FR2913755A1 - Dispositif de ventilation pour echangeur thermique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de ventilation (600) pour échangeur thermique à liquide caloporteur, caractérisé en ce qu'il comprend une turbine (601) montée en rotation dans un boitier (602) et ayant un arbre de rotation (603) solidaire d'un moyen de ventilation (604), le boitier (602) ayant une entrée (605) et une sortie (606) fluidiques pour le liquide caloporteur, la turbine (601) étant agencée de manière à être mise en rotation par circulation du liquide caloporteur dans le boitier (602).L'invention concerne également un échangeur thermique comprenant au moins un tel dispositif de ventilation, et un système de régulation thermique d'un espace clos comprenant au moins un tel échangeur.
Description
Dispositif de ventilation pour échangeur thermique
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine de la régulation thermique d'un lieu clos, telle qu'une habitation, utilisant le chauffage central. L'invention concerne plus précisément un système de régulation thermique permettant un chauffage ou un refroidissement des pièces d'un espace clos (tel qu'une habitation, un bureau, un local industriel, etc.), en fonction de la température ambiante.
ETAT DE LA TECHNIQUE La régulation thermique d'un espace clos (tel qu'une habitation, un bureau, un local industriel, etc.) est une nécessité notamment en périodes de froid où il faut chauffer ladite habitation. Les systèmes de chauffage classiques tel que les systèmes de chauffage central consistant à chauffer un liquide caloporteur destiné à circuler dans un réseau fluidique comprenant plusieurs échangeurs thermiques, tels que des radiateurs, disposés convenablement dans l'habitation, manque d'efficacité et sont donc très consommateurs d'énergie. Des développements ont été effectués pour augmenter la surface d'échange de ces échangeurs thermiques mais ces développements restent encore très insuffisants de sorte que certaines personnes envisagent des systèmes de régulation thermique alternatifs.
C'est ainsi que ce sont récemment beaucoup développés les systèmes de climatiseurs réversibles qui ont l'avantage d'assurer à la fois la climatisation de l'habitation en périodes chaudes, et le chauffage de cette même habitation en période froide. Leur principe de fonctionnement réside dans la régulation thermique d'air circulant dans un circuit desservant les pièces de l'habitation à réguler thermiquement. Ils ont l'avantage de réguler les pièces beaucoup plus rapidement, de devoir donc être utilisés pendant moins longtemps, et d'avoir en conséquence des coûts de fonctionnement moins élevés. Néanmoins ces systèmes sont très coûteux lors de l'installation, d'autant plus si l'habitation est déjà dotée d'un système de chauffage classique qu'il faut entièrement remplacer.
Un but de la présente invention est de proposer un système de régulation thermique d'une habitation permettant de résoudre au moins l'un des inconvénients précités.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif permettant d'améliorer les systèmes de régulation thermique existants, en particulier les systèmes de chauffage à liquide caloporteur.
EXPOSE DE L'INVENTION A cette fin, on prévoit un dispositif de ventilation pour échangeur thermique à liquide caloporteur, caractérisé en ce qu'il comprend une turbine montée en rotation dans un boitier et ayant un arbre de rotation solidaire d'un moyen de ventilation, le boitier ayant une entrée et une sortie fluidiques pour le liquide caloporteur, la turbine étant agencée de manière à être mise en rotation par circulation du liquide caloporteur dans le boitier.
Des aspects préférés mais non limitatifs du dispositif de ventilation sont les suivants ^ la turbine comprend une pluralité d'aubes dimensionnées pour être actionnées par circulation du liquide caloporteur dans le boitier ; ^ la turbine est agencée de manière à être mise en rotation par circulation du liquide caloporteur dans le boitier à partir d'une valeur seuil prédéterminé de pression du liquide caloporteur ; ^ le boitier comprend un moyen d'augmentation de la pression d'entrée du liquide caloporteur sur la turbine ; ^ le moyen d'augmentation de la pression est un bec placé dans l'entrée du boitier et étant formé pour réduire la section d'entrée du boitier ; ^ le bec est en outre formé et agencé pour amener le liquide caloporteur directement sur la turbine ;
On prévoit également un échangeur thermique à liquide caloporteur comprenant un circuit fluidique de dans lequel le fluide caloporteur est apte à circuler, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de ventilation tel que ci-dessus, le dispositif de ventilation étant interposé dans le circuit fluidique par couplage via l'entrée et la sortie du boitier.
Des aspects préférés mais non limitatifs de cet échangeur thermique sont les suivants : ^ l'échangeur thermique comprend des moyens pour augmenter la surface d'échange thermique entre le circuit fluidique et l'air ambiant ; ^ les moyens pour augmenter la surface d'échange thermique comprennent une pluralité d'ailettes s'étendant radialement à partir du circuit fluidique.
Système de régulation thermique comprenant un moyen de régulation thermique d'un liquide caloporteur et un moyen de circulation du liquide caloporteur, couplés à un réseau fluidique de circulation du liquide caloporteur comprenant au moins un échangeur thermique tel que ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un actionneur pour piloter le moyen de circulation du fluide caloporteur en fonction de la température du fluide caloporteur.
Selon un aspect préféré mais non limitatif de ce système de régulation thermique, l'actionneur est un contacteur de température prévu pour actionner le moyen de circulation du fluide de manière à augmenter la pression du fluide caloporteur à partir d'une température seuil prédéterminée.
DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des figures annexées parmi lesquelles : ^ La figure 1 est une représentation schématique d'un système de chauffage à liquide caloporteur d'une habitation ; ^ La figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de couplage du système de chauffage de la figure 1 à un dispositif de refroidissement ; ^ La figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif de refroidissement destiné à être couplé au dispositif de couplage de la figure 2 ^ La figure 4 est une représentation schématique d'un système de régulation thermique a liquide caloporteur comprenant un système de chauffage à liquide caloporteur couplé à un système de refroidissement par un dispositif de couplage ; ^ La figure 5 est une représentation schématique du circuit de liquide caloporteur du système de régulation de la figure 4 en mode chauffage ; ^ La figure 6 est une représentation schématique du circuit de liquide caloporteur du système de régulation de la figure 4 en mode climatisation ; ^ La figure 7 est une représentation schématique du circuit d'alimentation électrique du système de régulation de la figure 4 en mode chauffage ; ^ La figure 8 est une représentation schématique du circuit d'alimentation électrique du système de régulation de la figure 4 en mode climatisation ; ^ La figure 9 est une vue tridimensionnelle d'un dispositif de ventilation pour échangeur thermique ; ^ La figure 10 est une vue tridimensionnelle d'un bec d'étranglement pour le dispositif de ventilation de la figure 9 ; ^ La figure 11 est une représentation schématique d'un dispositif de couplage intégrant un dispositif de vidange.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La plupart des habitations sont aujourd'hui équipées d'un système de chauffage, de type chauffage central, comprenant un circuit fluidique pour la circulation d'un liquide caloporteur à travers un ou plusieurs échangeurs thermiques, le liquide caloporteur étant chauffé par un dispositif de chauffage adapté. La figure 1 représente un tel système de chauffage. Ce système de chauffage comprend un réseau fluidique 100 pour la circulation d'un liquide caloporteur à travers un ou plusieurs échangeurs thermiques 110, qui sont disposés dans les différentes pièces à chauffer de l'habitation.
Chaque échangeur thermique est monté en dérivation de deux nourrices (120 ;130) destinées à être couplées au dispositif de chauffage 200 permettant de chauffer le liquide caloporteur. Plus précisément, il est utilisé une nourrice d'entrée 120 ayant une entrée 121, formant l'entrée 101 du réseau fluidique 100, destinée à être couplée à la sortie 202 du dispositif de chauffage 200, cette nourrice d'entrée 120 ayant également une pluralité de sorties 122 destinées à être couplées respectivement à l'entrée 111 de chaque échangeur thermique 110 du réseau fluidique 100. Il est en outre utilisé une nourrice de sortie 130 ayant une sortie 132, formant la sortie 102 du réseau fluidique 100, destinée à être couplée à l'entrée 201 du dispositif de chauffage 200, cette nourrice de sortie 130 ayant également une pluralité d'entrées 131 destinées à être couplées respectivement à la sortie 112 de chaque échangeur thermique 110 du réseau fluidique 100. Les échangeurs thermiques 110 peuvent être de tout type, tant qu'ils sont adaptés pour la circulation d'un liquide caloporteur tel que de l'eau. On pourra par exemple utiliser des radiateurs intégrant un circuit fluidique interne entre l'entrée 111 et la sortie 112 du radiateur, le conduit formant ce circuit fluidique interne étant arrangé pour maximiser la surface d'échange thermique avec l'air ambiant, en ayant par exemple une forme de serpentin comme cela est illustré à la figure 1.
Les radiateurs peuvent en outre intégrer des ailettes s'étendant radialement à partir du circuit fluidique interne du radiateur, de manière à augmenter encore plus la surface d'échange thermique avec l'air ambiant. Ces ailettes peuvent par exemple former un quadrillage s'étendant à partir du circuit fluidique interne.
Lorsque les échangeurs thermiques 110 sont bien disposés dans les pièces à chauffer, un tel réseau fluidique permet un chauffage assez satisfaisant de l'habitation considérée. Il est néanmoins en général nécessaire de faire circuler le liquide caloporteur chauffé pendant un temps assez important pour permettre une diffusion de la chaleur dans l'ensemble de la pièce. Pour augmenter cette diffusion, on propose, comme cela est illustré à la figure 1, d'intégrer un ou plusieurs dispositifs de ventilation 600 dans chaque échangeur thermique 110 pour accélérer la diffusion thermique. La structure et le fonctionnement de tels dispositifs de ventilation sont détaillés plus loin. Ce réseau fluidique est couplé à un dispositif de chauffage 200 qui permet de chauffer et faire circuler le liquide caloporteur. Pour ce faire, le système de chauffage 200 comprend un moyen de chauffage 210 du liquide caloporteur et un moyen de circulation 220 de ce liquide caloporteur. Dans les chauffages centraux généralement utilisés, le système de chauffage 200 est une chaudière qui comprend comme moyen de chauffage 210 une chambre de combustion dans laquelle le liquide caloporteur circule pour être chauffé, cette chambre de combustion pouvant fonctionner au gaz, au fioul, à l'électricité, au charbon, au bois, etc. La chaudière comprend en outre un moyen de circulation 220 telle qu'une pompe ou un circulateur à plusieurs vitesses, à alimentation électrique par exemple, qui permet de faire circuler le liquide caloporteur dans le réseau fluidique 100 à une pression déterminée. Le dispositif de chauffage peut en outre comprendre un thermostat d'ambiance 230 connecté au circuit d'alimentation électrique du moyen de circulation 220 du liquide caloporteur de manière à piloter ce moyen de circulation 220 en fonction de la température ambiante et d'une consigne de température indiquée par l'utilisateur. Ce thermostat 230 peut agir comme un interrupteur activant ou non le moyen de circulation 220, notamment lorsque ce dernier est un circulateur, pour chauffer ou non l'habitation. Il peut également avoir une fonction de rhéostat pour faire varier la vitesse de rotation de la pompe 220 en fonction de la température ambiante, et permettre ainsi un pilotage plus fin de la température. Notons que la chaudière comprend en outre en général un circuit d'eau sanitaire indépendant du circuit de chauffage.
