Brevet FR2922635A1 — publié le 20090424

L'invention concerne un ensemble de commande de l'apport calorifique ou frigorifique d'une pompe à chaleur ou d'une unité de climatisation fonctionnant avec une cheminée d'âtre d'habitation pour former un appareil mixte de chauffage et de climatisation. La présente invention se situe dans le domaine des appareils mixtes associant une pompe à chaleur ou une unité de climatisation réversible à une cheminée d'âtre d'habitation à bois ou à un autre combustible solide. Le fonctionnement de la pompe à chaleur ou de l'unité de climatisation est géré par la commande globale, mais il n'existe pas de régulation de la température du flux d'air du ventilateur ou de la batterie interne à l'appareil mixte de cette pompe à chaleur ou unité de climatisation à partir de la température de l'air à la sortie du foyer de cheminée ou à la sortie de l'appareil mixte. La plupart du temps, dans les modes d'hiver ou d'été, ou en régime de chauffage fort, une seule source est active et fonctionne de façon indépendante. Par contre, en mode d'intersaison, il s'avère souvent nécessaire de faire fonctionner les deux sources simultanément, l'une fonctionnant généralement en relève de l'autre qui se trouve en allure réduite ou en fonctionnement occasionnel. Le but recherché est d'obtenir un surcroît de confort par une température de l'air aussi constante que possible correspondant à une température affichée, commandée ou programmée. Il s'agit bien sûr de la température de l'air dans la ou les pièces d'habitation qui dépend directement de la température de l'air à la sortie de l'appareil mixte avant son entrée dans le réseau des gaines de distribution aéraulique. Plus particulièrement, l'invention a pour but de doser l'apport calorifique et notamment l'apport calorifique ou frigorifique par la pompe à chaleur pour que lors de son fonctionnement, conjoint ou momentané, avec celui de la cheminée, la température de sortie de l'air soit régulée autour d'une température donnée de référence. Le dosage de l'apport calorifique ou frigorifique par la pompe à chaleur s'effectue par l'intermédiaire de la commande du régime ou du débit du ventilateur ou de la turbine de la batterie de sortie de la pompe à chaleur c'est-à-dire celle qui est située dans le circuit aéraulique de l'appareil mixte. A cet effet, l'invention se rapporte à un ensemble de commande et de régulation de l'apport calorifique et notamment l'apport calorifique ou frigorifique par la pompe à chaleur dans un appareil mixte de chauffage et de climatisation associant une cheminée à foyer fermé à la pompe à chaleur en mesurant la température de sortie de l'air dans le conduit de sortie de l'air, pompe à chaleur dont une des batteries est placée dans le conduit de l'air de l'appareil mixte caractérisé par un circuit de commande se greffant sur la commande principale en fonctionnement de la pompe à chaleur ou intégré à celle-ci, qui gère et régule le régime ou le débit du ventilateur ou de la turbine placée devant la batterie intérieure en fonction de la température de l'air de sortie prise par une sonde thermique dans le conduit de sortie de l'air, sonde placée en aval de la sortie d'air chaud de la cheminée, la régulation place le point de fonctionnement de l'appareil sur une courbe de régulation du régime du moteur du ventilateur ou de la turbine en fonction de la température et qui évolue de part et d'autre d'un point moyen correspondant à une température de référence. La commande selon la présente invention procure un surcroît de confort thermique par une régularité satisfaisante de la température. Elle permet aussi, en dosant la diffusion de la production de la source additionnelle de chaleur ou de froid, d'économiser de l'énergie notamment en inter-saison. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple et accompagnée des dessins dans lesquels : . la figure 1 est le schéma général de l'installation 10 avec une carte additionnelle de commande, . la figure 2 est le schéma général de l'installation avec une carte globale de commande, . la figure 3 est le schéma à blocs fonctionnels de la commande du ventilateur, 15 . la figure 4 est un graphique montrant la courbe de régulation entre la température T et le régime RPM du moteur ou le débit du ventilateur ou de la turbine de la batterie de la pompe à chaleur qui selon l'exemple représenté est un segment de droite. 