FR3142238A3

FR3142238A3 - Système de pompe à chaleur comprenant un ou plusieurs dispositifs destinés à bloquer les fuites éventuelles de réfrigérant

Info

Publication number: FR3142238A3
Application number: FR2312257A
Authority: FR
Inventors: Lorenzo MARRA
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-11-18
Filing date: 2023-11-09
Publication date: 2024-05-24
Anticipated expiration: 2033-11-09
Also published as: EP4372288A1; FR3142238B3; IT202200023796A1

Abstract

La présente invention a pour objet un système de pompe à chaleur (1) comprenant au moins un circuit de réfrigération (2) dans lequel un fluide frigorigène circule et fonctionne du côté primaire (24) d'un échangeur de chaleur principal (21), un circuit de conditionnement (3) dans lequel un fluide technique, utilisé pour les fonctions de chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire, circule et fonctionne du côté secondaire (25) de ce même échangeur de chaleur principal (21). Ledit circuit de conditionnement (3) comprend au moins une pompe de circulation (30) pour ledit fluide technique, un ou plusieurs terminaux (31) pour le chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire, et une soupape de sécurité (5) capable d'être traversée par ledit fluide technique et de se fermer en cas de fuite de fluide frigorigène circulant dans ledit circuit de conditionnement (3) dans le sens opposé (FR) à celui de fonctionnement (F) dudit fluide technique. Figure pour l’abrégé : [Fig. 1].

Description

SYSTÈME DE POMPE À CHALEUR COMPRENANT UN OU PLUSIEURS DISPOSITIFS DESTINÉS À BLOQUER LES FUITES ÉVENTUELLES DE RÉFRIGÉRANT

La présente invention a pour objet un système de pompe à chaleur pour les fonctions de chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire, fonctionnant de préférence avec des réfrigérants à faible impact sur l'environnement.

Plus précisément, la présente invention a pour objet un système de pompe à chaleur pour les fonctions de chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire agencé de manière à empêcher toute fuite de réfrigérant de se propager à l'intérieur de l'environnement dans lequel ledit système de pompe à chaleur est installé et/ou fonctionne.

Plus précisément encore, la présente invention a pour objet un système de pompe à chaleur pour les fonctions de chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire comprenant un ou plusieurs dispositifs adaptés pour empêcher lesdites éventuelles fuites de réfrigérant d'atteindre le système de chauffage de locaux ou de production d'eau sanitaire.

Sans aucune intention limitative, l'invention s'inscrit donc dans le secteur des équipements de conditionnement par pompe à chaleur pour les bâtiments résidentiels et/ou industriels/commerciaux (ou similaires), où le "conditionnement" désigne indifféremment un "chauffage" ou un "refroidissement", de préférence réalisé par alimentation électrique.

Bien entendu, rien n'empêche d'étendre le système de pompe à chaleur de l'invention, avec des adaptations minimales à la portée de l'homme de l'art, à des secteurs similaires à ceux des équipements de chauffage et/ou de refroidissement, par exemple dans le cadre des pompes à chaleur pour la production d'eau sanitaire.

Il est connu qu'un système de pompe à chaleur comprend au moins :

un "circuit de réfrigération" dans lequel un réfrigérant est évaporé à basse température, porté à haute pression, condensé et finalement ramené à une pression d'évaporation, et
un "circuit de conditionnement" d'un fluide technique, de préférence de l'eau ou un fluide similaire, qui peut être utilisé pour le chauffage/refroidissement de locaux par l'intermédiaire de radiateurs, de panneaux radiants au sol, de ventilo-convecteurs ou autres et/ou pour la production d'eau chaude sanitaire par l'intermédiaire d'accumulateurs de chaleur spéciaux, par exemple des réservoirs d'eau chaude.

En général, le circuit de réfrigération et le circuit de conditionnement partagent au moins un échangeur de chaleur dans lequel s'effectue l'échange de chaleur entre les fluides réfrigérant et techniques.