Les habitations ayant un système de chauffage central tel que présenté ci-dessus intègrent donc un réseau fluidique complet avec des échangeurs thermiques placés de manière adéquate pour répartir la chaleur dans l'habitation.
La solution la plus simple et surtout le plus économique pour installer un système de climatisation dans l'habitation est d'utiliser le réseau fluidique 100 existant. Cela permet en effet d'utiliser les échangeurs thermiques 110 non pas pour chauffer les pièces mais pour les refroidir lorsque la température ambiante est élevée, en été par exemple.
Pour ce faire il faut pouvoir monter en dérivation un dispositif de refroidissement 300 du liquide caloporteur, permettant de refroidir et faire circuler le liquide caloporteur dans le réseau fluidique 100. On propose a cette fin d'utiliser un dispositif de couplage 400 tel que représenté à la figure 2. Ce dispositif de couplage 400 comprend deux vannes trois voies (410 ;420) destinées à être interposées entre le dispositif de chauffage 200 et le réseau fluidique 100 et permettant de connecter le dispositif de refroidissement 300 sur le réseau fluidique 100. Plus précisément, le dispositif de couplage 400 comprend une première vanne trois voies 410 comprenant deux entrées (411a ;411b) et une sortie 412. La première 411a de ces deux entrées est destinée à être connectée à la sortie 202 du dispositif de chauffage 200, tandis que la deuxième 411b de ces deux entrées est destinée à être connectée à la sortie 302 du dispositif de refroidissement 300. La sortie 412 est quant à elle destinée à être connectée à l'entrée 101 du réseau fluidique 100. Il comprend également une deuxième vanne trois voies 420 comprenant deux sorties (422a ;422b) et une entrée 421. La première 422a de ces deux sorties est destinée à être connectée à l'entrée 201 du dispositif de chauffage 200, tandis que la deuxième 422b de ces deux sorties est destinée à être connectée à l'entrée 301 du dispositif de refroidissement 300. L'entrée 421 de cette deuxième vanne 420 est quant à elle destinée à être connectée à la sortie 102 du réseau fluidique 100. Ces deux vannes trois voies (410 ;420) permettent donc de coupler un dispositif de refroidissement 300 au système de chauffage comprenant le dispositif de chauffage 200 et le réseau fluidique 100. Ce couplage forme un système de régulation thermique permettant de chauffer l'habitation lorsque la température ambiante est basse (mode chauffage), en hiver par exemple, et de refroidir l'habitation lorsque la température ambiante est élevée (mode climatisation), en été par exemple, en utilisant un unique réseau fluidique d'échangeurs thermiques.
Ce système a en outre l'avantage de pouvoir être adapté sur tout système de chauffage à liquide caloporteur existant. Comme il sera détaillé plus loin, le dispositif de couplage 400 comprend un réseau de connections électriques particulier garantissant au système de régulation thermique une sécurité maximale.
La figure 3 représente un dispositif de refroidissement 300 pouvant être connecté sur le dispositif de couplage 400. Ce dispositif de refroidissement comprend un moyen de refroidissement 310 du liquide caloporteur, ainsi qu'un moyen de circulation 320 de ce liquide. Le moyen de refroidissement 310 utilisé peut être un groupe de froid simple, à alimentation électrique par exemple, qui permet de refroidir le liquide caloporteur. Ce groupe de froid comprend un compresseur pour comprimer un fluide à l'état gazeux. Le fluide, toujours à l'état gazeux, est à haute pression, et passe alors par un condenseur, qui le fait passer de l'état gazeux à l'état liquide, et abaisse légèrement la température. Ce fluide à l'état liquide et à haute pression arrive à un détendeur, qui va abaisser la pression et ainsi que la température du fluide. Le fluide à l'état liquide, basse pression, passe alors par un évaporateur qui le fait passer à l'état gazeux, la température pendant cette étape augmente légèrement. Le fluide retourne enfin au compresseur, le cycle se répétant. Le circuit d'évaporation de ce groupe de froid comprend une pluralité de serpentins qui sont disposés de manière à refroidir le liquide caloporteur traversant le groupe de froid.
