Brevet FR2914988A1 — publié le 20081017

L'invention concerne les aérothermes à gaz équipés d'une batterie froide à détente directe ou à eau glacée, utilisés pour le besoin de chauffage et de climatisation des locaux commerciaux et industriels. Deux sortes d'appareils existent actuellement sur le marché : 1) Des appareils intégrant dans un même module l'échangeur à gaz, la batterie d'évaporateur, le condenseur, ainsi que le compresseur. Ces appareils sont de grandes dimensions et relativement lourds. Leur implantation s'effectue de ce fait à l'extérieur des bâtiments, et plus particulièrement sur les toits, ce qui impose de disposer d'une infrastructure adaptée et le recours à des moyens de levage de forte capacité, tels que grue ou hélicoptère. Leur installation est de type centralisé, ce qui oblige de disposer d'un réseau de gaine pour répartir l'air à l'intérieur des bâtiments. 2) Des appareils constitués de deux unités, dont l'une est placée à l'extérieur et l'autre à l'intérieur ; une liaison par deux tubes de cuivre étant nécessaire pour faire circuler le gaz frigorigène. Le chaud et le froid sont obtenus par l'intermédiaire d'un compresseur permettant de réaliser le cycle thermodynamique correspondant. Les énergies froide et chaude sont équivalentes. Ainsi, lorsque l'installation est en demande de chaleur et que la température extérieure chute en dessous de cinq degrés, l'unité extérieure effectue des inversions de cycle pour dégivrer la batterie extérieure, ce qui diminue le coefficient de performance de l'unité. De plus, lorsque la température extérieure est trop basse, le groupe compresseur s'arrête et des résistances électriques placées dans l'unité intérieure prennent la relève ; or, ce besoin d'énergie n'est nécessaire que quelques jours par an, ce qui oblige à recourir à une installation électrique appropriée et à souscrire un abonnement trois fois supérieur au besoin courant. L'installation de ces appareils est cependant décentralisée et la répartition de l'air dans les bâtiments s'effectue directement. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus évoqués. Cette invention, telle qu'elle se caractérise, résout le problème consistant à utiliser un procédé et à créer un aérotherme à gaz équipé d'une batterie froide à détente directe ou à eau glacée, réalisé en deux unités très compactes facilitant leur implantation, évitant, lors de besoins momentanés de chaleur, de recourir à l'appoint de résistances chauffantes consommatrices d'énergie, par inversion du cycle du groupe froid transformant la batterie froide en batterie chaude, en utilisant le principe de la pompe à chaleur, jusqu'à ce que l'échangeur gaz prenne la relève du système si nécessaire, tout en empêchant l'air de passer dans la batterie froide en hiver pour éviter l'encrassement de celle-ci et celui de son filtre. Le procédé aérothermique de conditionnement d'air de locaux et de bâtiments, fonctionnant au gaz et selon un cycle thermodynamique à gaz frigorigène, dont la fonction chauffage est assurée par un échangeur gaz et la fonction réfrigération par un groupe réfrigérant comportant un compresseur, un évaporateur et un condenseur ; la circulation d'air étant obtenue par des ventilateurs, se caractérise, selon l'invention, en ce qu'il consiste à associer, à l'intérieur du local ou du bâtiment, l'échangeur gaz à une batterie à détente directe ou à eau glacée, à disposer le groupe réfrigérant à l'extérieur du local, à proximité de l'échangeur gaz, et à gérer l'installation par un boîtier électronique sélectionnant la forme d'énergie la mieux adaptée en fonction de son coût . Ainsi, le groupe froid se met en service quand le thermostat intérieur d'ambiance est en demande de froid, ou allume le brûleur gaz de l'échangeur si celui-ci est en demande de chaleur (thermostat d'ambiance). Lorsque le thermostat d'ambiance est en demande de chaleur, que la température extérieure n'est pas trop basse (+ 5 C) et qu'elle permet d'obtenir un coefficient de performance correct du groupe thermodynamique, celui-ci se met en service et inverse son cycle pour délivrer du chaud sur la batterie de l'unité intérieure au bâtiment ; ceci, par sélection automatique de la forme d'énergie la mieux adaptée en fonction de son coût. Selon un mode d'application du procédé, le système fonctionne en froid thermodynamique et en chaleur uniquement produite par l'échangeur à 10 brûleur à gaz. Le dispositif de mise en oeuvre du procédé tel qu'exposé ci-dessus se caractérise en ce qu'il est constitué de deux unités, dont l'une, située à l'intérieur du bâtiment, comporte un échangeur tubulaire à haut rendement, 15 un brûleur à gaz multi-torches à allumage électronique, un double ventilateur centrifuge à action, une batterie d'échange et un filtre sur l'aspiration d'air avec contrôle d'encrassement, et dont l'autre, située à l'extérieur, à proximité immédiate de la première, comporte le groupe réfrigérant. 20 La batterie d'échange est munie d'un clapet de by-pass, évitant à l'air de la traverser en hiver, lorsque l'appareil fonctionne au gaz. Un collecteur de l'eau de condensation est monté à l'arrière de l'unité 25 intérieure pour l'évacuation des condensas produits par condensation de l'humidité sur l'échangeur froid. Les avantages obtenus par cette invention consistent principalement en ce que la réalisation du dispositif en deux unités de faible encombrement 30 facilite leur montage et leur implantation et en ce que la sélection automatique du mode de chauffage le plus économique, ainsi que la fonctionnalité de l'échangeur gaz, permettent de réduire par trois l'énergie électrique nécessaire, puisque tout appoint de chaleur par résistances chauffantes est remplacé par l'échangeur gaz, plus économique dans ce cas. