Brevet FR3092905A1 — publié le 20200821

Description Titre de l'invention : Pompe à chaleur extérieure à isolation acoustique tubulaire Domaine de l'invention [0001] Le domaine de l'invention est celui des pompes à chaleur et des groupes frigo- rifiques. Plus précisément, l'invention concerne une pompe à chaleur ou un groupe de production de froid installé à l'extérieur d'un bâtiment dont la carrosserie est entourée par des tubes souples remplis d'eau, isolant acoustiquement l'appareil. Le concept permet l'utilisation de fluides frigorigènes inflammables tel le propane. Art antérieur [0002] Diverses technologies ont été proposées dans le but de réduire le bruit des équipements frigorifiques et des pompes à chaleur. [0003] On connaît déjà des systèmes de pompes à chaleur où le caisson comprenant les composants frigorifiques est intégralement enterré à l'extérieur. Une telle installation monobloc est avantageuse dans le sens ou aucun raccordement en fluide frigorigène n'est à effectuer vers l'intérieur du bâtiment permettant ainsi l'utilisation de fluides frigorigènes inflammables des groupes 2A et 3. [0004] On connaît également des équipements comportant un isolant acoustique placé à l'intérieur de la carrosserie mais aucun placé à l'extérieur de celle-ci. Inconvénients de l'art antérieur [0005] Les systèmes dont la carrosserie est enterrée à l'extérieur présentent l'inconvénient de nécessiter en premier un terrassement et de poser des difficultés pour effectuer les opérations d'installation et de maintenance. Dc plus le caisson pourra sc remplir d'eau en cas d'orage ou d'infiltration mettant le matériel en défaut. [0006] Les autres appareils extérieurs, permettant l'utilisation de fluides frigorigènes in- flammables, ne sont pas esthétiques et requièrent d'importantes épaisseurs d'isolant acoustique. Objectifs de l'invention [0007] Le premier objectif de l'invention est de proposer un système de pompe à chaleur ou de production de froid facile à installer dans un caisson fermé permettant l'utilisation de fluides frigorigènes inflammables, de réaliser à l'extérieur du caisson une isolation acoustique performante à l'aide d'un tuyau d'eau, de permettre un accès facile aux équipements frigorifiques pour la maintenance et d'avoir la double fonction d'enrouleur de tuyau d'arrosage et d'équipement thermodynamique. L'esthétique soignée du caisson fait oublier l'équipement thermodynamique. [0008] C'est d'une manière générale un but de l'invention de fournir une installation de 2 chauffage par pompe à chaleur ou un groupe de production de froid ne présentant pas les défauts des installations connues. [0009] Le système se compose d'un caisson fermé installé à l'extérieur et renfermant tous les composants frigorifiques L'ensemble est relié à l'intérieur du bâtiment par deux tuyauteries d'eau assurant le chauffage ou le refroidissement et à deux autres tuyauteries le raccordant à la source de chaleur extérieure. En version pompe à chaleur, le système assure le chauffage d'un liquide destiné à alimenter des radiateurs à eau chaude, un plancher chauffant, des ventilo-convecteurs ou encore l'échangeur d'un ballon d'eau chaude sanitaire. [0010] Le montage à l'extérieur de l'équipement autorise, en plus des fluides frigorigènes traditionnels, l'utilisation d'hydrocarbures tels r isohutanc, le propane ou autres ce qui élimine en quasi totalité l'action directe néfaste sur la couche d'ozone et sur l'effet de serre. Exposé de l'invention [0011] Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaitront par la suite sont atteints à l'aide d'une installation de pompe à chaleur ou de production de froid installée à l'extérieur d'un bâtiment dont le compresseur est logé dans un caisson, caractérisée en ce que ledit caisson est entourée sur une partie substantielle de sa surface extérieure par au moins un tube souple rempli d'eau, destiné