Brevet FR2957136A1 — publié le 20110909

i La présente invention concerne un système de captage de la chaleur atmosphérique couplé ou non à une pompe à chaleur. Le capteur atmosphérique assure le chauffage de la solution antigel y circulant, celle-ci étant en relation avec la source froide d'une pompe à chaleur dont le rôle est d'assurer par sa source chaude le chauffage de l'eau sanitaire ou de la maison. Le capteur atmosphérique sera installé en clôture ou contre le mur de la maison ; son alimentation en fluide pourra également être enterrée et former ainsi un capteur géothermique de type basse énergie. Le capteur atmosphérique permet, grâce à la pompe à chaleur, d'assurer en hiver la captation de la chaleur du soleil, de la pluie, io du vent et de l'air extérieur. On connaît déjà des capteurs aérosolaires, du même inventeur Jacques BERNIER, destinés à servir de source froide de pompes à chaleur. Ces systèmes utilisent la détente directe d'un fluide frigorigène de type hydro fluoro carbure et imposent une liaison frigorifique entre le capteur d'énergie et la pompe à chaleur proprement dite. 15 Ils présentent également l'inconvénient de nécessiter des quantités importantes de fluide frigorigène avec des risques de fuites ce qui a pour effet une augmentation importante de l'effet de serre. On connaît aussi des installations de capteurs atmosphériques, du même inventeur Jacques BERNIER, assurant le rôle de clôture énergétique ; ceux-ci présentent 20 l'inconvénient de nécessiter la présence d'un purgeur d'air en raison de leur alimentation en fluide par le bas et aussi l'inconvénient de vidanger totalement le circuit de liquide antigel en cas de fuite sur l'un des capteurs. On connaît également des systèmes de capteurs solaires vitrés à simple ou double vitrage ou à tubes sous vide. Ces systèmes présentent l'inconvénient de ne pas 25 récupérer d'énergie dès que le climat est froid, car ils sont déperditifs et également en absence de soleil, ils limitent donc leur utilisation aux périodes d'été et de demi saisons. Par ailleurs en période chaude lorsque aucun besoin d'énergie n'est nécessaire, les capteurs solaires traditionnels montent en température, ce qui les met en défaut de surpression et nécessite, de ce fait, une boucle de rejet thermique 30 extérieur. C'est d'une manière générale un but de l'invention de fournir une installation de chauffage par pompe à chaleur et capteurs atmosphériques ne présentant pas les défauts des installations connues. C'est en particulier un but de l'invention de fournir un capteur atmosphérique occultant comportant l'entrée et la sortie de liquide antigel sur le dessus éliminant ainsi les problèmes de purge d'air et ne permettant pas de voir au travers. C'est encore un but de l'invention de fournir une installation de pompe à chaleur entièrement chargée de fluide frigorigène en usine permettant ainsi l'utilisation de fluides hydrocarbures comme le propane ou l'isobutane. C'est toujours un but de l'invention de fournir une installation de capteurs atmosphériques couplés à une pompe à chaleur dont le remplissage en liquide antigel s'effectue tout simplement à l'aide d'un entonnoir. io L'invention sera bien comprise par la description qui suit faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels : • La figure 1 est un schéma d'une installation selon l'invention, • La figure 2 représente la vue en coupe d'un élément de capteur atmosphérique, • La figure 3 représente la vue en plan d'un élément de capteur atmosphérique, 15 • La figure 4 représente le principe de remplissage en antigel du circuit, La figure 5 montre le principe d'assemblage d'une installation horizontale de capteurs atmosphériques en clôture énergétique, • La figure 6 montre le principe d'assemblage vertical de plusieurs éléments de clôture, 20 • La figure 7 est une vue de dessus d'une bande de panneaux de clôture, • La figure 8 représente le principe de fixation murale d'un élément de capteur atmosphérique, • La figure 9 représente une patte universelle de fixation du capteur en mural. Une installation de pompe à chaleur à capteur atmosphérique selon l'invention figure 25 1 comporte un ou plusieurs capteurs solaires (C), installés verticalement et réalisés de préférence en polyéthylène. Les capteurs ne comportent pas de raccordement en point bas afin d'éviter la perte d'antigel en cas de fuite. Ils comportent en partie haute une entrée (27) et une sortie (28) cannelées permettant l'alimentation en liquide antigel du capteur atmosphérique par deux tuyauteries (24) et (25) installées de 30 préférence en tranchée et pouvant avoir une longueur jusqu'à 50 mètres et plus afin de jouer le rôle de capteur géothermique associé. Les deux tuyauteries en polyéthylène sont reliées à la pompe à chaleur par deux raccords à compression (23, 26). L'évaporateur (17) prélève de la chaleur au liquide arrivant par la tuyauterie (29) et le ressort refroidi par la tuyauterie (21) avant de le renvoyer dans le capteur par l'intermédiaire de la pompe (22) où il se réchauffera. L'expansion du liquide de refroidissement, qui sera de préférence du propylène glycol à 