Le moyen de circulation 320 permet de faire circuler le liquide caloporteur dans le réseau fluidique 100. Tout comme pour le dispositif de chauffage 200, ce moyen de circulation 320 peut être une pompe ou un circulateur à plusieurs vitesses, à alimentation électrique par exemple. Le dispositif de refroidissement 300 de la figure 3 est autonome, c'est à dire que pour permettre la circulation du liquide caloporteur refroidi dans le réseau fluidique 100, il suffit de connecter son entrée 301 à la deuxième sortie 422b de la deuxième vanne 420, et sa sortie 302 à la deuxième entrée 411b de la première vanne 410, et d'alimenter en énergie le moyen de refroidissement 310 et le moyen de circulation 320 du liquide caloporteur.
On peut en outre prévoir de connecter un vase d'expansion (non représenté) dans le circuit fluidique du dispositif de refroidissement 300. Un tel vase d'expansion permet de maintenir, voire réguler, la pression du liquide caloporteur dans le circuit du dispositif de refroidissement 300. Selon une variante, telle qu'illustrée aux figures 4 à 8, le moyen de circulation 320 du liquide caloporteur est intégré dans le boitier comprenant le dispositif de couplage 400. Dans ce cas, il suffit de connecter un simple moyen de refroidissement 310 au dispositif de couplage 400, la circulation du liquide caloporteur en mode climatisation étant rendue possible par le moyen de circulation 320 intégré dans le boitier de couplage. Tout comme pour le moyen de circulation 220 du dispositif de chauffage 200 du liquide caloporteur, le moyen de circulation 320 du dispositif de refroidissement 300 peut être connecté à un thermostat d'ambiance 330 pour piloter le moyen de circulation 320 en fonction de la température désirée dans l'habitation. Ce thermostat d'ambiance peut être placé dans le dispositif de refroidissement 300 mais peut également être intégré dans le boitier du dispositif de couplage 400. L'intégration du moyen de circulation 320 et du thermostat 330 du dispositif de refroidissement 300 dans le boitier enfermant le dispositif de couplage 400 permet de concentrer les dispositifs destinés à être connectés au circuit de connections électriques de sécurité prévu dans le dispositif de couplage 400.
La figure 4 représente un système de régulation thermique permettant de chauffer ou refroidir une habitation en utilisant un réseau fluidique 100 d'échangeurs thermiques 110, éventuellement préexistant dans l'habitation. Sur la figure 4 sont représentés les différents circuits que le liquide caloporteur peut suivre selon que le système de régulation thermique est en mode chauffage ou en mode climatisation. Sur cette figure est également représenté le circuit d'alimentation électrique 500 qui permet d'alimenter les différents dispositifs électriques du système de régulation thermique tout en garantissant une sécurité de fonctionnement accrue.
La mise en place d'un tel système de régulation thermique à partir d'un système de chauffage comportant un dispositif de chauffage 200 et un réseau fluidique 100 d'échangeurs thermiques 110 est très simple. Il suffit en effet de placer dans un premier temps le dispositif de couplage 400 en interposant chacune des vannes 410 et 420 comme indiqué plus haut. Une fois ces vannes installées entre le dispositif de chauffage 200 et le réseau fluidique 100, il suffit de connecter le dispositif de refroidissement 300, ce couplage formant ainsi un réseau fluidique de liquide caloporteur adapté pour le chauffage et la climatisation.
La deuxième étape consiste à faire les branchements électriques pour former le circuit d'alimentation électrique 500 des différents dispositifs électriques du système de régulation. Ces connexions électriques seront précisées plus loin, en référence aux figures 7 et 8.
Les figures 5 et 6 représentent la circulation du liquide caloporteur en mode chauffage et en mode climatisation respectivement. En mode chauffage, comme représenté à la figure 5, les vannes trois voies (410 ;420) sont positionnées pour permettre la circulation du liquide caloporteur depuis la sortie 202 du dispositif de chauffage 200 vers l'entrée 101 du réseau fluidique 100, ainsi que depuis la sortie 102 du réseau fluidique 100 vers l'entrée du dispositif 201 de chauffage 200. Le liquide caloporteur est chauffé dans le moyen de chauffage 210 (non représenté sur la figure 5) et mis en circulation dans le réseau fluidique 100 grâce au moyen de circulation 220 (non représenté sur la figure 5) qui est alimenté comme on le verra plus loin. Les échangeurs thermiques 110 étant traversés par le liquide caloporteur chaud, ils permettent de chauffer l'air ambiant, et donc l'habitation, par échange thermique. En mode climatisation, comme représenté à la figure 6, les vannes trois voies (410 ;420) sont positionnées pour permettre la circulation du liquide caloporteur depuis la sortie 302 du dispositif de refroidissement 300 vers l'entrée 101 du réseau fluidique 100, ainsi que depuis la sortie 102 du réseau fluidique 100 vers l'entrée 301 du dispositif de refroidissement 300. Le liquide caloporteur est refroidi dans le moyen de refroidissement 310 et mis en circulation dans le réseau fluidique 100 grâce au moyen de circulation 320 qui est alimenté comme on le verra plus loin. Les échangeurs thermiques 110 étant traversés par le liquide caloporteur froid, ils permettent de refroidir l'air ambiant, et donc l'habitation, par échange thermique.
