Brevet FR2862375A1 — publié le 20050520

La présente invention concerne des systèmes de chauffage rayonnants caloporteurs à écoulement de fluide et à certains égards, un dispositif de chauffage caloporteur à écoulement de fluide. Un système de chauffage rayonnant est constitué par une tubulure qui est insérée dans un plancher, des murs ou des plafonds de la zone à chauffer. L'eau chauffée est introduite par pompage dans cette tubulure de manière à accroître la température de la surface (masse thermique). Une énergie thermique émise par rayonnement par la masse thermique chauffe les objets situés dans la pièce. Etant donné que le procédé de transfert thermique dans ces systèmes est principalement rayonnant, de l'eau à une température inférieure doit chauffer la masse thermique, qui est nécessaire de façon typique pour des systèmes du type à convection (par exemple un système de chauffage à panneau de base à tubes à ailettes) . Dans des systèmes dans lesquels la source de chauffage n'est pas uniquement dédiée à l'envoi d'une eau chauffée à la boucle rayonnante, des moyens de mise en température de l'eau à température supérieure délivrée par une boucle de chaudière ou un autre type de boucle d'unité de chauffage, est nécessaire pour le maintien des exigences de température inférieure dans la boucle rayonnante. Une boucle d'injection peut exécuter cette mise en température en envoyant de l'eau depuis la boucle de chaudière à la boucle rayonnante. La quantité d'eau chaude injectée dans la boucle rayonnante peut être réglée en utilisant une soupape de mélange ajustée manuellement ou bien en utilisant une pompe d'injection à vitesse variable. Dans un système de pompe à injection, la quantité d'eau chaude injectée dans la boucle rayonnante s'effectue sous la demande d'un système de commande qui détecte la température de l'eau de retour de la boucle rayonnante et la compare à une valeur de consigne spécifique ou à une différence entre la température de l'eau arrivante et la température de l'eau de retour. La figure 1, annexée à la présente demande, représente un système d'injection typique de l'art antérieur. Il existe trois pompes indépendantes: une pompe 10 de chaudière, qui fait circuler l'eau dans la boucle de chaudière, une pompe d'injection 12 pour prélever de l'eau à partir de la boucle de chaudière pour l'introduire dans la boucle rayonnante, une pompe de boucle rayonnante 14 pour faire circuler l'eau dans la boucle rayonnante. Une soupape d'équilibrage 16 ajustée manuellement est de façon typique installée dans la boucle d'injection pour ajuster la proportion de mélange entre la boucle d'injection et la boucle rayonnante. Un dispositif d'élimination d'air (non représenté sur la figure 1) peut être également installé de manière à éviter que de l'air piégé n'affecte la performance du système. Il faut veiller, lors de l'installation, à s'assurer que les fonctions d'alimentation et de retour 18, 20 dans la boucle de chaudière, au niveau desquelles de l'eau est prélevée de la boucle d'injection et y est renvoyée, ne sont pas disposées en étant trop éloignées, étant donné que sinon il peut se produire un "flux ou écoulement fantôme" dans la boucle rayonnante même lorsque la pompe d'injection à l'arrêt, sous l'effet d'une pression différentielle induite par frottement entre les deux jonctions. Un écoulement fantôme similaire peut apparaître si les jonctions 22, 24 dans la boucle rayonnante, au niveau de laquelle l'eau est introduite dans et renvoyée à partir de la boucle rayonnante, sont positionnées en étant trop éloignées l'une de l'autre. Un document décrivant de tels systèmes de l'art antérieur est Modern Hydronic Heating for Residential and Light Commercial Buildings, John Siegenthaler, P.E., page 334 (1995). Les pompes de la boucle d'injection et de la 35 boucle rayonnante, la soupape d'équilibrage, les raccords de jonction et les longueurs de raccordement de canalisation peuvent être assemblés sur place ou préassemblés sur un panneau de support par exemple comme décrit par Lyons, brevet US N 6 347 748. La pompe d'injection et la pompe de boucle rayonnante sont de façon typique du type circulateur à rotor humide. Le rotor de la pompe est logé dans une cavité appariée connue comme étant une volute. De façon typique la volute est entourée par une bride à laquelle est fixée la pompe. Lorsque la pompe est installée et que le rotor est ainsi positionné dans la volute, de l'eau pénètre dans la pompe par une entrée au centre