20 La présente invention procède de l'idée générale inventive qui consiste à réguler la température de sortie de l'air conditionné en température d'un appareil mixte de chauffage et de climatisation du type bi-énergie comprenant une 25 cheminée à foyer fermé associée à une pompe à chaleur PAC ou unité de climatisation, en commandant le régime RPM du moteur ou le débit du ventilateur ou de la turbine de la batterie de la PAC intégrée à l'appareil mixte à partir de la température de l'air en sortie de 30 l'appareil mixte et ceci pour établir une température régulée de l'air ambiant à partir d'une température de référence. Plus particulièrement, la présente invention concerne les moyens électriques et électroniques pour 35 la commande du moteur du ventilateur ou de la turbine de la batterie intérieure d'une pompe à chaleur ou unité de climatisation PAC associée à une cheminée à feu de bois équipée d'un foyer fermé pour former un appareil mixte de chauffage et de climatisation. Selon un type appareil mixte sur lequel peut s'appliquer l'invention, :La batterie intérieure de la pompe à chaleur PAC est placée dans le passage inférieur de l'air qui se poursuit par un conduit vers la sortie d'air chaud de :La cheminée communiquant avec différentes gaines et bouches du circuit de ventilation des pièces. Selon la présente invention, on commande le régime RPM ou le débit de la turbine ou du ventilateur monté contre cette batterie interne à partir de la température T de l'air dans le conduit de sortie en aval de la sortie de l'air chaud du foyer fermé de cheminée. On décrira ci-après l'invention un peu plus en détail en référence aux différentes figures. Une pompe à chaleur 1 référencée PAC, de préférence réversible, est associée à une cheminée 2 d'âtre pour habitation comportant un foyer fermé 3 par exemple à porte vitrée 4. Ce foyer fermé 3 est placé dans un âtre 5. Il fonctionne avec un combustible solide, par exemple du bois. Le foyer fermé 3 comporte un conduit 6 d'évacuation des gaz et fumées de combustion et des moyens pour diriger l'air chauffé par les parois du corps de ce foyer fermé 3 dans un conduit de sortie de l'air 7 communiquant avec les gaines d'un réseau aéraulique de distribution de l'air conditionné en température. Le conduit de sortie de l'air 7 prend naissance en partie inférieure de l'âtre 5 à partir d'une entrée d'air 8 qui s'ouvre dans la pièce ou à l'extérieur de celle-ci dans un autre endroit ou dehors. A la base du conduit de sortie de l'air 7 est placée une batterie 9 appelée batterie intérieure de la pompe à chaleur PAC. Celle-ci occupe toute ou la majeure partie de la section de ce conduit et est pourvue d'un moteur entraînant un ensemble aéraulique tournant d'une turbine ou d'un ventilateur 10 forçant l'air provenant de l'entrée d'air à travers la batterie intérieure 9 de la PAC de manière à le réchauffer et le cas échéant à le rafraîchir ou en ne modifiant pas sa température, mais son débit. Selon l'invention, une sonde de température 11 est prévue dans le conduit de sortie de l'air 7 en aval de la sortie d'air chaud 12 du foyer fermé 3. Cette sonde de température 11 comporte un capteur de température ou un élément dont les caractéristiques physiques se modifient avec la variation de température par exemple un capteur à résistance à coefficient de température négatif connue sous le sigle CTN. Selon la présente invention, cette sonde de température 11 est montée dans un circuit particulier de commande du régime RPM du moteur de la turbine ou du ventilateur 10 de la batterie intérieure 9 de la pompe à chaleur PAC, cette commande étant prioritaire par rapport à la commande générale de la pompe à chaleur. Le circuit de commande peut se présenter sous la forme d'une carte additionnelle CARDI séparée (figure 1) ou incorporée ou intégrée à la carte principale de commande et de gestion de la pompe à chaleur CACOM (figure 2). La sonde de température 11 est reliée à un circuit de détection DETECT comprenant un détecteur de franchissement de seuil FRASEUIL de la température par exemple à 50°C et à 65°C ou entre 50°C et 65°C. L'alimentation électrique de la carte CARDI et celle du ventilateur ou de la turbine 10 sont assurées par un circuit d'alimentation AMV. Un module