à isoler acoustiqucment l'installation. [0012] L'installation comprend donc un circuit frigorifique avec compresseur et accessoires installé dans un caisson fermé, préférentiellement de forme arrondie. Le caisson se fixe de préférence sur le mur du bâtiment et peut comporter un capot démontable en façade avant. Le caisson est entouré par une tuyauterie souple d'eau, par exemple un tuyau d'arrosage, qui assure efficacement l'isolation acoustique du système thermodynamique. La forme arrondie du caisson assure la fonction d'enrouleur du tuyau d'arrosage. L'émission acoustique du compresseur est largement diminuée par les tuyaux souples remplis d'eau ; la puissance acoustique émise passe ainsi de 60 dBa à 48 dBa pour unc pompe à chaleur de 5 kW entourée par deux épaisseurs de tuyaux d'arrosage. [0013] L'invention concerne notamment un système de chauffage, de rafraîchissement par pompe à chaleur raccordée à des capteurs aérosolaires, des capteurs enterrés, des sondes géothermiques ou autre source de chaleur où le système prélèvera ou rejettera de la chaleur. [0014] Dans le cadre de l'invention, le terme "pompe à chaleur" doit être entendu dans son acception générale. Il vise ainsi un dispositif comprenant au moins, de façon connue en soi, un compresseur, au moins un échangeur de chaleur formant évaporateur, et au moins un échangeur de chaleur formant condenseur intégrés dans un circuit de fluide 3 frigorigène. [0015] Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'installation est une pompe à chaleur du type eau-glycoléc/eau ou eau/cau. [0016] Selon un aspect particulier de l'invention, tous les composants frigorifiques sont placés à l'intérieur du caisson isolé acoustiquement. [0017] La source froide extérieure peut être constituée par des tubes enterrés à eau glycol& de type horizontaux, des sondes géothermiques, des clôtures énergétiques ou autres dispositifs. Elle pourra également faire appel à de l'eau de source de rivière ou de nappes ou encore à des réservoirs de récupération d'eau de pluie ou tout autre type de récupération ou de transfert de chaleur à un circuit d'eau. [0018] Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'installation est une pompe à chaleur aérosolaire/eau ou sol/eau. Elle peut être réalisée avec des capteurs évaporateurs aérosolaircs, enterrés à détente directe ou autre, l'évaporateur est placé à l'extérieur du caisson thermodynamique et lui est raccordé par deux liaisons frigorifiques extérieures. [0019] La source froide extérieure peut être constituée par des tubes enterrés à détente directe de type horizontaux, des sondes géothermiques à détente directe, des capteurs évaporateurs ou autres dispositifs à détente directe. [0020] Ces conceptions permettent l'utilisation de fluides frigorigènes hydrocarbures, à effet de serre négligeable, tout en assurant la sécurité du système. [0021] Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'installation est ladite ins- tallation est une pompe à chaleur réversible, pour une utilisation en mode production de froid. [0022] Selon un aspect particulier de l'invention, le fluide frigorigène mis en oeuvre dans l'installation est un hydrocarbure, par exemple du type R-600a, R-290 ou autre fluide mais pourra également être du type hych-ofluorocarbure. [0023] Selon un aspect particulier de l'invention, les composants hydrauliques tels la pompe, le vase d'expansion, peuvent être placés à l'intérieur de la pompe à chaleur. [0024] L'installation selon invention peut également présenter les caractéristiques suivantes : - ledit caisson comporte une porte avant démontable. - la façade arrière dudit caisson comporte une ouverture permettant de raccorder la pompe à chaleur. - ledit tube souple est enroulé en plusieurs couches superposées autour d'au moins une partie dudit caisson. - ledit tube souple est un tuyau d'arrosage et en ce que ledit