Brevet FR2969254A1 — publié le 20120622

L'invention concerne un boîtier répartiteur d'un fluide caloporteur dans une installation comprenant des échangeurs de chaleur et des circuits de captage et de restitution de chaleur. Elle concerne également une installation de chauffage/climatisation comprenant un tel boîtier. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des installations de chauffage/climatisation à pompe à chaleur dans les maisons individuelles et les petits immeubles de bureau, de commerce, etc. On connaît du WO 2009/071765 A2 (Hadès) un boîtier répartiteur de fluide caloporteur, couplé aux échangeurs thermiques d'une unité thermodynamique de type pompe à chaleur, et à divers circuits de captage et de restitution de chaleur dont il assure l'interconnexion sélective selon différents schémas combinatoires prédéterminés de distribution de fluide, par pilotage automatique d'un réseau intégré de vannes d'arrêt placées sur les conduites du boîtier répartiteur. Ce type de boîtier répartiteur a procuré une avance significative aux installations de chauffage/climatisation qui le mettent en oeuvre, notamment dans les résidences individuelles et les petits immeubles d'activité tertiaire. Il permet en effet : de spécialiser les échangeurs de chaleur de l'unité thermodynamique, à savoir condenseur et évaporateur, pour une meilleure optimisation des performances dans les deux modes de fonctionnement, chauffage et climatisation, de pouvoir faire appel, suivant les besoins et la disponibilité, à diverses sources froides telles que l'échangeur froid de l'unité thermodynamique, le sous-sol, une réserve d'eau naturelle ou artificielle, l'atmosphère, etc. de pouvoir faire appel, suivant les besoins et la disponibilité, à diverses sources chaudes telles que l'échangeur chaud de l'unité thermodyna- mique, le sous-sol, une réserve d'eau naturelle ou artificielle, l'atmos- phère, des capteurs solaires thermiques, etc. -de pouvoir restituer la chaleur ou le froid ainsi capté ou produit vers des circuits distincts de restitution tels que des ventilo-convecteurs chauffants ou rafraîchissants, un plancher chauffant ou rafraîchissant, un chauffage central traditionnel, un ballon d'eau chaude sanitaire, une piscine, un jacuzzi, etc. L'architecture d'installation de chauffage/climatisation proposée par le WO 2009/071765 A2 précité se heurte cependant à un certain nombre de 5 contraintes spécifiques. En usage domestique et petit tertiaire, le volume alloué à l'installation doit rester limité. De plus, il est souhaitable que cette installation forme un en-semble compact, apte à être contenu dans une armoire adaptée. Une telle armoire doit pouvoir passer les portes du local et correspondre aux 10 standards habituels des équipements ménagers, c'est-à-dire ne pas dé-passer une base de 60 x 60 cm et une hauteur de 190 cm lorsqu'elle en-globe tous les organes de l'installation, à savoir : unité thermodynamique, pompes de circulation, boîtier répartiteur et unité électrique de commande. 15 Il n'est donc pas envisageable de faire croître indéfiniment la taille du boîtier répartiteur seul, alors même qu'il ne représente qu'un des composants de l'installation. Or les puissances à restituer peuvent varier dans une assez large mesure : de 6 kW ou même moins, à 36 kW ou éventuellement plus. 20 Même si le boîtier répartiteur décrit par le WO 2009/071765 A2 assure une grande polyvalence d'applications, il peut se trouver que toutes les possibilités qui y sont offertes soient retenues, en particulier le mode de réalisation illustré à la Figure 3 de la demande. Dans ce cas, le nombre de vannes et de conduites qui les relient, entre elles et aux diverses en- 25 trées/sorties, est particulièrement important, de même qu'augmente considérablement la complexité des circuits empruntés par ces conduites. En conséquence, l'espace requis dans le boîtier répartiteur pour loger vannes et conduites devient maximal. Enfin, il faut souligner que, dans toute installation de chauffage/climatisa- 30 tion, le débit de fluide caloporteur doit être d'autant plus élevé que la différence de température (AT) entre l'entrée et la sortie est faible, ceci afin de délivrer l'énergie calorifique nécessaire. Par exemple, dans tous les cas de chauffage "basse température" où le fluide circule entre 35 et 45°C, AT est souvent de 5 °C, voire 3°C ; le débit donc doit être très élevé. Pour 35 permettre un tel débit, il faut limiter la perte de charge, ce qui ne peut se faire qu'en augmentant le diamètre des conduites. Dans la situation fréquente où le débit doit être maximum, la puissance à délivrer impose un diamètre