Brevet FR3163716A1 — publié le 20251226

La pompe (20) comprend un circuit pour réfrigérant, un évaporateur avec une portion (22) du circuit installée dans le sol (21), un compresseur, un condenseur et un détendeur. Ladite portion (22) comporte au moins un élément tubulaire avec une extrémité libre (25) dans le sol (21) et une extrémité aérienne (26) communiquant avec le détendeur et le compresseur. L’élément (22) comporte un premier canal de l’extrémité aérienne (26) vers l’extrémité libre (25) communiquant avec le détendeur et un deuxième canal de l’extrémité libre (25) vers l’extrémité aérienne (26) communiquant avec le compresseur. L’élément (22) a été ancré obliquement dans le sol (21). Figure de l’abrégé : Figure 2 Pompe à chaleur géothermique de surface et son procédé d’installation Le domaine de l’invention concerne les pompes à chaleur. Le principe d’une pompe à chaleur, illustré sur la FIG. 1 , est basé sur un fluide réfrigérant, dont le point d’ébullition est très bas, auquel la chaleur d’un milieu ambiant 2 est transférée dans un premier échangeur de chaleur 3, dans lequel le réfrigérant se vaporise 4. Cet échangeur est dénommé évaporateur. Le réfrigérant gazeux 4 est comprimé dans un compresseur 5 et chauffé fortement. Le réfrigérant gazeux à haute température 6 passe alors dans un deuxième échangeur de chaleur 7 dans lequel sa chaleur est transférée vers un accumulateur de chaleur du système de chauffage relié à un circuit de distribution de chaleur dans les locaux à chauffer 8. Le réfrigérant, dans le deuxième échangeur 7, se refroidit donc et se liquéfie. Ce deuxième échangeur est dénommé condenseur. La pression du réfrigérant refroidi 9 sortant du condenseur 7 est diminuée dans un détendeur 10 où sa température est encore rabaissée à celle qu’il doit avoir dans l’évaporateur 3. Les échangeurs, le compresseur et le détendeur forment le circuit frigorifique de la pompe à chaleur. On notera, mais sans ne plus rentrer dans des considérations théoriques, qu’une pompe à chaleur peut être considérée aussi bien comme un système de chauffage, si on souhaite augmenter la température de la source chaude, qu’un système de réfrigération, si on souhaite abaisser la température de la source froide, ce qui est mis en œuvre dans un climatiseur ou réfrigérateur. L’invention concerne plus particulièrement les pompes à chaleur géothermiques, pour lesquelles le milieu ambiant est le sol qui constitue alors l’évaporateur dans lequel circule le fluide réfrigérant. Ces pompes à chaleur sont de deux types. Les pompes à chaleur géothermiques de profondeur permettent de récupérer beaucoup de chaleur indépendamment de la température extérieure, mais nécessitent de faire des forages de grande profondeur, entre 100 et 4000m. Les forages et les réparations sont onéreux et les fuites sont très néfastes pour l’environnement. Les pompes à chaleur géothermiques de surface qui récupèrent la chaleur à la surface du sol, au moyen de tubes verticaux de 5 à 10m, ou de serpentins verticaux disposés dans le sol à une profondeur de 30cm à 10m, ou de serpentins horizontaux disposés dans le sol à une profondeur de 20cm à 2m. Ces dernières pompes à chaleur sont principalement utilisées dans les maisons individuelles. Mais elles présentent l’inconvénient de devoir creuser des tranchées pour le réseau du fluide réfrigérant, ce qui est onéreux et dégrade les jardins. La réparation des fuites et le remplacement de pièces ne sont pas non plus faciles. Le problème de l’invention de la présente demande est donc de proposer une pompe à chaleur géothermique de surface dont l’installation est rapide, économique, adaptée aux obstacles éventuels et surfaces particulières et dont l’entretien puisse être effectué rapidement, sans dommages et à bon marché. A cet effet, l’invention concerne une pompe à chaleur géothermique de surface comprenant un circuit d’écoulement d’un fluide réfrigérant, un évaporateur avec