de la volute et sort par une sortie dans la périphérie de la volute. Quelquefois on utilise de multiples pompes de boucle rayonnante dans des systèmes de chauffage rayonnant. Dans ce cas, les multiples pompes de boucle rayonnante peuvent être installées dans des volutes formées dans un collecte commun comme cela est indiqué par Simensen, brevet US N 6 345 770. Une pompe d'injection séparée envoie de l'eau depuis la boucle de la chaudière au collecteur. D'une manière générale l'invention a trait à un appareil intégré de pompage à injection pour transférer une chaleur depuis une boucle à température supérieure à une boucle à température inférieure (par exemple dans un chauffage rayonnant depuis une boucle de chaudière à une boucle rayonnante). L'appareil fournit une boucle d'injection pour transférer de la chaleur depuis une boucle à température supérieure vers une boucle à température inférieure. L'appareil comprend une pièce coulée intégrée, dans laquelle sont formés des orifices d'alimentation et de retour à température supérieure, des orifices d'alimentation et de retour à température inférieure, une volute de pompe d'injection et une volute de pompe à température inférieure. Du liquide provenant de la boucle à température supérieure pénètre dans la pièce coulée intégrée en passant par l'orifice d'alimentation à température supérieure, se mélange au liquide circulant dans la boucle à température inférieure et quitte la pièce coulée intégrée par l'orifice de retour à température plus élevée. Le liquide circulant dans la boucle à température inférieure pénètre dans la pièce coulée intégrée en passant par l'orifice de retour à température inférieure, se mélange au liquide pénétrant à partir de la boucle à température supérieure et quitte la pièce coulée intégrée en passant par l'orifice d'alimentation à température inférieure. L'invention simplifie l'installation grâce à l'intégration dans une pièce coulée intégrée, de l'ensemble des quatre orifices et à la fois la pompe d'injection et la pompe de boucle à température inférieure. De façon plus précise l'invention concerne un appareil intégré de pompage à injection pour des systèmes de chauffage caloporteurs à écoulement de fluide, pour réaliser une boucle d'injection pour le transfert de chaleur depuis une boucle à température supérieure à une boucle à température inférieure, caractérisé en ce que cet appareil comprend: une pièce coulée intégrée, des orifices d'alimentation et de retour à température supérieure formés dans la pièce coulée 25 intégrée, des orifices d'alimentation et de retour à température intérieure formés dans la pièce coulée intégrée, une volute de pompe d'injection formée dans la 30 pièce coulée intégrée et configurée de manière à loger un rotor d'une pompe d'injection, et une volute de la pompe de la boucle à température inférieure, formée dans la pièce coulée intégrée et configurée de manière à loger un rotor d'une pompe de boucle à température inférieure, et que du liquide provenant de la boucle à température supérieure pénètre dans la pièce coulée intégrée par l'orifice d'alimentation à température supérieure, se mélange avec le liquide circulant dans la boucle à température inférieure et quitte la pièce coulée intégrée par l'orifice de retour à température supérieure, et qu'un liquide circulant dans la boucle à température inférieure pénètre dans la pièce coulée intégrée par l'orifice de retour à température inférieure, se mélange au liquide arrivant de la boucle à température supérieure et quitte la pièce coulée intégrée par l'orifice d'alimentation à température inférieure. Des formes de réalisation préférées de cet aspect de l'invention peuvent incorporer une ou plusieurs des caractéristiques indiquées ci-après. Une soupape antiretour située dans l'orifice d'alimentation à température supérieure peut empêcher une pénétration du liquide dans la boucle à température supérieure à partir de la boucle à température inférieure ou bien peut empêcher le fluide de pénétrer depuis la boucle à température supérieure en passant par l'orifice de retour à température supérieure. L'appareil intégré de pompage peut être prévu pour un système de chauffage rayonnant, et la boucle à température supérieure est une boucle de chaudière, et la boucle à température inférieure est une boucle rayonnante. La pièce coulée intégrée peut comporter une chambre de mélange formée en elle et une pièce coulée intégrée peut être configurée de telle sorte que la chambre de