Plus précisément, lorsqu'un système de pompe à chaleur est utilisé pour le chauffage de l'eau ambiante et/ou domestique, cet échangeur de chaleur fonctionne comme un condenseur.

Au contraire, si le même système de pompe à chaleur fonctionne en mode refroidissement, ledit échangeur de chaleur fonctionne comme un évaporateur.

On sait que le développement des pompes à chaleur doit faire face à une pluralité de défis à la fois techniques et environnementaux.

D'une part, en effet, il est souhaitable que la pompe à chaleur continue à fonctionner de la manière la plus efficace possible, tandis que, d'autre part, il est de plus en plus souhaitable d'éviter l'utilisation de réfrigérants très polluants afin de réduire les risques pour l'environnement (par exemple pour des phénomènes contrastés tels que le réchauffement climatique).

Afin de répondre à ces objectifs, les réfrigérants les plus polluants, tels que le R410A, sont progressivement remplacés par d'autres ayant un faible impact sur l'environnement (c'est-à-dire ayant un faible"potentiel de réchauffement planétaire"ou "PRP"). Par exemple, les pompes à chaleur fonctionnent de plus en plus souvent avec des réfrigérants appartenant au groupe des hydrofluorocarbures et/ou des hydrocarbures aliphatiques tels que, sans aucune intention limitative, le propane R290 (formule chimique : C₃H₈) ou le R32 (un difluorométhane dont la formule chimique est CH₂F₂).

Ces réfrigérants (ou d'autres appartenant aux mêmes familles ou groupes similaires), bien qu'ayant un faible impact sur l'environnement, ne sont pas exempts d'inconvénients.

En fait, on sait que les réfrigérants à faible impact environnemental sont généralement hautement inflammables.

Par conséquent, lors de la transition des réfrigérants traditionnels vers les réfrigérants à faible PRP, il a été nécessaire d'accorder une plus grande attention à leur inflammabilité et aux problèmes qui y sont liés.

Par exemple, il était nécessaire d'éviter que des fuites de réfrigérant, dues à d'éventuels défauts et/ou ruptures d'un ou plusieurs composants du système de pompe à chaleur, n'atteignent et/ou ne se propagent à l'intérieur de l'environnement d'installation et/ou d'utilisation (par exemple, dans un local de construction ou dans un local technique), où la formation et l'accumulation de concentrations élevées de réfrigérant potentiellement inflammable et/ou explosif présenteraient des risques pour la sécurité des utilisateurs et/ou pour l'intégrité structurelle des bâtiments.

Afin d'éviter de tels dangers, les systèmes de pompes à chaleur les plus récents utilisant des réfrigérants à faible PRP ont été conçus de manière à bloquer les éventuelles fuites de réfrigérant avant qu'elles n'atteignent le circuit de conditionnement et ne se répandent dans l'environnement d'installation et/ou d'utilisation du même système de pompes à chaleur.

Par exemple, ledit système de pompe à chaleur a été équipé d'un dispositif de dégazage capable d'arrêter l'écoulement du fluide technique (par exemple de l'eau technique) vers le circuit de conditionnement en présence de fuites de réfrigérant et d'en empêcher la propagation dans le sens du flux de fonctionnement, ou dans le sens opposé, en tout cas adapté pour empêcher lesdites fuites de réfrigérant d'atteindre les tuyaux, les collecteurs, les vannes, les radiateurs, les ventilo-convecteurs ou tout autre dispositif utilisé pour réaliser le circuit de distribution du fluide technique à l'intérieur d'un bâtiment.

Un premier exemple de dispositif de dégazage connu est illustré et décrit dans le document EP 3 734 197 A1.

Comme il y sera fait référence à plusieurs reprises au cours de la présente description, il convient de noter que l'on entend par "flux de fonctionnement" ou "direction de fonctionnement" la direction normalement imprimée au fluide technique par une pompe de circulation du circuit de conditionnement lorsque le système de pompe à chaleur fonctionne dans des conditions de chauffage et/ou de refroidissement (pour plus de clarté, voir également la , où, à titre d'exemple non limitatif, ledit "flux ou direction de fonctionnement" est représenté par la flèche F).