régulateur REGUL assure l'alimentation régulée du moteur du ventilateur ou de la turbine 10 à travers un variateur de fréquence VAR.IFR et à partir de la loi de régulation qui se traduit par une courbe représentée à titre d'exemple par un segment de droite sur la figure 4. Le bloc d'alimentation AMV se prolonge par un module de découpage et de modulation du signal d'alimentation DMSA alimentant le moteur du ventilateur ou de la turbine 10 à travers le régulateur REGUL et le variateur de fréquence VARIFR. L'ensemble est complété par une sortie d'alimentation du moteur à trois fils pour deux circuits d'alimentation, l'un pour la phase auxiliaire servant au démarrage du ventilateur, l'autre pour la phase principale servant au fonctionnement permanent de celui-ci mais à débit ou régime RPM régulé par le montage décrit à partir de la température T de l'air dans le conduit de sortie de l'air 7 de sortie de l'appareil mixte. Le bloc DMSA forme deux tensions alternatives en quadrature, d'amplitude et de fréquence variables données par la loi de régulation du débit ou du régime RPM en fonction de la température T de l'air en sortie de l'appareil. Sur la carte CARDI sont prévus au moins deux blocs de micro-interrupteurs permettant de modifier les paramètres régissant le fonctionnement et notamment les températures de seuil. Bien entendu, :La carte additionnelle de commande peut être intégrée à une carte principale unique de commande en gardant les mêmes fonctions générales. Cette variante est illustrée par la figure 2 qui montre la version intégrée de l'invention selon laquelle la carte de commande de la pompe à chaleur PAC comprend les circuits de la commande spécifique du régime RPM du moteur du ventilateur ou de la turbine de la batterie de la pompe à chaleur PAC placée à l'intérieur de l'appareil mixte. Le schéma général reste identique. Le capteur de température T se trouve au niveau de la sortie de l'air de l'appareil et la batterie intérieure 9 de la pompe à chaleur PAC intégrée à l'appareil et placée au début du conduit de sortie de l'air 7 ou de la colonne d'air conditionné relié au réseau de diffusion de l'air dans la ou les pièce(s). La loi de régulation, entre le régime RPM du moteur ou le débit du ventilateur ou de la turbine et la température T est de façon idéale linéaire comme représenté sur la figure 4 c'est-à-dire un segment de droite débutant à 65°C et se terminant à 200°C sur lequel se trouve et se déplace le point de fonctionnement. En raison de la régulation précise, celui-ci ne subit que de faibles écarts de régulation sur ce segment de droite, différent des courbes de régulation en marches d'escalier des régulations antérieures classiques. De façon générale, il s'agit plutôt d'une courbe dont l'allure montre que l'on a compensé la non linéarité des caractéristiques de fonctionnement du moteur du ventilateur ou de la turbine 10 associée à la batterie intérieure 9 de la pompe à chaleur PAC incorporée à l'appareil mixte. Selon un des modes de fonctionnement, on provoque l'arrêt de la pompe à chaleur quand la température dans le conduit de sortie de l'air 7 au niveau de la sonde dépasse 65°C. Ceci traduit l'existence du feu en allure normale dans le foyer fermé de cheminée et la régulation en température s'effectue de la même façon mais sans pompe à chaleur. Il est considéré que cette fourniture de calories par le foyer est suffisante pour chauffer le ou les pièce(s) à la température demandée, mais doit être régulée par la variation du débit ou de la vitesse RPM du moteur du ventilateur ou de la turbine. Le circuit de dépassement d'un seuil FRASEUIL commande alors l'arrêt de la pompe à chaleur PAC par exemple par la télécommande sans arrêter la régulation du moteur du ventilateur ou de la turbine 10. Inversement, lorsque la température dans le conduit de sortie de l'air 7 au niveau de la sonde de température descend en dessous de 50°C, traduisant un ralentissement du feu dans le foyer ou une tendance à l'extinction, la pompe à chaleur PAC est remise en marche de la même façon. L'ensemble de ce fonctionnement se traduit sur la figure 4 par un rectangle en tirets avec des flèches montrant le parcours graphique après l'arrêt et le redémarrage de la pompe à chaleur PAC. Cette régulation du régime RPM du moteur du ventilateur ou de la turbine 10 apporte divers