caisson forme un enrouleur pour ledit tube. Liste des figures 100251 L'invention sera bien comprise par la description qui suit faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels : [0026] [fig.1] est une installation de pompe à chaleur cau-glycolée/cau ou cau/cau selon l' invention. [0027] [fig.2] représente une vue extérieure de l'invention avec porte avant fermée. [0028] [fig.3] représente une vue extérieure de côté de l'invention avec porte avant fermée et tubes en coupe. [0029] [fig.4] représente une installation de pompe à chaleur détente directe/eau selon l'invention utilisable avec des capteurs évaporateurs aérosolaires, enterrés à détente directe ou autre évaporateur extérieur. Description détaillée [0030] Rappel du principe de l'invention : [0031] L'invention propose ainsi de mettre en oeuvre une installation de pompe à chaleur à compression assurant le chauffage, la production d'eau chaude sanitaire et ou la climatisation. Le système est installé à l'extérieur dans un caisson fermé isolé acoustiquement par des tuyaux d'eau souples enroulés à l'extérieur du caisson. [0032] Exemples de mode de réalisation de l'invention [0033] Une installation de pompe à chaleur selon l'invention, figure 1, comporte un caisson métallique (1) de forme arrondie comportant une tôle arrière (3) et des pattes de fixation (4) destinées à fixer le capot avant démontable. Le caisson comporte un compresseur frigorifique (6) refoulant dans un condenseur (8). Lc compresseur (6) sera de type à piston, rotatif, à spirales ou autre, il pourra être également de type à vitesse variable "Inverter". Lc système frigorifique monobloc sera chargé d'usine en fluide frigorigène. Le fluide frigorigène utilisé dans le circuit sera de préférence du type hydrocarbure tel le R-600a, le R-290, ou du type R-134a ou autre. [0034] Lc caisson (1,3) pourra aussi être réalisé en matériau synthétique ou naturel. [0035] Le liquide frigorigène formé dans le condenseur (8) est ensuite dirigé vers un réservoir (10) puis un détendeur (9). L'évaporateur (7) assure la vaporisation du fluide frigorigène, le gaz formé sera ensuite aspiré par le compresseur (6). [0036] L'eau à chauffer en hiver arrive par la canalisation (16) dans l'installation, la pompe (11) la pulse dans le condenseur (8) qui la chauffe et la renvoie ensuite dans la maison par la tuyauterie (17). Parallèlement de l'eau (ou de l'eau-glycolée) provenant de la source de chaleur extérieure à l'installation pénètre par la tuyauterie (15) dans l'appareil, elle est pulsée par la pompe (12) qui l'envoie dans l'évaporateur où elle va se refroidir avant d'être renvoyée par la tuyauterie (14) vers la source froide extérieure. Un contrôleur de débit (13) protège l'évaporateur de tout risque de gel en cas de désamorçage de la pompe. [0037] Un orifice (5) dégagé sur la tôle arrière (3) permet le passage des tuyauteries et aussi les câbles de régulation et d'alimentation de la pompe à chaleur. [0038] Un tuyau souple (2) est enroulé autour de la tôle arrondie (1) de façon à former une ou plusieurs épaisseurs de tubes, isolant acoustiquement de façon très efficace la pompe à chaleur. [0039] Une installation de pompe à chaleur, figure 2, représente l'invention en vue ex- térieure. Le caisson métallique (1) de forme arrondie permet d'enrouler le tuyau d'arrosage (2). La façade avant est une porte démontable (20) comporte 4 vis (21) permettant de la fixer sur les pattes de fixation (4) du caisson (1). Un joint d'étanchéité non représenté assurera la liaison entre les deux pièces assemblées (1) et (20). La porte (20) pourra être soit métallique soit réalisé en matériau synthétique ou naturel tel du bois ; elle pourra être revêtue intérieurement d'un isolant phonique. [0040] Une installation de pompe à chaleur, figure 3, représente l'invention en vue de côté extérieure avec la porte (20) fermée et tubes (2) en