33%, est assuré tout simplement par le capteur (C). La pompe à chaleur est placée à l'intérieur du volume (V) d'une carrosserie (20) étanche, de telle manière qu'une perte accidentelle de s fluide frigorigène serait évacuée à l'extérieur du local où est placée la pompe à chaleur, par l'intermédiaire d'une tuyauterie (non représentée). La pompe à chaleur pourra assurer le chauffage de l'eau sanitaire d'un ballon (10) par le condenseur (15). Le compresseur (13) placé sur une chaise (12) fixé sur la bride (11) assure la circulation du fluide frigorigène, (avantageusement un hydrocarbure propane ou io isobutane par exemple), entre le condenseur (15) et l'évaporateur (17). Une sonde de température (19) commande la mise en service et l'arrêt du compresseur (13). Les capteurs (C) fonctionnent grâce à la convection naturelle de l'air extérieur et du vent, si ils sont à température inférieure à celle de l'air, ils récupéreront de la chaleur dans l'air qui arrivera en partie haute et sortira naturellement en partie basse. Si le is soleil est présent, son rayonnement sera capté par le capteur atmosphérique (C). Un capteur atmosphérique selon l'invention figures 2 et 3, comporte une entrée cannelée (37) reliée au collecteur creux d'entrée (32) qui va répartir le liquide antigel dans les différentes lattes horizontales creuses (311, 312, 313----31 n_1, 31 n). Un collecteur creux de sortie (33) recueille le liquide antigel provenant des lattes (311, 20 312, 313----31ä_I, 31n) et le fait sortir du capteur (C) par la sortie cannelée (34).Les lattes (31) sont inclinées dans un sens afin de mieux capter le rayonnement solaire. Pour la rigidité, elles sont reliées entre elles par des recollements (351, 352, 353----35ä _1). Le capteur atmosphérique (C) sera réalisé de préférence en polyéthylène haute densité par extrusion soufflage (ou autre), en un seul morceau et sera de 25 couleur sombre (noire, verte ou marron par exemple) afin de mieux capter le rayonnement solaire. Les lattes (31) et les recollements (35) rendent le capteur (C) entièrement occulte. Les collecteurs (32, 33) comportent un arrondi (39, 38) en partie basse afin de permettre la superposition verticale et le raccordement des entrées et sortie (37, 34) des capteurs situés en dessous. 30 La figure 4 représente le dispositif de remplissage en antigel du circuit par gravité. Une vanne (30) installée à l'entrée de l'évaporateur (17) sera ouverte en phase remplissage, on y raccorde une tuyauterie (40) équipée d'un entonnoir (41) qui devra être situé à la partie la plus haute de l'ensemble du circuit. Le liquide antigel (42) (du propylène glycol de préférence et dosé à 33%) sera versé dans le circuit par l'entonnoir (41). Si le positionnement vertical (H2) de l'entonnoir (41) est plus bas que le positionnement (H1) de la sortie capteur (28), le remplissage en antigel pourra être effectué par l'entrée ou la sortie (27, 28) du capteur (C) ; on pourra à la place mettre en service la pompe (21) pour aider au remplissage en antigel du capteur (C). La purge d'air s'effectue naturellement par la vanne (30) pendant les opérations de remplissage. La figure 5 montre le principe d'assemblage d'une installation horizontale de capteurs atmosphériques en clôture énergétique. Le premier capteur (Cl) est alimenté en (EA) en liquide antigel ; la sortie du capteur (Cl) est raccordée à l'entrée io du capteur (C2) par l'intermédiaire d'une durite souple (50), en caoutchouc par exemple afin d'absorber la dilatation des capteurs. De même, la sortie du capteur (C2) est raccordée à l'entrée du capteur (C3) par l'intermédiaire d'une durite souple (51) et ainsi de suite jusqu'au dernier capteur (Cn) d'où sort en (SA). Au moment du remplissage en antigel et après mise en service de la pompe de circulation (22), l'air 15 contenu dans le capteur (Cl) sera évacué vers le capteur (C2) et ainsi de suite sans nécessiter la présence d'un purgeur. Les capteurs seront espacés entre eux de quelques centimètres afin de compenser la dilatation des panneaux entre été et hiver. Les durites (50, 51) de la forme d'un demi tore creux sont fixées sur les sorties et entrées cannelées des capteurs au moyen de colliers en acier (non représentés). 20 La figure 6 montre le principe d'assemblage de plusieurs éléments de clôture horizontalement et verticalement. On voit là tout l'intérêt des arrondis (38,39) (voir figure 3) qui permettent de disposer un capteur (C2) sur un capteur (Cl) et un capteur (C4) sur un capteur (C3) tout en laissant un espace permettant le raccordement des durites (52, 54) sur leurs capteurs correspondants. Les tuyauteries 25 (56, 57) correspondant à l'entrée de chaque bande horizontale de capteurs peuvent être raccordées en parallèle ou en série. La figure 7 est une vue de dessus d'une bande horizontale de panneaux de clôture. Les capteurs (Cl, C2, C3 --- Cn-1) sont placés entre plusieurs poteaux de clôture (P1, P2, P3 --- Pn) fixés dans le sol. Les poteaux ont une forme de H afin de 30 permettre d'y glisser entre eux les capteurs. Le premier et le dernier poteau (P1 et Pn) permettent de loger les tubes (60, 61) d'arrivée et de