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'une installation aérothermique gaz ù climatiseur, destinée à satisfaire le besoin de conditionnement d'air de locaux commerciaux et industriels, réalisée selon l'invention, donnée à titre d'exemple non limitatif, au regard des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 montre, en perspective, l'installation vue de l'intérieur, avec représentation des parties cachées en trait pointillé, - la figure 2 montre, en perspective, l'installation vue de l'extérieur, avec 15 représentation en trait pointillé des parties cachées. Les figures 1 et 2 représentent une installation aérothermique gaz-climatiseur constituée d'une unité intérieure 1 comportant l'aérotherme gaz-climatiseur, diffusant l'air conditionné par une grille de soufflage 10 à 20 ailettes 11 d'orientation du flux, et une connexion ventouse 6 pour l'évacuation des fumées 8 et l'aspiration d'air de combustion 9 ; ladite unité intérieure 1 étant reliée à une source de gaz par une conduite 7 et à l'unité extérieure 2 par une gaine de connexion 3 à isolant thermique entourant les tubes aller et retour du fluide frigorigène et la liaison électrique des deux 25 unités 1, 2. Comme on le remarque en examinant conjointement les figures 1 et 2, l'aérotherme gaz - climatiseur constituant l'unité intérieure 1 de l'installation est installé directement dans le local concerné, avec 30 raccordement par ventouse murale 6 ou en toiture. Le groupe froid constituant l'unité extérieure 2 est monté de l'autre côté du mur de séparation. Il peut être installé directement sur le sol, accroché au mur ou disposé en toiture lorsque aucun espace n'est disponible autour du bâtiment. On remarque aussi que les unités 1 et 2 ont été conçues pour n'occuper qu'un très faible espace, compte tenu de leur réalisation plate qui permet une grande souplesse d'utilisation. Le soufflage d'air conditionné s'effectue horizontalement pour éviter les courants d'air. La grille de soufflage 10 comporte des ailettes 11 d'orientation du flux d'air. En mode froid, les ailettes 11 s'orientent horizontalement pour obtenir un soufflage horizontal, alors qu'en mode chaud, elles s'inclinent vers le sol en fonction de la hauteur d'installation de l'unité 1, afin d'obtenir un soufflage sans stratification. L'installation selon l'invention est destinée principalement au 15 conditionnement d'air de locaux commerciaux et industriels, mais rien ne s'opposerait à son utilisation dans d'autres sortes de locaux, sous réserve d'adaptations mineurs du ressort de l'homme de métier, sans sortir du champ d'application de la présente demande. 25 Revendications 1. Procédé aérothermique de conditionnement d'air de locaux et de bâtiments, fonctionnant au gaz et selon un cycle thermodynamique à gaz frigorigène, dont la fonction chauffage est assurée par un échangeur gaz et la fonction réfrigération par un groupe réfrigérant, comportant un compresseur, un évaporateur et un condenseur, la circulation d'air étant obtenue par des ventilateurs, caractérisé en ce qu'il consiste à associer, à l'intérieur du local ou du bâtiment, l'échangeur gaz à une batterie à détente directe ou à eau glacée, à disposer le groupe réfrigérant à l'extérieur du local, à proximité de l'échangeur gaz, et à gérer l'ensemble de façon automatique. 2. Procédé aérothermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le groupe réfrigérant est mis en service quand le thermostat intérieur d'ambiance est en demande de froid, ou allume le brûleur gaz de l'échangeur lorsque celui-ci est en demande de chaleur, et, lorsque la température extérieure n'est pas trop basse et qu'elle permet d'assurer un coefficient de performance correct du groupe réfrigérant, celui-ci est mis en service et inverse son cycle pour délivrer de la chaleur sur la batterie située dans l'unité montée à l'intérieur du bâtiment, ceci, par sélection automatique de la forme d'énergie la mieux adaptée en fonction de son coût. 3. Procédé aérothe-uiique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à faire fonctionner le système en froid thermodynamique et en chaleur uniquement produite par l'échangeur à brûleur à gaz. 4. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon les revendications ci-dessus prises dans leur ensemble, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux unités (1, 2), dont l'une (1), située à l'intérieur du bâtiment, comporte un échangeur tubulaire à haut rendement, un brûleur à gaz multi-torches àallumage électronique, un double ventilateur centrifuge à action, une batterie d'échange et un filtre sur l'aspiration d'air avec contrôle d'encrassement, et dont l'autre (2), située à l'extérieur, à proximité immédiate de la première, comporte le groupe réfrigérant. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la batterie d'échange est munie d'un clapet de by-pass, évitant à l'air de la traverser en hiver, lorsque l'appareil fonctionne au gaz. 1 Q 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fonctionnement du dispositif est contrôlé par un boîtier électronique, asservi au coût des différentes formes d'énergie.5