mélange reçoit un liquide pénétrant dans la pièce coulée intégrée en passant par l'orifice de retour de la boucle rayonnante et en passant par l'orifice d'alimentation de la chaudière, et ce de telle sorte que la pompe d'injection et la pompe de la boucle rayonnante tirent chacune du liquide à partir de la chambre de mélange. La chambre de mélange peut être configurée de manière à servir de chambre d'élimination d'air comportant un évent au niveau de son extrémité supérieure. Une soupape antiretour peut être prévue dans le trajet suivi par le liquide se déplaçant depuis l'orifice d'alimentation de la chaudière en direction de la pompe d'injection ou dans le trajet allant de la pompe d'injection à l'orifice de retour de la chaudière. La soupape antiretour peut être incorporée dans un passage. Les orifices d'alimentation et de retour de la boucle rayonnant sont disposés de telle sorte que ces orifices sont séparés par une distance qui est égale approximativement à l'espacement des orifices d'alimentation et de retour rayonnants sur des collecteurs de flux de chaleur rayonnante. La pièce coulée intégrée peut être une pièce couplée simple. La pièce coulée intégrée peut comporter une pluralité de pièces coulées réunies entre elles par des connexions d'accouplement à ajustement serré, étanchéifiées avec des joints d'étanchéité de type torique. L'invention possède de nombreux avantages. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1, dont il a déjà été fait mention, est un schéma d'un dispositif de pompage à injection pour un chauffage rayonnant; - la figure 2 est une vue en perspective de la pièce coulée intégrée correspondant à une forme de 30 réalisation de l'invention; - la figure 3 représente la même vue en perspective que la figure 2, mais avec les pompes formant circulateurs installées; - la figure 4 est une vue en élévation de la 35 forme de réalisation des figures 2 et 3; - la figure 5 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 5- 5 sur la figure 4; - la figure 6 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 6- 6 sur la figure 5; et - la figure 7 est un schéma d'écoulement de la forme der réalisation des figures 2 et 3. Il existe un grand nombre de formes de réalisation possibles de l'invention, trop nombreuses pour qu'elles soient décrites ici. Certaines formes de réalisation possibles, qui sont actuellement préférées, vont être décrites ci-après. Cependant on ne peut qu'insister sur le fait qu'il s'agit de descriptions de formes de réalisation de l'invention et non de descriptions de l'invention, qui n'est pas limitée aux formes de réalisation détaillée décrites dans cette description. Les descriptions données ci-après sont plus que suffisantes pour qu'un spécialiste de la technique construise les formes de réalisation décrites. Sauf indication contraire mentionnée, les processus et procédés de fabrication mentionnés sont des processus et procédés connus des spécialistes de cette technique. Les figures 2 à 7 représentent une forme de réalisation de l'invention. Une pièce coulée intégrée 20 (en bronze, en matière plastique ou en un autre matériau compatible avec les conditions appliquées du système) comporte un orifice d'alimentation 22 de chaudière et un orifice de retour 24 de chaudière, qui sont formés sur un côté de la pièce coulée. Un dispositif remplaçable de contrôle d'écoulement 54 (figure 4) est installé dans l'orifice d'alimentation de chaudière (l'entrée arrivant de la boucle de chaudière). Sur l'autre côté de la pièce coulée sont formés un orifice d'alimentation de boucle rayonnante 26 et un orifice de retour de boucle rayonnante 28. Chacun des orifices comporte un raccord fileté (mais ce raccord pourrait être remplacé par n'importe lequel des autres raccords connus en plomberie, par exemple des raccords frettés ou emmanchés à chaud). Une pompe d'injection 30 est fixée par boulonnage à la bride 34. Le rotor 35 de la pompe d'injection est logé dans une volute 36 formée dans la pièce coulée intégrée. Un liquide pénètre dans la pompe d'injection au niveau de l'entrée 38 et sort au niveau d'une sortie (non représentée) sur la périphérie de la volute. Le passage intérieur, qui est présent à l'intérieur de la pièce coulée intégrée, raccorde la sortie de la pompe à l'orifice de retour 27 de la chaudière. Une pompe 40 de boucle rayonnante est fixée par boulonnage à la bride 42. Le rotor 43 de la pompe de boucle rayonnante est logé dans la volute 44 formée dans la pièce coulée intégrée, le