de conduites supérieur à un minimum, en contradiction avec l'exigence d'un encombrement limité de l'ensemble de l'installation. A titre d'exemple pratique, on peut mentionner des boîtiers répartiteurs conformes à la demande internationale précitée, destinés à des installations d'une puissance de 12 kW restituée en "basse température". Ces boîtiers ont été réalisés avec des conduites en plastique de 22 mm de diamètre reliées entre elles, à des vannes standard et aux entrées/sorties, par des T, des coudes et des manchons. Les boîtiers se présentaient sous la forme de coffrets clos de dimensions 30 x 55 x 70 cm soit un volume de 110 litres. Le diamètre de 22 mm pour les conduites était juste suffisant pour assurer le débit nécessaire à l'acheminement des 12 kW à fournir dans des conditions de perte de charge admissible. Pour pouvoir passer à une puissance de chauffage de 36 kW, un dimensionnement a montré que des conduites de 32 mm étaient nécessaires. Avec un tel diamètre et la même technologie que celle retenue dans l'exemple précédent, le boîtier répartiteur devrait avoir un volume situé entre 220 et 330 litres, ce qui n'est pas admissible dans le cadre des contraintes imposées, à savoir l'intégration dans une armoire devant passer les portes, et plus généralement les limites d'encombrement de la maison ou de l'immeuble. Aussi, un problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un boîtier répartiteur qui permettrait d'obtenir des puissances calorifiques élevées, jusqu'à 40 kW par exemple, en augmentant le diamètre des conduites mais en conservant un volume de boîtier limité, compatible avec les contraintes d'encombrement mentionnées plus haut. Ce problème est résolu par l'invention grâce à un boîtier répartiteur d'un fluide caloporteur, comprenant un réseau de conduites destiné à inter-connecter sélectivement, selon différents schémas combinatoires de distribution de fluide prédéterminés, des échangeurs de chaleur du fluide caloporteur avec une unité thermodynamique, au moins un circuit de captage de chaleur par le fluide caloporteur, et au moins un circuit de restitution de chaleur par le fluide caloporteur, remarquable en ce que le boîtier répartiteur est réalisé sous la forme d'un empilement d'une pluralité de plaques sensiblement parallèles, chaque plaque P; présentant au moins une face F;i de contact avec une plaque contigüe Pi de l'empile-ment, et en ce qu'une face Fu de contact d'une plaque Pi porte, d'une part, au moins une empreinte Eq formant une demi-conduite constituant avec une demi-conduite formée par une empreinte Ei; d'une plaque contigüe Pi une conduite parallèle au plan des plaques, et, d'autre part, au moins un perçage Ti constituant avec un perçage Ti; d'une plaque contigüe Pi au moins un élément d'une conduite perpendiculaire au plan des plaques.. Avantageusement, les plaques de l'empilement sont réalisées par moulage d'un matériau plastique, du polypropylène par exemple. Le moulage permet d'obtenir des formes d'empreintes très variées, sou-vent impossibles à réaliser avec des tubes conventionnels, ce qui explique que la structure du boîtier répartiteur selon l'invention peut être extrême- ment compacte. II est en effet possible de rapprocher au maximum deux conduites voisines jusqu'à ne les séparer que de l'épaisseur d'une seule paroi, ou de créer des communications entre elles. De même, on peut former des coudes abrupts présentant des angles et des géométries variables. Grâce à la forte compacité ainsi obtenue, on peut envisager d'utiliser des conduites de diamètre plus grand, 30 mm et plus, et donc d'augmenter la puissance restituée sans augmentation équivalente du volume du boîtier au-delà de ce qui est requis. Selon un mode de réalisation du boîtier répartiteur selon l'invention, les plaques sont assemblées par collage ou soudage aux ultrasons. Les boî- tiers peuvent ainsi être produits par des méthodes industrielles, à savoir moulage des différentes plaques constitutives puis assemblage par collage ou soudage par ultrasons. Conformément à l'invention, une plaque d'extrémité de l'empilement porte au moins une électrovanne disposée entre deux perçages ménagés sur ladite plaque d'extrémité. De préférence, l'ensemble des électrovannes du boîtier sont disposées sur une même plaque d'extrémité. Plus particulièrement, les électrovannes sont disposées selon un motif régulier. Ainsi, les électrovannes se présentent sous la forme d'un panneau facile-ment accessible permettant leur remplacement une à une en cas de dys- fonctionnement. Dans le même ordre d'idée, l'invention prévoit que l'ensemble des entrées/sorties du boîtier avec les échangeurs de chaleur, le circuit de captage de chaleur et le circuit de restitution de chaleur sont portées par ledit boîtier. Plus spécifiquement, les entrées/sorties du boîtier avec le circuit de captage de chaleur et le circuit de restitution de chaleur sont réalisées sur des perçages d'au moins une plaque d'extrémité, notamment sur la même plaque d'extrémité, tandis que les entrées/sorties du boîtier avec les échangeurs de chaleur sont réalisées au débouché de conduites parallè- les au plan des plaques. 