Les figures 7 et 8 représentent les connexions électriques entre les différents dispositifs à alimentation électrique du système de régulation thermique. Les principaux dispositifs nécessitant une alimentation électrique sont les moyens de circulation (220 ;320) des dispositifs de chauffage 200 et de refroidissement 300. Le principe du système de régulation thermique présenté est de commuter les vannes trois voies (410 ;420) pour mettre le système en mode chauffage ou en mode climatisation, c'est à dire pour couper le circuit fluidique de refroidissement en mode chauffage et couper le circuit fluidique de chauffage en mode climatisation. Or, lorsque l'un des circuits, de refroidissement ou de chauffage, est coupé, il est impératif que le moyen de circulation associé soit également coupé pour éviter une surpression dans le circuit désactivé, qui pourrait endommager considérablement le système. Pour ce faire on propose d'utiliser un circuit d'alimentation électrique unique permettant d'alimenter le moyen de circulation 220 du dispositif de chauffage 200 ou celui 320 du dispositif de refroidissement 300, en fonction du mode de fonctionnement, chauffage ou climatisation, utilisé. A cette fin, on prévoit dans le dispositif de couplage 400 un interrupteur électrique 430 à trois positions ON-OFF-ON. Cet interrupteur permet, dans la première position ON, de couper l'alimentation électrique du moyen de circulation 320 du dispositif de refroidissement 300. Dans la deuxième position ON, il permet de couper l'alimentation électrique du moyen de circulation 220 du dispositif de chauffage 200. Dans la troisième et dernière position, la position OFF, le circuit d'alimentation 500 est coupé, de sorte que ni le moyen de circulation 320 du dispositif de refroidissement 300 ni le moyen de circulation 220 du dispositif de chauffage 200 n'est alimenté électriquement. L'utilisation d'un tel interrupteur 430 permet donc d'éviter un fonctionnement simultané des moyens de circulation (220 ;320) des dispositifs de chauffage 200 et de refroidissement 300. Une solution alternative consiste à utiliser un commutateur électrique 440 couplé à l'une des deux vannes trois voies et agencé dans le circuit électrique d'alimentation 500 de manière à couper l'alimentation électrique du moyen de circulation 220 du dispositif de chauffage 200 lorsque la vanne à laquelle il est associé est positionnée pour établir le passage du liquide caloporteur entre le dispositif de refroidissement 300 et le réseau fluidique 100, et à couper l'alimentation électrique du moyen de circulation 320 du dispositif de refroidissement 300 lorsque la vanne est positionnée pour établir un passage du liquide caloporteur entre le dispositif de chauffage 200 et le réseau fluidique 100. Pour avoir une sécurité encore meilleure, il est possible d'utiliser un commutateur électrique (440 ;450) sur chacune des vannes trois voies (410 ;420) du dispositif de couplage 400 de sorte que l'un ou l'autre des moyens de circulation ne sera alimenté que si les deux vannes trois voies (410 ;420) sont dans la bonne position. En effet, si la première vanne 410 est en position climatisation alors le commutateur associé 440 empêchera l'alimentation du moyen de circulation 220 du dispositif de chauffage 200, et si la deuxième vanne 420 est en position chauffage alors le commutateur associé 450 empêchera l'alimentation du moyen de circulation 320 du dispositif de refroidissement 300, de sorte qu'aucun moyen de circulation ne fonctionnera.
Comme mentionné, ces commutateurs électriques fonctionnent selon la position de la vanne à laquelle ils sont associés. Ces commutateurs peuvent être actionnés aussi bien par des actionneurs électriques que par des actionneurs mécaniques. On pourra par exemple utiliser des contacteurs mécaniques (445 ;455) agencés par rapport aux vannes associés (410 ;420) de sorte que la position de la vanne pousse l'actionneur d'une manière ou d'une autre, pour couper l'alimentation du moyen de circulation du dispositif de refroidissement ou du dispositif de chauffage. On pourra par exemple disposer les contacteurs mécaniques (445 ;455) des commutateurs (440 ;450) de sorte que les contacteurs (445 ;455) soient contraints en position climatisation pour couper l'alimentation du moyen de circulation du dispositif de chauffage, et que l'absence de contrainte en position chauffage coupe l'alimentation du moyen de circulation du dispositif de refroidissement. Cela permet de réduire l'usure des contacteurs mécaniques (445 ;455) puisque le système de régulation est généralement moins utilisé en position climatisation qu'en position chauffage. Selon un autre mode de réalisation encore plus sécurisant, le dispositif de couplage comprend à la fois un interrupteur électrique trois positions 430, et deux commutateurs électriques (440 ;450), chaque commutateur étant placé sur une vanne distincte. Ainsi, si l'un de ces trois dispositifs électriques de sécurité (430 ;440 ;450) n'est pas dans la bonne position alors tout le système de régulation thermique est neutralisé, à savoir à la fois le moyen de circulation 220 du dispositif de chauffage 200 et celui 320 du dispositif de refroidissement 300.