coupe. Le caisson métallique (1) de forme arrondie permet d'enrouler le tuyau d'arrosage (2). La dimension de la porte avant démontable (20) permet aux tuyaux (2) de ne pas tomber au sol après enroulage. L'orifice (5) situé en bas de la tôle (3) permet le passage des tubes et câbles vers l'habitation ou vers la source extérieure. [0041] Une installation de pompe à chaleur selon l'invention, figure 4, comporte un caisson métallique (1) de forme arrondie comportant une tôle anière (3) et des pattes de fixation (4) destinées à fixer le capot avant démontable. Le caisson comporte un compresseur frigorifique (6) refoulant dans un condenseur (8). Le compresseur (6) sera de type à piston, rotatif, à spirales ou autre, il pourra être également de type à vitesse variable -Inverter. Les canalisations (24, 25) pourront être équipes de raccords autoobturables ou operculables (non représentés) permettant au système frigorifique d'être préchargé d'usine en fluide frigorigène. Le fluide frigorigène utilisé dans le circuit sera de préférence du type hydrocarbure tel le R-600a, le R-290, ou du type R-134a ou autre. [0042] Le liquide frigorigène formé dans le condenseur (8) est ensuite dirigé vers un réservoir (10) puis un détendeur (9) et ensuite envoyé vers l'évaporateur extérieur par la tuyauterie (25). Le retour des gaz depuis l'évaporateur arrivent dans la pompe à chaleur par la tuyauterie (24) et seront ensuite aspirés par le compresseur (6). [0043] L'eau à chauffer en hiver arrive par la canalisation (16) dans l'installation, la pompe (11) la pulse dans le condenseur S(8) qui la chauffe et la renvoie ensuite dans la 6 maison par la tuyauterie (17). [0044] Un orifice (5) dégagé sur la tôle arrière (3) permet le passage des tuyauteries et aussi les câbles de régulation et d'alimentation de la pompe à chaleur. [0045] Un tuyau souple (2) est enroulé autour de la tôle arrondie (1) de façon à former une ou plusieurs épaisseurs de tubes, isolant acoustiquement de façon très efficace la pompe à chaleur. [0046] Le circuit hydraulique de la pompe à chaleur pourra être complété par un vase d'expansion (non représenté) destiné à compenser la dilatation du liquide contenu dans l'appareil de chauffage situé à l'intérieur du bâtiment. Un purgeur dégazeur (non représenté) sera placé en partie haute du circuit hydraulique, il est destiné à évacuer l'air du circuit hydraulique mais aussi le gaz frigorigène en cas de rupture des parois du condenseur de la pompe à chaleur évitant ainsi que le gaz se propage à l'intérieur des locaux. Il pourra être remplacé par une soupape de sécurité tarée à 3 bars. [0047] Une application particulièrement intéressante de l'invention est son utilisation dans la rénovation du chauffage des maisons individuelles avec des pompes à chaleur eauglycolée/eau, eau/eau, aérosolaireleau ou sol/eau. [0048] Une utilisation très intéressante est l'utilisation complémentaire de l'invention comme enrouleur de tuyaux d'arrosage rendant ainsi quasi invisible et inaudible la pompe à chaleur. [0049] La pompe à chaleur pourra être préchargéc en fluide frigorigène et équipée de liaisons avec raccords auto-obturables ou operculables dans la version avec évaporateur extérieur. [0050] Une autre application intéressante de l'invention est son utilisation dans l'habitat in- dividuel, en neuf et en rénovation, afin d'assurer le chauffage central, la production de froid et, ou la production d'eau chaude sanitaire. [0051] L'installation trouvera une excellente application en couplage avec des capteurs solaires photovoltaïques en assurant gratuitement le chauffage, l'eau chaude et la production de froid. [0052] D'une manière générale et non limitative, l'invention s'applique dans tous systèmes nécessitant l'utilisation de la chaleur en hiver et de froid en été. L'invention peut également être utilisée dans des systèmes frigorifiques. 7