0 On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre du dispositif de l'invention, en référence aux dessins annexés où les mêmes références numériques désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnellement semblables. La Figure 1 est une vue en perspective d'un boîtier répartiteur de fluide caloporteur conforme à l'invention. La Figure 2 est une vue en perspective éclatée d'un empilement de plaques constituant le corps du boîtier de la Figure 1. Les Figures 3a et 3b sont respectivement des vues de dessus et de des-sous d'une première plaque d'extrémité du corps de boîtier de la Figure 2. Les Figures 4a et 4b sont respectivement des vue de dessus et de des- sous d'une première plaque intermédiaire du corps de boîtier de la Figure 2. Les Figures 5a et 5b sont respectivement des vue de dessus et de des-sous d'une deuxième plaque intermédiaire du corps de boîtier de la Figure 2. Les Figures 6a et 6b sont respectivement des vue de dessus et de des-sous d'une deuxième plaque d'extrémité du corps de boîtier de la Figure 2. La Figure 7 est un schéma d'une application du boîtier de la Figure 2 à une installation de chauffage/climatisation. La Figure 8 est une vue en coupe d'un joint d'étanchéité entre deux plaques contigües avant soudage des plaques. 0 Sur la Figure 1 est représenté un boîtier répartiteur 100 d'un fluide calo-porteur au sein d'une installation de chauffage/climatisation comprenant en outre des échangeurs de chaleur avec une unité thermodynamique, comme une pompe à chaleur eau/eau, des circuits de captage de chaleur et des circuits de restitution de chaleur. Plus précisément, le boîtier 100 est destiné à assurer l'interconnexion sélective de ces divers composants selon différents schémas combinatoires de distribution de fluide prédéterminés. Le boîtier répartiteur 100 de la Figure 1 est du type de celui décrit dans le WO 2009/071765 A2 précité, et constitue une réalisation particulière du boîtier montré à la Figure 3 de cette demande, avec seize vannes et les seize entrées/sorties de liaison correspondantes avec les échangeurs de chaleur et les circuits de captage et de restitution. Cependant, il est bien entendu que l'invention s'applique à tout type de 20 boîtier répartiteur et qu'elle ne doit pas être limitée à cet exemple spécifique. Comme on peut le voir sur la Figure 1, le boîtier répartiteur 100 conforme à l'invention comprend un corps 101 constitué d'un empilement de plaques sensiblement parallèles. La Figure 2 montre le corps 101 de boîtier 25 sous forme éclatée. Dans ce mode de réalisation, les plaques sont au nombre de quatre, à savoir deux plaques P1, P4 d'extrémité et deux plaques P2, P3 intermédiaires. Dans le mode de réalisation particulier des Figures 1 et 2, les plaques P1 P2, P3, P4 sont des plaques à parois minces, réalisées par moulage d'un 30 matériau plastique comme le polypropylène et rigidifiées au moyen d'un réseau de nervures 102. La Figure 2 montre l'empilement des plaques P1, P2, P3, P4 avant qu'elles ne soient assemblées par collage ou, mieux, par soudage aux ultrasons. Chaque plaque présente au moins une face dite de contact avec 35 une plaque contigüe. Plus précisément, les plaques P1, P4 d'extrémité ne présentent qu'une seule face de contact notée respectivement F12 et F43 avec les plaques intermédiaires P2 et P3. Les plaques intermédiaires P2, P3 présentent deux faces de contact, à savoir, pour la plaque P2, les fa-ces F21, F23 de contact avec la plaque P1 d'extrémité et la plaque inter- médiaire P3, et, pour la plaque P3, les faces F32, F34 de contact avec la plaque intermédiaire P3 et la plaque P4 d'extrémité. En bref, lorsque les plaques sont assemblées, les faces sont en contact par paires : F12 avec F21, F23 avec F32 et F34 avec F43. Des vues de dessus et de dessous des plaques P1, P2, P3, P4 sont mon- Crées respectivement sur les Figures 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 54b, 6a, 6b. On peut voir sur ces Figures qu'une face de contact de chaque plaque porte au moins une empreinte, notée génériquement E, formant une demi-conduite constituant avec une