui sont comme le corps 10 en matériau phoniquement isolant. De plus, et dans le même but, la paroi du corps 10 autour du vide intérieur 11 présente un profil à fonction de piège à sons, s'agissant ici d'un profil ondulé verticalement. Ce profil peut être formé directement sur la face interne du corps 10, ou bien par l'intermédiaire d'une tôle métallique ou en matière plastique 15. Dans ce deuxième cas, la tôle 15, préalablement mise en forme, peut avantageusement être utilisée d'abord pour réaliser l'enroulement des serpentins des évaporateur 2 et condenseur 3, éventuellement avec interposition d'entretoises, puis pour réaliser le moulage du corps 10. En plus de sa fonction anti-bruit, la tôle 15 peut apporter sa rigidité à l'ensemble. L'un des nombreux avantages de l'invention est que l'on dispose sans que cela génère de difficultés particulières, d'un choix quasiment illimité pour la forme extérieure du corps 10, comme l'illustrent les quelques exemples non limitatifs de la Fig. 3. Bien entendu, malgré qu'il a été représenté circulaire dans ces six exemples, le vide intérieur 11 peut lui aussi avoir-une forme quelconque. Les évaporateur 2 et condenseur 3 sont avantageusement formés de tube coaxial dont l'enveloppe externe est en matière plastique résistant aussi bien à la chaleur qu'aux températures négatives, sans le risque de casse lorsque l'évaporateur se prend en glace. Les échangeurs thermiques 2 et 3 sont représentés ici l'un au-dessus de l'autre mais, en variante, au lieu d'être superposés au sein du corps 10, ils peuvent être juxtaposés, l'un à l'intérieur de l'autre. Ceci offre l'avantage de pouvoir diminuer sensiblement la hauteur du corps 10. La pompe à chaleur air extérieur/eau de la Fig. 2 est construite exactement sur le même principe et de la même façon que la pompe à chaleur eau/eau de la Fig. 1 et il n'y a donc pas lieu de la décrire en ce qu'elles ont en commun. Elle ne diffère de la pompe à chaleur de la Fig. 1 que sur deux points, à savoir qu'elle ne comprend au sein du corps 10 qu'un seul échangeur thermique : le condenseur 3 ; et que son évaporateur est ici un échangeur thermique air/fluide frigorigène à ailettes 6, disposé concentriquement autour du corps 10, dans lequel l'air extérieur est introduit par un ventilateur 7 monté au-dessus du corps 10. La Fig. 4 illustre la possibilité de constituer un groupe thermodynamique de forte puissance, de façon modulaire, par association en série d'une pluralité de groupes construits chacun conformément à l'invention, dont les enceintes 1 peuvent être réunies en étant par exemple sanglées toutes ensemble. Plutôt que d'être tous côte à côte, ils peuvent être surperposés en plusieurs étages, et c'est notamment dans ce cas que la disposition mentionnée précédemment des condenseur et évaporateur l'un autour de l'autre dans le corps de chaque module pour en réduire la hauteur peut être intéressante. REVENDICATIONS 1) Dispositif de pompe à chaleur dont le groupe thermodynamique comprend au moins un échangeur thermique formé de tube de type coaxial, caractérisé en ce que ledit groupe thermodynamique est monté dans une enceinte (1) constituée au moins partiellement d'un moulage en matériau thermiquement isolant rigide dans lequel est intégré ledit au moins un échangeur thermique. 2) Dispositif de pompe à chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un échangeur thermique est noyé dans ledit moulage. 3) Dispositif de pompe à chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit moulage est un bloc (10) présentant un vide cylindrique central (11), intérieur audit au moins un échangeur thermique (2,3), pour accueillir les autres éléments du groupe thermodynamique dont le compresseur (4) et l'organe de détente du circuit de fluide frigorigène. 4) Dispositif de pompe à chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit vide cylindrique (11) ) est fermé par des bouchons de fond (13) et de dessus (12) pour enfermer lesdits compresseur (4) et organe de détente. 5) Dispositif de pompe à chaleur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le corps (10) et lesdits bouchons de dessus (12) et de fond (13) sont en un matériau phoniquement isolant. 6) Dispositif de pompe à chaleur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'un profil ondulé constituant un piège à sons est prévu sur la paroi périphérique dudit vide cylindrique (11). 7) Dispositif de pompe à chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit profil ondulé est formé par l'intermédiaire d'un élément (15) rapporté sur la paroi périphérique dudit vide cylindrique (11). 8) Dispositif de pompe à chaleur selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le compresseur (4) est placé dans le vide intérieur (11) sur un support (5) suspendu par des liaisons souples. 9) Dispositif de pompe à chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le groupe thermodynamique comprend un évaporateur (2) et un condenseur (3) superposés au sein dudit moulage. 10) Dispositif de pompe à chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le groupe thermodynamique comprend un évaporateur et un condenseur juxtaposés l'un à l'intérieur de l'autre au sein dudit moulage. 11) Dispositif de pompe à chaleur air extérieur/eau selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un évaporateur à ailettes (6) disposé autour de ladite enceinte (1). 12) Dispositif de pompe à chaleur de forte puissance, caractérisé en ce qu'il consiste en l'association en série d'une pluralité de dispositifs selon l'une des revendications 1 à 11.