sortie du liquide dans les capteurs. Des embouts (63, 64) seront fixés sur les poteaux respectifs (P1, Pn) afin de dissimuler les tubes (60, 61). Les durites d'alimentation et de raccordement entre capteurs ne sont pas représentés sur la figure 7 mais sont similaires à celles représentées sur les figures 5 et 6. La figure 8 représente le principe de fixation murale d'un élément de capteur atmosphérique. Le panneau est espacé du mur d'environ 10 cm afin de laisser la s circulation d'air par convection naturelle sur la partie arrière du capteur (C). Des pattes de fixation (70, 71) sont placées de chaque côté, à gauche et à droite du capteur et sont fixées au mur (72) par l'intermédiaire de vis (74). Les deux pattes (71) du bas supportent le poids du capteur et les deux pattes (70) du haut empêchent le mouvement latéral du panneau tant à gauche qu'à droite. Le capteur io (C) reste libre de ses mouvements de dilatation et peut être glissé entre ses quatre pattes après fixation au mur de celles-ci. Le bas du capteur sera placé à une hauteur minimum de 20 cm du sol (T), voire plus pour les régions enneigées. La figure 9 représente une patte universelle de fixation murale du capteur. L'espace entre les plaques (80, 81) correspond à l'épaisseur du capteur atmosphérique (de 5 15 à 8 cm). L'espacement entre les plaques (81, 82) correspond à la distance entre l'arrière du capteur et le mur, soit 10 à 15 cm. Un ou deux trous (84, 85) permettront le passage de la ou les vis de fixation au mur. Les plaques (80, 81, 82, 83) sont réalisées en acier peint ou en acier inoxydable et sont toutes fixées ensemble par pliage et ou soudage. 20 La description faite ci avant définit le principe de fonctionnement du système ; des variantes de l'invention sont possibles en utilisant par exemple plusieurs tuyauteries de captage enterré et ou plusieurs clôtures énergétiques indépendantes. Une application particulièrement intéressante de l'invention est son utilisation dans les pompes à chaleur de type eau/eau ou eau glycolée/eau destinées à l'habitat 25 individuel afin d'assurer le chauffage et ou la production d'eau chaude sanitaire. L'installation trouvera une excellente application pour les systèmes de plancher chauffants solaires directs. Une autre application intéressante est l'utilisation des capteurs atmosphériques clôture pour assurer en été la recharge thermique des capteurs enterrés verticaux 30 notamment. D'une manière générale et non limitative, l'invention s'applique dans tous systèmes nécessitant l'utilisation de la chaleur solaire en hiver. L'invention peut également être utilisée dans des systèmes de chauffage industriel, agricole ou tertiaire. REVENDICATIONS1. Installation de production de chaleur comportant un ou plusieurs capteurs atmosphériques (C) en relation ou non avec une pompe à chaleur (20), caractérisée en ce que les capteurs comportent en partie haute une tubulure d'alimentation (27 ou 37) en liaison avec un collecteur vertical (32) répartissant le liquide antigel liquide antigel dans plusieurs lattes horizontales creuses (311, 312, 313----31 n_I, 31 n) reliées de l'autre côté à un collecteur vertical (33) et sa sortie (28 ou 34), le capteur étant réalisé en matériau plastique. 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le(s) capteur(s) atmosphérique(s) (C) ne comporte(nt) qu'une entrée et une sortie toutes deux placées en partie haute éliminant ainsi la nécessité d'un purgeur. 3. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le(s) capteur(s) atmosphérique(s) (C) sont en liaison avec au moins deux tuyauteries (24, 25) formant capteur enterré. 4. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le bas des deux collecteurs (32, 33) des capteurs (C, Cl, C2, C3, C4 ---) comportent un arrondi (38, 39) aménageant ainsi un espace permettant de raccorder les capteurs entre eux lorsque plusieurs hauteurs de capteurs sont installées. 5. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que la pompe à chaleur (20) comporte une vanne (30) placée à l'entrée de l'évaporateur (17) destinée à la purge et au raccordement d'un dispositif de remplissage en liquide antigel par gravité (40, 41). 6. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le fluide frigorigène de la pompe à chaleur (20) est du propane ou de l'isobutane. 7. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que la pompe à chaleur est placée dans un espace (V) rendu étanche par la carrosserie (20) et reliée à l'extérieur par une tuyauterie permettant l'évacuation directe à l'extérieur du local du fluide frigorigène en cas de fuite accidentelle. 8. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que des durites souples en caoutchouc ou en plastique (50, 51, 52, 53, 54 ---) en forme de demi tore, assurent le raccordement des entrées et sorties (27, 28) des capteurs (C, Cl, C2, C3, C4 ---) 9. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les capteurs (C, Cl, C2, C3, C4 ---) sont réalisés en polyéthylène par extrusion soufflage. 10.Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les capteurs (C, Cl, C2, C3, C4 ---) assurent l'expansion du liquide antigel.