demi-conduite formée par une empreinte d'une plaque contigüe une conduite complète parallèle au plan des plaques. Sur la Figure 3b, la face F12 de contact de la plaque P1 d'extrémité avec la plaque intermédiaire P2 présente notamment une empreinte E12 représentée en relief sur la Figure 3a. Lorsque les faces F12 de la plaque P1 et F21 de la plaque P2 viennent en contact l'une contre l'autre, la demi-conduite formée par l'empreinte E12 constitue avec la demi-conduite formée par l'empreinte E21 portée par la face F21 de la plaque P2 de la Figure 4a une conduite complète parallèle au plan des plaques. L'empreinte E21 est visible en transparence sur la Figure 4b qui représente la face F23 de contact de la plaque P2 avec la plaque intermédiaire P3. La face F23 présente une empreinte E23, par exemple, qui constitue avec l'empreinte E32 de la face F32 de contact de la plaque P3 de la Figure 5b une conduite complète parallèle au plan des plaques. L'empreinte E32 est visible en relief sur la Figure 5a. Sur cette Figure, on peut voir que la face F34 de contact de la plaque P3 avec la plaque d'extrémité P4 porte, par exemple, une empreinte E34, visible également en transparence sur la Figure 5b, qui forme avec l'empreinte E43 de la face F43 de contact de la plaque P4 montrée sur la Figure 6a, une conduite complète parallèle au plan des plaques. L'empreinte E43 est montrée en relief sur la Figure 6b. En complément des conduites parallèles au plan des plaques qui viennent d'être décrites, le corps 101 du boîtier répartiteur 100 comporte également des conduites perpendiculaires au plan des plaques communiquant avec les conduites parallèles. Ces conduites perpendiculaires sont réalisées par des perçages pratiqués dans les faces de contact des plaques, de sorte qu'un perçage d'une plaque coïncide avec un perçage d'une plaque contigüe pour former un élément de conduite perpendiculaire. Ainsi par exemple, le perçage T12 de la plaque P1 d'extrémité se trouve en regard du perçage T21 sur la face F21 de contact de la plaque P2. Ce perçage T21 forme avec le perçage T23 de la face F23 de contact de la même plaque P2 une conduite perpendiculaire au plan des plaques. Au niveau de l'interface entre les plaques P2 et P3, le perçage T23 communique avec le perçage T32 sur la face F32 de contact de la plaque P3 par une conduite parallèle au plan des plaques constituée par les empreintes E'23 et E'32. Le perçage T32 forme avec le perçage T34 de la face F34 de contact de la plaque P3 une conduite perpendiculaire au plan des plaques. Enfin, le perçage T34 se trouve en regard du perçage T43 de la face F43 de contact de la plaque P4 d'extrémité. Dans le mode de réalisation décrit, les perçages, tels que T12, de la plaque P1 d'extrémité définissent 32 orifices, désignés génériquement 01, reliés deux à deux par 16 électrovannes, désignées génériquement 110. Toutes les électrovannes sont donc disposées entre deux perçages sur une même plaque P1 d'extrémité du corps 101 du boîtier 100 et selon un motif régulier. L'accès aux électrovannes est donc facilité, notamment lors du changement de l'une d'entre elles en cas de dysfonctionnement. Si, dans une application simplifiée, des électrovannes devaient être supprimées, alors les perçages correspondants pourraient être shuntés ou bou- chés. Du côté de la plaque P4 d'extrémité, les perçages tels que T43 définissent 12 orifices, désignés génériquement 04, destinés à assurer l'entrée et la sortie de fluide caloporteur avec les circuits de captage et de restitution de chaleur. Comme le montrent les Figures 1 et 2, les entrées/sorties 121, 122 avec l'échangeur froid (C) et 131, 132 avec l'échangeur chaud (H) de la pompe à chaleur sont réalisées au débouché de conduites parallèles au plan des plaques, aux interfaces entre les plaques 1 et 2 d'une part, et les plaques 3 et 4 d'autre part. On obtient ainsi un boîtier 100 très compact dans lequel l'ensemble des entrées/sorties du boîtier avec les échangeurs de chaleur, le circuit de captage de chaleur et le circuit de restitution de chaleur sont toutes portées par le corps 101 de boîtier. L'avantage d'une telle compacité est que, même avec des conduites de 30 mm de diamètre ou plus, on peut réaliser un corps 101 de boîtier ayant des plaques P1, P4 d'extrémité de 2 cm de haut et des plaques intermédiaires P2, P3 de 4 cm de haut, soit une hauteur totale de 12 cm pour une base de 65x75 cm. La Figure 7 montre le schéma d'une installation de chauffage/climatisation construite autour du boîtier répartiteur 100 de la Figure 1. On retrouve les entrées/sorties (respectivement désignées I et O) avec les échangeurs