une portion du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant installée dans le sol, un compresseur, un condenseur et un détendeur, le condenseur étant destiné à être relié à un circuit de chauffage d’un local à chauffer, caractérisée par le fait que ladite portion du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant comporte au moins un élément tubulaire avec une extrémité libre introduite dans le sol et une extrémité aérienne communiquant avec le détendeur et le compresseur, ledit élément tubulaire comportant un premier canal d’écoulement de l’extrémité aérienne vers l’extrémité libre communiquant avec le détendeur et un deuxième canal d’écoulement de l’extrémité libre vers l’extrémité aérienne communiquant avec le compresseur. Ainsi, il est facile et rapide d’enfoncer par son extrémité libre l’élément tubulaire dans le sol et, ce, en l’inclinant par rapport à la surface du sol, sans avoir à creuser une tranchée et donc sans la moindre dégradation du sol. Dans la forme de réalisation préférée de la pompe à chaleur de l’invention, ladite portion du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant comporte un faisceau d’éléments tubulaires similaires disposés en série, le canal d’écoulement de l’extrémité aérienne du premier élément vers son extrémité libre communiquant avec le détendeur, le canal d’écoulement de l’extrémité libre du dernier élément vers son extrémité aérienne communiquant avec le compresseur, le canal d’écoulement de l’extrémité aérienne d’un élément vers son extrémité libre étant relié au canal d’écoulement de l’extrémité libre vers l’extrémité aérienne de l’élément précédent. Avantageusement, les éléments tubulaires sont disposés en étoile. Un élément tubulaire peut comporter un unique canal replié sur lui-même en deux parties formant respectivement les deux canaux d’écoulement. Un élément tubulaire peut comporter une partie tubulaire centrale formant le canal d’écoulement du réfrigérant réchauffé de l’extrémité libre vers l’extrémité aérienne, le canal d’écoulement du réfrigérant à réchauffer de l’extrémité aérienne vers l’extrémité libre étant formé par la partie annulaire de l’élément tubulaire entourant la partie tubulaire centrale. L’extrémité libre d’un élément tubulaire introduite dans le sol peut être effilée et filetée pour que l’élément puisse être vissé dans le sol. L’extrémité aérienne d’un élément tubulaire peut être agencée pour pouvoir être entrainée par un organe de vissage. L’invention concerne également un procédé d’installation d’une pompe à chaleur telle que présentée ci-dessus, caractérisé par le fait que, ayant installé le compresseur, le condenseur et le détendeur, pour installer dans le sol la portion du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant, on ancre obliquement dans le sol, par sa dite extrémité libre, le au moins un élément tubulaire de ladite portion du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant et on relie sa dite extrémité aérienne au détendeur et au compresseur. L’inclinaison de l’élément tubulaire doit dépendre de la nature du terrain, qui peut, par exemple, être de la terre, du sable, voire un terrain rocheux. Avantageusement, pour ancrer l’élément tubulaire dans le sol, on fore d’abord un trou, d’une longueur sensiblement égale à celle de l’élément tubulaire, puis on introduit l’élément tubulaire dans le trou. Si l’élément tubulaire a une extrémité libre effilée et filetée, on finit l’ancrage de l’élément tubulaire en le vissant dans le fond du trou. De préférence, pour installer dans le sol la portion du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant, on ancre obliquement dans le sol une pluralité d’éléments tubulaires similaires, on les relie entre eux deux à deux, on relie au détendeur le premier canal d’écoulement à l’extrémité aérienne du premier élément tubulaire de ladite pluralité et on relie au compresseur le deuxième canal d’écoulement à l’extrémité aérienne du dernier élément tubulaire. De préférence, on dispose la pluralité d’éléments tubulaires en un faisceau étoilé. On notera que généralement, pour une bonne récupération de la chaleur du sol, on adoptera des éléments tubulaires d’une longueur d’une dizaine de mètres environ. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, en référence au dessin en annexe, sur lequel la FIG. 1 représente schématiquement une pompe à chaleur standard ; la FIG. 2 est une illustration d’une première forme de réalisation de la pompe à chaleur de l’invention, dont le circuit d’écoulement du fluide réfrigérant comporte un seul élément tubulaire ; la FIG. 3 est une vue de dessus schématique d’un circuit d’écoulement du fluide réfrigérant à plusieurs éléments tubulaires disposés en étoile, d’une autre forme de réalisation de la pompe à chaleur de l’invention ; la figue 4 est une vue en coupe schématique d’une première forme de réalisation d’un élément tubulaire d’un circuit d’écoulement du fluide réfrigérant de la pompe à chaleur de l’invention et la FIG. 5 est une vue en coupe schématique d’une deuxième forme de réalisation d’un élément tubulaire d’un circuit d’écoulement du fluide réfrigérant de la pompe à chaleur de l’invention. Toute forme de réalisation de la pompe à chaleur géothermique de surface de l’invention 20 comporte les éléments classique 3, 5, 7, 10 d’une pompe à chaleur tels que décrits dans le préambule de la présente demande en référence à la FIG. 1 , à l’exception du fait que le premier échangeur 3 ne reçoit pas la chaleur du milieu ambiant, mais du sol 21. Dans la forme de réalisation de la FIG. 2 , la pompe 20 comporte un circuit d’écoulement du fluide réfrigérant dont la portion installée dans le sol 21 ne comporte qu’un seul élément tubulaire 22. A cet effet, on a préalablement obliquement foré un trou 23, d’une longueur sensiblement égale à celle de l’élément 22, dans lequel on a ensuite introduit l’élément tubulaire 22 ainsi ancré dans le sol 21, dans une position inclinée par rapport à la surface 24 du sol 21. L’élément tubulaire 22 comporte une extrémité libre 25, par laquelle on l’a introduit dans le trou 23, et une extrémité aérienne 26 reliée au détendeur 10 et au compresseur 5. En référence à la forme de réalisation de la FIG. 4 de l’élément tubulaire 22’, ce dernier comporte un premier canal 27’ d’écoulement du fluide réfrigérant de l’extrémité aérienne 26’ vers l’extrémité libre 25’, communiquant avec le détendeur 10, et un deuxième canal 28’ d’écoulement du fluide de l’extrémité libre 25’ vers l’extrémité aérienne 26’, communiquant avec le compresseur 5. Le deuxième canal 28’, d’écoulement du réfrigérant, réchauffé par la chaleur du sol, de l’extrémité libre 25’ vers l’extrémité aérienne 26’, est formé dans la partie tubulaire centrale de l’élément 22’ qui est délimitée par une paroi isolante thermiquement 30’ et qui s’étend à l’intérieur de la partie annulaire de l’élément 22’, dans laquelle est formé le premier canal 27’ d’écoulement du fluide réfrigérant à réchauffer par la chaleur du sol et qui entoure donc le deuxième canal 28’. On notera que l’extrémité libre 25’ de l’élément 22’ est effilée et filetée, ce qui a permis, pour son ancrage dans le sol, d’y visser l’élément. De même, l’extrémité aérienne 26’ de l’élément 22’ est agencée pour permettre son entrainement par un organe de vissage et avoir par exemple un contour polygonal. Dans le fond de l’élément tubulaire 22’, près de sa pointe 25’, on a disposé un clapet anti-retour annulaire 29’, empêchant le fluide réfrigérant à réchauffer de remonter dans son canal d’écoulement 27’. En référence à la forme de réalisation de la FIG. 5 de l’élément tubulaire 22’’, il a exactement la même forme extérieure que l’élément 22’, avec sa pointe d’extrémité libre 25’’ et son extrémité aérienne 26’’. Par contre, l’intérieur de l’élément 22’’ ne comporte qu’un seul canal mais replié sur lui-même