liquide pénètre dans la pompe de boucle rayonnante au niveau de l'entrée 46 et sort au niveau d'une sortie (non représentée) sur la périphérie de la volute. Un passage intérieur dans la pièce coulée intégrée raccorde la sortie de la pompe à l'orifice 26 d'alimentation de la boucle rayonnante. De l'eau provenant de la boucle de la chaudière pénètre dans la pièce coulée intégrée en passant par l'orifice 22 d'alimentation de la chaudière, se mélange au liquide revenant de la boucle rayonnante au niveau de l'orifice de retour 28 et quitte la pièce intégrée par l'orifice de retour 24 de la chaudière. De l'eau circulant dans la boucle rayonnante pénètre dans la pièce coulée intégrée en passant par l'orifice de retour 28 de la boucle rayonnante, se mélange au liquide pénétrant par l'orifice d'alimentation de la chaudière et quitte la pièce coulée intégrée par l'orifice 26 d'alimentation de la boucle rayonnante. De façon typique, la pompe de la boucle rayonnante produit une pression supérieure à celle de la pompe d'injection, étant donné qu'une pression supérieure est nécessaire pour déplacer l'eau dans une ou plusieurs boucles rayonnantes du système de chauffage. Dans la forme de réalisation des figures 2 à 7, un mélange se produit dans la chambre de mélange 50, qui est un passage allongé qui, dans la forme de réalisation représentée, est orienté de préférence verticalement, de sorte que des bulles d'air tendent à s'élever vers l'extrémité supérieure de la chambre de mélange, dans laquelle il existe une sortie de refoulement d'air, à laquelle est raccordé un dispositif d'élimination d'air 52. La chambre de mélange reçoit de l'eau pénétrant dans la pièce coulée intégrée provenant de la boucle rayonnante et provenant de l'orifice d'alimentation de la chaudière. En outre à la fois la pompe d'injection et la pompe de boucle rayonnante prélèvent du liquide à partir de la chambre de mélange. L'espacement (le pas) entre les raccords d'alimentation et de retour de la boucle rayonnante sont de préférence réglés de manière à être adaptés à l'espacement standard pour des collecteurs d'alimentation et de retour de boucles rayonnantes (qui alimentent de multiples boucles rayonnantes). L'espacement (le pas) entre les raccords d'alimentation et de retour de la chaudière est maintenu à une valeur minimale, compatible avec une réduction de la pression différentielle induite par frottement et de l'écoulement fantôme associé depuis la boucle de la chaudière à la boucle d'injection. La pièce coulée intégrée est dimensionnée et configurée de manière à permettre un montage aisé de la pièce coulée sur un panneau de mur. Des unités de commande d'un système électronique peuvent être montées sur les pompes, la pièce coulée intégrée ou le panneau de support. 1l n'est pas nécessaire que la pièce coulée intégrée soit une seule pièce coulée, et au contraire il peut s'agir d'une pluralité de pièces coulées individuelles qui comportent des raccords d'accouplement à montage serré, qui sont scellés par des joints d'étanchéité de type torique. De façon typique un boulon ou un autre dispositif de fixation mécanique maintient à l'état réuni la pluralité de pièces coulées individuelles. Les raccords entre les pièces coulées individuelles ne sont pas du type utilisé habituellement pour établir des raccords entre des éléments de raccordement de plomberie en clientèle (par exemple des raccords frettés ou vissés). La pluralité de pièces coulées individuelles est assemblée en usine et est envoyée au client sous la forme d'une unité assemblée. Un exemple d'utilisation de multiples pièces coulées consisterait à réaliser les volutes pour la pompe d'injection et la pompe de boucle rayonnante en utilisant la même pièce coulée, de sorte que deux pièces coulées de ce type seraient utilisées, de façon typique, dans la pièce coulée intégrée. Bien que la forme de réalisation décrite précédemment concerne un chauffage à boucle rayonnante, il n'est pas nécessaire que l'invention soit utilisée dans un système de chauffage à boucle rayonnante. Il pourrait être appliqué à d'autres applications par exemple pour l'injection de chaleur depuis une boucle à température supérieure dans une boucle à température inférieure, comme cela pourrait s'avérer nécessaire dans un système de chauffage de panneau de base, dans lequel différentes températures sont utilisées dans différentes boucles. Au lieu d'avoir ici des raccords filetés de tuyaux au niveau des orifices d'alimentation et de