Les figures 7 et 8 représentent les connexions électriques selon ce dernier 25 mode de réalisation très sécurisant, c'est à dire comportant trois dispositifs électriques de sécurité (430 ;440 ;450). Dans cet exemple, l'interrupteur trois positions 430 a une entrée 431 et deux sorties (432a ;432b). Le premier commutateur 440 couplé à la première vanne 410 a trois bornes (441 ;442 ;443), le premier commutateur 440 permettant 30 une connexion entre la borne 441 et la borne 443 dans une première position, et une connexion entre la borne 442 et la borne 443 dans une deuxième position. Le deuxième commutateur 450 couplé à la deuxième vanne 420 a trois bornes (451 ;452 ;453), le deuxième commutateur 450 permettant une connexion entre la borne 451 et la borne 453 dans une première position, et une connexion entre la 35 borne 452 et la borne 453 dans une deuxième position. L'entrée 431 de l'interrupteur trois positions 430 est connectée à la sortie d'alimentation électrique existante du dispositif de chauffage 200. La première sortie 432a de l'interrupteurtrois positions 430 est connectée à la borne 452 du deuxième commutateur 450, et la deuxième sortie 432b est connectée à la borne 441 du premier commutateur 440. Les bornes 443 et 453 des premiers et deuxièmes commutateurs sont connectées entre elles.
La borne 442 du premier commutateur 440 est reliée à l'entrée électrique 221 du moyen de circulation 220 du dispositif de chauffage 200. La sortie électrique 222 du moyen de circulation 220 du dispositif de chauffage 200 est quant à elle connectée à l'entrée de l'alimentation électrique. De manière analogue, la borne 451 du deuxième commutateur 450 est reliée à l'entrée électrique 321 du moyen de circulation 320 du dispositif de refroidissement 300. La sortie électrique 322 du moyen de circulation 320 du dispositif de chauffage 300 est quant à elle connectée à l'entrée de l'alimentation électrique, via le thermostat 330 par exemple. Comme on l'a déjà indiqué les dispositifs chauffage (200) et de refroidissement (300) peuvent comporter des thermostats d'ambiance (230 ;330). Le thermostat d'ambiance 230 pour le dispositif de chauffage pourra par exemple être connecté entre la borne 442 du premier commutateur 440 et l'entrée 221 du moyen de circulation 220 du dispositif de chauffage 200. Le thermostat d'ambiance 330 pour le dispositif de refroidissement pourra quant à lui être connecté entre la sortie 322 du moyen de circulation 320 du dispositif de chauffage 300 et l'entrée de l'alimentation électrique. En outre, des éléments fusibles 510 peuvent être agencés dans le circuit d'alimentation électriques pour couper l'alimentation électrique du moyen de circulation 320 du dispositif de refroidissement 300 et/ou du moyen de circulation 220 du dispositif de chauffage 200 en fonction de l'intensité du courant électrique les traversant. Le circuit d'alimentation électrique étant maintenant détaillé, étudions la circulation du courant en mode chauffage, en référence à la figure 7. En mode chauffage, l'interrupteur 430 est dans la première position ON pour permettre le passage du courant entre son entrée 431 et sa sortie 432a. Les première et deuxième vannes (410 ;420) sont en position chauffage, de sorte que les premier et deuxième commutateurs (440 ;450) établissent une connexion électrique entre les bornes 442 et 443 et entre les bornes 452 et 453 respectivement. De cette manière, le moyen de circulation 220 est alimenté électriquement de sorte que le dispositif de chauffage 200 fonctionne. Cela permet également d'alimenter le thermostat 230. Par ailleurs, le moyen de circulation 330 n'est pas alimenté de sorte que le dispositif de refroidissement 300 ne fonctionne pas, évitant ainsi tout problème. La figure 8 représente la circulation du courant en mode climatisation. Dans ce mode, l'interrupteur 430 est dans la deuxième position ON pour permettre le passage du courant entre son entrée 431 et sa sortie 432b. Les première et deuxième vannes (410 ;420) sont en position climatisation, de sorte que les premier et deuxième commutateurs (440 ;450) établissent une connexion électrique entre les bornes 441 et 443 et entre les bornes 451 et 453 respectivement. De cette manière, le moyen de circulation 320 est alimenté électriquement de sorte que le dispositif de refroidissement 300 fonctionne. Cela permet également d'alimenter le thermostat 330. Par ailleurs, le moyen de circulation 220 n'est pas alimenté de sorte que le dispositif de chauffage 200 ne fonctionne pas, évitant ainsi tout problème.
En référence de nouveau à la figure 4 présentant le système de régulation thermique avec le dispositif de couplage 400 décrit ci-dessus, ajoutons que ce dispositif de couplage 400 peut également comprendre une pluralité d'indicateurs 460, permettant par exemple d'indiquer quel est le mode de fonctionnement (chauffage ou climatisation) dans lequel le système de régulation thermique est positionné, ou encore pour indiquer la pression et/ou la température du liquide caloporteur dans le système.
En outre, on peut prévoir un moyen de remplissage 470 dans le dispositif de couplage permettant de faire une remise à niveau du circuit fluidique, 25 notamment s'il manque du liquide caloporteur.