avantages importants, dont la régularité (pas d'écarts importants de régulation du régime du ventilateur), faible bruit de celui-ci, régulation précise en température, longévité du moteur. A titre de variante, on peut envisager d'apporter des calories supplémentaires ou des frigories dans la batterie intérieure 9 placée devant la turbine ou le ventilateur dont le régime est commandé par la régulation, par une autre source que celle d'une pompe à chaleur. De nombreuses modifications, variantes, substitutions ou autres changements peuvent être apportés à l'invention tout en restant dans le cadre de la protection telle que définie par les revendications. REVENDICATIONS 1. Ensemble de commande et de régulation de l'apport calorifique et notamment l'apport calorifique ou frigorifique de la pompe à chaleur dans un appareil mixte de chauffage et de climatisation associant une cheminée (2) à foyer fermé (3) à une pompe à chaleur PAC en mesurant la température T de sortie de l'air dans le conduit de sortie de l'air (7), pompe à chaleur PAC dont une (9) des batteries est placée dans le conduit de l'air (7) de l'appareil mixte caractérisé par un circuit de commande se greffant sur la commande principale en fonctionnement de la pompe à chaleur PAC ou intégré à cette commande principale, qui gère et régule le régime RPM du moteur ou le débit du ventilateur ou de la turbine (10) de la batterie en fonction de la température T de l'air de sortie prise par une sonde thermique (11) à la sortie du conduit de sortie de l'air (7), sonde placée en aval de la sortie d'air chaud de la cheminée, la régulation place le point de fonctionnement de l'appareil sur une courbe de régulation du régime RPM du moteur du ventilateur ou de la turbine (10) ou du débit en fonction de la température T et qui évolue de part et d'autre d'un point moyen correspondant à une température de référence. 2. Ensemble selon la revendication 1 caractérisée en ce que la pompe à chaleur PAC est réversible. 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la courbe de régulation est un segment de droite. 4. Ensemble selon la revendication précédente caractérisé en ce que le segment de droite débute à 65°C et se termine à 200°C. 5. Ensemble selon la revendication 3 caractérisé en ce que les valeurs limites du segment de droite sont modifiables. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la pompe à chaleur PAC est arrêtée au-delà de la température de 65°C relevée par la sonde de température dans le conduit (7) et remise en marche en-dessous de 50°C. 7. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en que l'accélération et la réduction du régime RPM du ventilateur s'effectue par variation de fréquences du courant d'alimentation du ventilateur. 8. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que la commande du régime RPM ou du débit du ventilateur ou de la turbine s'effectue par une carte de commande séparée CARDI. 9. Ensemble selon la revendication précédente caractérisé en ce que la carte CARDI se compose d'un circuit d'alimentation AMV, d'un module régulateur REGUL qui assure l'alimentation régulée du moteur du ventilateur ou de la turbine (10) à travers un variateur de fréquence VARIFR et à partir de la loi de régulation, le bloc d'alimentation AMV se prolongeant par un module de découpage et de modulation du signal d'alimentation DMSA alimentant le moteur du ventilateur ou de la turbine (10) à travers le régulateur REGUL et le variateur de fréquence VARIFR, le tout étant complété par une sortie d'alimentation du moteur à trois fils pour deux circuits d'alimentation, l'un pour la phase auxiliaire servant au démarrage du ventilateur, l'autre pour la phase principale servant au fonctionnement permanent de celui-ci mais à débit ou régime RPM régulé et en ce que sur la carte CARDI sont prévus au moins deux blocs de micro-interrupteurs permettant de modifier les paramètres régissant le fonctionnement et notamment les températures de seuil et en ce que la carte CARDI comporte également un circuit de détection DETECT relié à la sonde de température (11) comprenant un détecteur de franchissement de seuil FRASEUIL de la température T de l'air. 10. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que la carte CARDI est incorporée ou intégrée à la carte de commande de la pompe à chaleur PAC.