chaud (H) et froid (C) d'une pompe à chaleur de type eau/eau par exemple, ainsi qu'avec le circuit de captage de chaleur en sous-sol (CAPT), et les circuits de restitution par ventilo-convecteurs (VC), basse température (BT), haute température (HT), pour l'eau chaude sanitaire (ECS) et pour un bassin tel qu'une piscine ou un jacuzzi (P). La Figure 8 montre comment l'étanchéité entre les faces de contact de deux plaques Pi et Pi+1 contigües peut être réalisée. Chaque plaque porte au moins une entretoise ET;, ET;+1 en saillie, réalisée par moulage avec la plaque elle-même. Au moment de l'assemblage des plaques, les entretoises homologues sont disposées dans le prolongement l'une de l'autre. Lors du soudage par ultrasons, les plaques P;, P;+1 sont rapprochées et le matériau plastique constituant les entretoises ET;, ET;+1 se ra- mollit et vient occuper l'espace défini par les gorges G; et G;+1 pour y for-mer un joint d'étanchéité. REVENDICATIONS1. Boîtier répartiteur (100) d'un fluide caloporteur, comprenant un réseau de conduites destiné à interconnecter sélectivement, selon différents schémas combinatoires de distribution de fluide prédéterminés, des échangeurs de chaleur du fluide caloporteur avec une unité thermodynamique, au moins un circuit de captage de chaleur par le fluide caloporteur, et au moins un circuit de restitution de chaleur par le fluide caloporteur, caractérisé en ce que le boîtier répartiteur (100) est réalisé sous la forme d'un empilement (101) d'une pluralité de plaques (P1, P2, P3, P4) sensi- blement parallèles, chaque plaque P; présentant au moins une face F;j de contact avec une plaque contigüe Pi de l'empilement, et en ce qu'une face F;j de contact d'une plaque Pi porte, d'une part, au moins une empreinte E;j formant une demi-conduite constituant avec une demi-conduite formée par une empreinte Ej; d'une plaque contigüe Pj une conduite parallèle au plan des plaques, et, d'autre part, au moins un perçage T;j constituant avec un perçage Tj; d'une plaque contigüe Pi au moins un élément d'une conduite perpendiculaire au plan des plaques. 2. Boîtier répartiteur selon la revendication 1, dans lequel une plaque (P1) d'extrémité de l'empilement (101) porte au moins une électrovanne (110) disposée entre deux perçages ménagés sur ladite plaque d'extrémité. 3. Boîtier répartiteur selon la revendication 2, dans lequel l'ensemble des électrovannes du boîtier sont disposées sur une même plaque d'extrémi- té. 4. Boîtier répartiteur selon la revendication 3, dans lequel les électrovannes (110) sont disposées selon un motif régulier. 5. Boîtier répartiteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'ensemble des entrées/sorties du boîtier avec les échangeurs de chaleur, le circuit de captage de chaleur et le circuit de restitution de chaleur sont portées par ledit boîtier (100). 6. Boîtier répartiteur selon la revendication 5, dans lequel les entrées/sorties du boîtier (100) avec le circuit de captage de chaleur et le circuit de restitution de chaleur sont réalisées sur des perçages d'au moins une plaque (P4) d'extrémité. 7. Boîtier répartiteur selon la revendication 6, dans lequel lesdites entrées/sorties sont réalisées sur la même plaque (P4) d'extrémité. 8. Boîtier répartiteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, 10 dans lequel les entrées/sorties du boîtier (100) avec les échangeurs (H, C) de chaleur sont réalisées au débouché de conduites parallèles au plan des plaques. 9. Boîtier répartiteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 15 dans lequel les plaques de l'empilement sont des plaques à parois min-ces, pourvues de nervures (102) de rigidification. 10. Boîtier répartiteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les plaques (P1, P2, P3, P4) de l'empilement sont réalisées 20 par moulage d'un matériau plastique. 11. Boîtier répartiteur selon la revendication 10, dans lequel le matériau plastique est du polypropylène. 25 12. Boîtier répartiteur selon l'une des revendications 10 ou 11, dans lequel les plaques (P1, P2, P3, P4) sont assemblées par collage ou soudage aux ultrasons. 13. Boîtier répartiteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, 30 dans lequel les conduites ont un diamètre d'au moins 30 mm. 14. Boîtier répartiteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, comportant des joints assurant l'étanchéité des conduites entre deux plaques contigües (Pi, Pi+1). 35 15. Boîtier répartiteur selon la revendication 14, dans lequel les joints d'étanchéité sont réalisés par fusion d'entretoises (ET;, ET;,,) ménagées entre les faces de contact de deux plaques contigües (P;, P;+1).