Il peut enfin être prévu un dispositif de vidange permettant de réaliser de manière simple et rapide une vidange complète du liquide caloporteur du réseau fluidique 100, notamment quand ce dernier comprend des boues, pour le 30 remplacer par un liquide propre. A cette fin, comme illustré à la figure 11, on prévoit dans le dispositif de couplage une vanne d'entrée 710 et une vanne de sortie 720 couplées respectivement à la première vanne trois voies 410 et à la deuxième vanne trois voies 420. Plus précisément, ces vannes d'entrée 710 et de sortie 720 sont des 35 vannes deux voies. La vanne d'entrée 710 comprend une entrée libre 711 destinée à être couplée à une arrivée d'eau quelconque. Elle comprend également une sortie 712 qui est couplée à un conduit 730 en forme de T, interposé entre la sortie 412 de la première vanne trois voies 410 et l'entrée 101 du réseau fluidique. On prévoit en outre dans ce conduit 730 un clapet anti-retour 731 disposé de manière à empêcher le fluide circulant dans le conduit 730 en forme de T d'atteindre la première vanne trois voies 410. Il est en outre prévu un moyen de purge 713 au niveau de l'entrée 711 de la vanne d'entrée 710. La vanne de sortie 720 comprend quant à elle une sortie libre 722 permettant l'évacuation du liquide caloporteur à remplacer. Elle comprend également une entrée 721 qui est couplée à un conduit 740 en forme de T, interposé entre la sortie 102 du réseau fluidique et l'entrée 421 de la deuxième vanne trois voies 420. Pour remplacer le liquide caloporteur en circulation dans le système de régulation thermique, il suffit de brancher une arrivée d'eau à l'entrée 711 de la vanne d'entrée 710, ainsi qu'un tuyau d'écoulement à la sortie 722 de la vanne de sortie 720. Il convient ensuite d'ouvrir les vannes d'entrée 710 et de sortie 720, puis d'ouvrir le robinet d'arrivée d'eau pour mettre la pression dans le circuit fluidique et laisser la vidange s'effectuer. Il est à noter que le clapet anti-retour 731 permet au liquide caloporteur propre de repousser convenablement le liquide caloporteur à remplacer en direction de la sortie 722 de la vanne de sortie 720.
Une fois la vidange effectuée, il faut fermer la vanne de sortie 720, attendre que la pression atteigne la pression requise dans le circuit fluidique, par exemple 1,5 bar, puis fermer la vanne 117. Il est à noter que les vannes d'entrée 710 et de sortie 720 peuvent être montées de manière amovibles aux conduits (730 ;740) en forme de T respectifs.
Ceci permet de réduire l'encombrement du dispositif de couplage. Ce dispositif de vidange permet d'effectuer l'entretien global du système de régulation thermique de façon simple et centralisée, avec un gain de temps important.
Comme il a déjà été mentionné plus haut, le système de régulation thermique présenté sera encore plus efficace si les échangeurs thermiques sont ventilés, c'est à dire s'ils intègrent un dispositif de ventilation pour augmenter la diffusion thermique dans l'air ambiant. Pour ce faire, il est proposé d'intégrer dans le circuit fluidique interne de chaque échangeur thermique 110 au moins un dispositif de ventilation 600 tel qu'illustré à la figure 9.
Ce dispositif de ventilation 600 comprend une turbine 601 montée en rotation dans un boitier 602. Cette turbine 601 est solidaire d'un arbre de rotation 603 sur lequel un moyen de ventilation 604 est fixé. Le boitier est doté d'une entrée 605 et d'une sortie 606 fluidiques pour le liquide caloporteur. En effet, le boitier est destiné à être interposé dans le circuit fluidique interne de l'échangeur thermique, en utilisant le cas échéant des moyens de raccordement adaptés (607 ;608). Le boitier 602 sera de préférence cylindrique, avec un axe de révolution coaxial avec l'arbre de rotation 603 de la turbine 601, la turbine 601 ayant un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre intérieur du boitier 602 cylindrique. La turbine 601 est placée dans le boitier 602 lequel est refermé par un couvercle 609 de sorte que la turbine puisse être librement entrainée en rotation autour de l'arbre 603. Un moyen de ventilation 604, consistant en une pluralité de pales de ventilation par exemple, est ensuite fixé à l'arbre de rotation 603, de sorte qu'une rotation de la turbine 601 entraîne le moyen de ventilation 604 en rotation, cette rotation permettant d'accélérer la diffusion thermique dans l'air ambiant. La turbine 601 est formée et agencée pour que la circulation du fluide caloporteur puisse la mettre en rotation à partir d'une certaine pression seuil de fonctionnement. Elle comprend une pluralité d'aubes dimensionnées pour être actionnées par circulation du liquide caloporteur dans le boitier 602. On peut en outre prévoir à l'entrée 605 du boitier 602 un moyen 610 d'augmentation de la pression d'entrée du liquide caloporteur sur la turbine 601, par rapport à la pression du liquide caloporteur dans le reste du réseau fluidique 100. Cela permet en effet de plus solliciter la turbine 601 qui entre en rotation avec une vitesse beaucoup plus élevée que si la pression était constante (de l'ordre de 2500 tours/minute au lieu de 500 tours/minute). On peut par exemple utiliser un bec 610 d'étranglement comme illustré à la figure 10, qui permet de réduire la section d'entrée du boitier 602 et donc d'augmenter la pression d'arrivée du liquide caloporteur sur la turbine 601. Ce bec 610 d'étranglement est en outre formé pour que le liquide caloporteur soit dirigé sur les aubes de la turbine 601 au-delà de la pression seuil de fonctionnement. Notons que dans un mode de réalisation préféré, le dispositif de ventilation 600 a un fonctionnement symétrique, c'est à dire que la sortie 606 peut servir d'entrée, et l'entrée 605 de sortie. Pour ce faire, l'entrée 605 et la sortie 606 fluidiques sont similaires, de manière notamment à pouvoir recevoir chacune le bec 610 d'étranglement en fonction du sens de circulation du liquide caloporteur dans l'échangeur thermique, étant entendu que le bec 610 d'étranglement doit être disposé en amont de la turbine 601 par rapport au sens de circulation du liquide caloporteur.