en deux parties, séparés par une cloison 30’’ thermiquement isolante, et formant respectivement les deux canaux d’écoulement, respectivement reliés au détendeur 10 et au compresseur 5, 27’’, du fluide à réchauffer, et 28’’ du fluide réchauffé. Dans le fond de l’élément tubulaire 22’’, près de sa pointe 25’’ mais dans la seule partie du canal 27’’, on a disposé un simple clapet anti-retour 29’’ pour empêcher que le fluide réfrigérant à réchauffer ne remonte dans son canal d’écoulement 27’’. On notera encore que l’angle d’inclinaison de l’élément tubulaire 22 (22’,22’’) peut varier en fonction de la nature du terrain. Dans la forme de réalisation préférée de la FIG. 3 , la pompe, dont on n’a représenté que la portion 40 installée dans le sol du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant, est identique à celle de la FIG. 1 , à l’exception de cette portion 40 du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant. La portion du circuit 40 comporte un faisceau étoilé d’éléments tubulaires 22 tous similaires à l’un ou l’autre des éléments 22’,22’’ des figures 4,5. Dans l’exemple représenté, le premier échangeur comporte ici 8 éléments tubulaires ancrés dans le sol comme celui de la forme de réalisation de la pompe de la FIG. 2 . Le faisceau 40 comporte un premier élément tubulaire 41 et un dernier élément tubulaire 48, ici le huitième. Les huit éléments tubulaires 41-48 sont disposés en série reliés deux à deux. Ainsi, le canal d’écoulement de l’extrémité aérienne 51 du premier élément 41 vers son extrémité libre 61 est relié au détendeur 10 ; le canal d’écoulement de l’extrémité libre 71 du dernier élément 48 vers son extrémité aérienne 81 est relié au compresseur 5. Le canal d’écoulement de l’extrémité aérienne 261 d’un des sept éléments tubulaires suivant le premier vers son extrémité libre 262 est relié au canal d’écoulement de l’extrémité libre 263 vers l’extrémité aérienne 264 de l’élément précédent. La liaison des éléments tubulaires entre eux, par leurs extrémités aériennes, s’effectue à travers un distributeur 90 par l’intermédiaire de circuits les plus courts possibles. On remarquera que les liaisons des canaux d’écoulement au détendeur et au compresseur, sur toutes les figures 2-5, sont illustrées par des flèches référencées 5 et 10 dirigées vers ces deux éléments 5 et 10 de la pompe. Il est intéressant de noter que l’étanchéité des canaux d’écoulement des éléments tubulaires est facile à vérifier, leurs extrémités aériennes étant regroupées dans une zone très proche du distributeur 90. Pour remplacer un élément tubulaire, il suffit de le sortir de son trou, en le dévissant selon le cas, et en y ancrant un autre non défectueux. C’est une opération facile et rapide. On a représenté sur la FIG. 3 un faisceau d’éléments tubulaires sensiblement de mème longueur. Bien entendu, ce n’est absolument pas une caractéristique limitative de l’invention. Le faisceau 40, selon la nature et la structure du sol, peut naturellement comporter des éléments tubulaires de différentes longueurs et, bien entendu, d’inclinaisons différentes. Pompe à chaleur géothermique de surface (20) comprenant un circuit d’écoulement d’un fluide réfrigérant, un évaporateur (3) avec une portion (22,40) du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant installée dans le sol (21), un compresseur (5), un condenseur (7) et un détendeur (10), le condenseur (7) étant destiné à être relié à un circuit de chauffage d’un local à chauffer (8), caractérisée par le fait que ladite portion du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant comporte au moins un élément tubulaire (22 ;22’ ;22’’) avec une extrémité libre (25) introduite dans le sol (21) et une extrémité aérienne (26) communiquant avec le détendeur (10) et le compresseur (5), ledit élément tubulaire (22) comportant un premier canal d’écoulement (27’;27’’) de l’extrémité aérienne (26’;26’’) vers l’extrémité libre (25’;25’’) communiquant avec le détendeur (10) et un deuxième canal d’écoulement (28’;28’’) de l’extrémité libre (25’;25’’) vers l’extrémité aérienne (26’;26’’) communiquant avec le compresseur (5). Pompe à chaleur selon la revendication 1, dans laquelle ladite portion (40) du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant comporte un faisceau d’éléments tubulaires similaires (41-48) disposés en série, le canal d’écoulement de l’extrémité aérienne (51) du premier élément (41) vers son extrémité libre (61) communiquant avec le détendeur (10), le canal d’écoulement de l’extrémité libre (71) du dernier élément (48) vers son extrémité aérienne (81) communiquant avec le compresseur (5), le canal d’écoulement de l’extrémité aérienne (261) d’un élément vers son extrémité libre (262) étant relié au canal d’écoulement de l’extrémité libre (263) vers l’extrémité aérienne (264) de l’élément précédent. Pompe selon la revendication 2, dans laquelle les éléments tubulaires (41-48) sont disposés en étoile. Pompe selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle un élément tubulaire (22’’) comporte un unique canal d’écoulement replié sur lui-même en deux parties (27’’,28’’) formant respectivement les deux canaux d’écoulement. Pompe selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle un élément tubulaire (22’) comporte une partie tubulaire centrale formant le canal (28’) d’écoulement du réfrigérant réchauffé de l’extrémité libre (25’) vers l’extrémité aérienne (26’), le canal d’écoulement du réfrigérant à réchauffer de l’extrémité aérienne (26’) vers l’extrémité libre (25’) étant formé par la partie annulaire (27’) de l’élément tubulaire (22’) entourant la partie tubulaire centrale (28’). Pompe selon l’une des revendications 1-5, dans laquelle l’extrémité libre (25’;25’’) introduite dans le sol (21) est effilée. Pompe selon l’une des revendications 1-6, dans laquelle l’extrémité libre (25’,25’’) introduite dans le sol (21) est filetée. Pompe selon la revendication 7, dans laquelle l’extrémité aérienne (26) d’un élément tubulaire (22) est agencée pour pouvoir être entrainée par un organe de vissage. Procédé d’installation d’une pompe à chaleur géothermique de surface selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, ayant installé le compresseur (5), le condenseur (7) et le détendeur (10), pour installer dans le sol (21) la portion du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant, on ancre obliquement dans le sol (21), par sa dite extrémité libre (25), le au moins un élément tubulaire (22) de ladite portion du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant et on relie sa dite extrémité aérienne (26) au détendeur (10) et au compresseur (5). Procédé d’installation selon la revendication 9, selon lequel, pour ancrer l’élément tubulaire (22) dans le sol (21), on fore d’abord un trou (23), d’une longueur sensiblement égale à celle de l’élément tubulaire (22), puis on introduit l’élément tubulaire (22) dans le trou (23). Procédé d’installation selon l’une des revendications 9 et 10, selon lequel l’extrémité libre (25) de l’élément tubulaire (22) étant effilée et filetée, on finit l’ancrage de l’élément tubulaire (22) en le vissant dans le sol (21). Procédé d’installation selon l’une des revendications 9-11, selon lequel, pour installer dans le sol (21) la portion (40) du circuit d’écoulement du fluide réfrigérant, on ancre obliquement dans le sol (21) une pluralité d’éléments tubulaires similaires (41-48), on les relie entre eux deux à deux, on relie au détendeur (10) le premier canal d’écoulement à l’extrémité aérienne (51) du premier élément tubulaire (41) de ladite pluralité (40) et on relie au compresseur (5) le deuxième canal d’écoulement à l’extrémité aérienne (81) du dernier élément tubulaire (48). Procédé d’installation selon la revendication 12, selon lequel on dispose la pluralité d’éléments tubulaires (41-48) en un faisceau étoilé.