retour, la pièce coulée intégrée pourrait comporter d'autres types de raccords (par exemple un raccord fretté, un raccord union, un raccord à barbe et un raccord rainuré). De nombreuses autres formes de réalisation de l'invention, différentes de celles décrites précédemment entrent également dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Appareil intégré de pompage à injection pour des systèmes de chauffage caloporteurs à écoulement de fluide, pour réaliser une boucle d'injection pour le transfert de chaleur depuis une boucle à température supérieure à une boucle à température inférieure, caractérisé en ce que cet appareil comprend: une pièce coulée intégrée (20), des orifices d'alimentation et de retour (22, 24) 10 à température supérieure formés dans la pièce coulée intégrée, des orifices d'alimentation et de retour (26, 28) à température intérieure formés dans la pièce coulée intégrée, une volute (36) de pompe d'injection formée dans la pièce coulée intégrée et configurée de manière à loger un rotor d'une pompe d'injection (30), et une volute (44) de la pompe de la boucle à température inférieure, formée dans la pièce coulée intégrée et configurée de manière à loger un rotor (43) d'une pompe (40) de boucle à température inférieure, et que du liquide provenant de la boucle à température supérieure pénètre dans la pièce coulée intégrée par l'orifice d'alimentation à température supérieure, se mélange avec le liquide circulant dans la boucle à température inférieure et quitte la pièce coulée intégrée par l'orifice de retour à température supérieure, et qu'un liquide circulant dans la boucle à température inférieure pénètre dans la pièce coulée intégrée par l'orifice de retour à température inférieure, se mélange au liquide arrivant de la boucle à température supérieure et quitte la pièce coulée intégrée par l'orifice d'alimentation à température inférieure. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une soupape antiretour (54) située dans l'orifice d'alimentation (22) à température supérieure ou dans l'orifice de retour (24) à température supérieure. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareil de pompage intégré est utilisé pour un système de chauffage rayonnant, la boucle à température supérieure est une boucle de chaudière, et la boucle à température inférieure est une boucle rayonnante. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une chambre de mélange (50) est formée dans la pièce coulée intégrée (20) et que la pièce coulée intégrée est configurée de telle sorte que la chambre de mélange reçoit un liquide pénétrant dans la pièce coulée intégrée par l'orifice de retour de la boucle rayonnante et par l'intermédiaire de l'orifice d'alimentation de la chaudière, et de telle sorte que la pompe d'injection (30) et la pompe de la boucle rayonnante (40) tirent chacune un liquide à partir de la chambre de mélange (50). 5. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre de mélange (50) est configurée de manière à servir de chambre d'élimination d'air avec un évent situé au niveau de l'extrémité supérieure. 6. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une soupape antiretour située dans le trajet suivi par i.e liquide qui se déplace depuis l'orifice d'alimentation de chaudière jusqu'à la pompe d'injection, ou dans le trajet allant de la pompe d'injection à l'orifice de retour de chaudière. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la soupape antiretour (54) est incorporée dans un passage, dans lequel un liquide circule depuis l'orifice d'alimentation de la chaudière jusqu'à la chambre de mélange, ce qui permet d'empêcher que l'écoulement provenant de la boucle de retour rayonnante ne pénètre dans le dispositif d'alimentation de la chaudière. 8. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les orifices d'alimentation et de retour (26,28) de la boucle rayonnante sont disposés de telle sorte que ces orifices sont séparés par une distance qui est égale approximativement à l'espacement des orifices d'alimentation et de retour rayonnants sur des collecteurs de flux de chaleur rayonnante (22, 24). 9. Appareil selon la revendication 3, dans lequel la pièce coulée intégrée (20) est une pièce coulée simple. 10. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce coulée intégrée (20) comprend une pluralité de pièces coulées réunies entre elles par des connexions d'accouplement à ajustement serré, fermées de façon étanche par des joints d'étanchéité de type torique.