Comme on l'a indiqué plus haut, si la pression du liquide caloporteur circulant dans le boitier n'est pas supérieure à la pression seuil de fonctionnement alors le dispositif de ventilation 600 ne fonctionne pas. Cela est particulièrement intéressant en mode chauffage, lorsque le liquide caloporteur circulant dans le réseau fluidique 100 n'a pas encore atteint une température élevée, de l'ordre de 40 C. En effet, si le dispositif de ventilation fonctionnait dès le démarrage du dispositif de chauffage, alors il brasserait de l'air froid ayant donc tendance à refroidir l'air ambiant plutôt qu'à le réchauffer. Il est donc intéressant de pouvoir piloter la pression du liquide caloporteur à l'intérieur du réseau fluidique 100 en fonction de sa température, de manière à piloter en conséquence le dispositif de ventilation. A cette fin, on peut donc prévoir un actionneur placé dans le système de régulation thermique pour actionner le moyen de circulation du liquide caloporteur utilisé en fonction de la température de ce liquide caloporteur dans le réseau fluidique 100.
Cet actionneur peut être un contacteur de température, placé sur un conduit du réseau fluidique 100. En mode chauffage, on pourra par exemple régler l'actionneur pour que, dès que le liquide caloporteur a atteint une température de 40 C, il pilote le moyen de circulation 220 du dispositif de chauffage 200 de manière à augmenter la pression du liquide caloporteur au dessus de la pression seuil de fonctionnement des dispositif de ventilation 600 placés dans les échangeurs thermiques 110.
Pour un échange thermique encore plus efficace, il convient d'utiliser des échangeurs thermiques ayant une grande surface d'échange, comme des 30 radiateurs à ailettes tels que décrits plus haut.
Comme on l'a déjà dit, le système de régulation thermique proposé a le grand avantage de permettre à la fois un mode chauffage et un mode climatisation de manière extrêmement simple et peu coûteuse. 35 Un tel système de régulation thermique est en outre très efficace. L'échange thermique avec l'air ambiant se faisant beaucoup plus rapidement qu'un système classique, il permet une économie d'énergie très importante, notamment en mode chauffage, puisque la montée en température de l'habitation se fera beaucoup plus rapidement.
Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici. Par conséquent, toutes les modifications de ce type sont destinées à être incorporées à l'intérieur de la portée du système de régulation thermique décrit et du dispositif de couplage associé.
Claims (11)
1. Dispositif de ventilation (600) pour échangeur thermique (110) à liquide caloporteur, caractérisé en ce qu'il comprend une turbine (601) montée en rotation dans un boitier (602) et ayant un arbre de rotation (603) solidaire d'un moyen de ventilation (604), le boitier (602) ayant une entrée (605) et une sortie (606) fluidiques pour le liquide caloporteur, la turbine (601) étant agencée de manière à être mise en rotation par circulation du liquide caloporteur dans le boitier (602).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine (601) comprend une pluralité d'aubes dimensionnées pour être actionnées par circulation du liquide caloporteur dans le boitier (602).
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la turbine (601) est agencée de manière à être mise en rotation par circulation du liquide caloporteur dans le boitier (602) à partir d'une valeur seuil prédéterminé de pression du liquide caloporteur.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le boitier (602) comprend un moyen d'augmentation (610) de la pression d'entrée du liquide caloporteur sur la turbine (601).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen d'augmentation de la pression (610) est un bec placé dans l'entrée du boitier (602) et étant formé pour réduire la section d'entrée du boitier (602).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bec (610) est en outre formé et agencé pour amener le liquide caloporteur directement sur la turbine (601).
7. Echangeur thermique (110) à liquide caloporteur comprenant un circuit fluidique de dans lequel le fluide caloporteur est apte à circuler, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de ventilation (600) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, le dispositif de ventilation (600) étant interposé dans le circuit fluidique par couplage via l'entrée et la sortie du boitier (602).
8. Echangeur thermique selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour augmenter la surface d'échange thermique entre le circuit fluidique et l'air ambiant.
9. Echangeur thermique selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour augmenter la surface d'échange thermique comprennent une pluralité d'ailettes s'étendant radialement à partir du circuit fluidique.
10. Système de régulation thermique comprenant un moyen de régulation thermique d'un liquide caloporteur et un moyen de circulation du liquidecaloporteur, couplés à un réseau fluidique (100) de circulation du liquide caloporteur comprenant au moins un échangeur thermique (110) selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un actionneur pour piloter le moyen de circulation du fluide caloporteur en fonction de la température du fluide caloporteur dans le réseau fluidique (100).
11. Système de régulation thermique selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'actionneur est un contacteur de température prévu pour actionner le moyen de circulation du fluide de manière à augmenter la pression du fluide caloporteur à partir d'une température seuil prédéterminée.10
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20101130 |