Le document DE102020103743B4 montre, à titre d'exemple, un autre dispositif de dégazage connu du type comprenant un flotteur conçu de manière appropriée pour arrêter le flux de fonctionnement du fluide technique lorsque l'étendue des fuites de réfrigérant est supérieure à une valeur prédéfinie et normalement tolérée.

Comme mesure de sécurité supplémentaire, ledit dispositif de dégazage peut être placé, ou au moins communiquer directement, avec l'environnement extérieur de manière à permettre aux fuites de réfrigérant d'être évacuées dans l'atmosphère.

Ces systèmes de pompe à chaleur peuvent en outre être équipés de vannes spéciales et bien connues, généralement des clapets anti-retour (également appelés "anti-retour" ou "anti-inondation") qui empêchent les fuites et les échappées de réfrigérant de s'écouler vers le circuit de conditionnement dans le sens opposé à celui du fonctionnement du fluide technique, c'est-à-dire dans le sens opposé à la pompe de circulation.

Une telle mesure est également montrée et décrite dans le même document DE102020103743B4 où, en fait, un clapet anti-retour bien connu est positionné dans le circuit de conditionnement entre la pompe de circulation et l'échangeur de chaleur disposé pour l'échange de chaleur entre le réfrigérant et le fluide technique. Un expédient similaire est également illustré, par exemple, dans les documents de l'art antérieur US 2019/346191 A1, EP 3 789 686 A1, US 2019/301750, CN 1 133 045 C.

Si, d'une part, l'utilisation d'un clapet anti-retour augmente la sécurité d'un système de pompe à chaleur contre d'éventuelles fuites de réfrigérant, d'autre part, elle introduit et génère de fortes pertes de charge localisées et donc une résistance significative à la circulation du fluide technique dans le circuit de conditionnement, détériorant ainsi l'efficacité de l'ensemble du système.

Il est également bien connu que le circuit de réfrigération fonctionne à des pressions plus élevées que celles du circuit de conditionnement.

Il est donc possible que des fuites de réfrigérant à haute pression (même de l'ordre de quelques dizaines de bars) génèrent des pics de pression qui, en se propageant le long du circuit de conditionnement, peuvent endommager les tuyaux et/ou les composants (par exemple, le côté secondaire de l'échangeur, la pompe de circulation, les radiateurs/panneaux radiants, etc.) généralement testés pour fonctionner à des pressions maximales de 3 bars.

En outre, en cas de fuite, le clapet anti-retour (ou des dispositifs anti-retour similaires), empêchant le flux de réfrigérant à travers la même vanne, ne permet pas à celui-ci de se dilater dans le circuit de conditionnement, ce qui empêche une "absorption" efficace et rapide des pics de pression susmentionnés ; cela peut augmenter le risque de ruptures et/ou de dysfonctionnements.

L'objet de la présente invention est d'éviter ce type d'inconvénients en proposant un système de pompe à chaleur à faible impact environnemental pour les fonctions de chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire comprenant au moins un dispositif hautement efficace capable d'empêcher d'éventuelles fuites de réfrigérant de se propager à l'intérieur de l'installation et/ou de l'environnement d'utilisation.

Un autre objet de la présente invention, au moins pour une de ses variantes d’exécution, est de fournir un système de pompe à chaleur à faible impact environnemental pour les fonctions de chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire dans lequel ledit au moins un dispositif adapté pour intercepter et bloquer lesdites fuites possibles de réfrigérant agit également comme un élément de compensation des pics de pression résultant desdites fuites de réfrigérant.

Un autre objet de la présente invention, au moins pour l'une de ses variantes d’exécution, est de fournir un système de pompe à chaleur à faible impact environnemental pour les fonctions de chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire dans lequel ledit au moins un dispositif adapté pour intercepter et bloquer lesdites fuites éventuelles de réfrigérant introduit une résistance substantiellement négligeable à l'écoulement du fluide technique du même système de pompe à chaleur, c'est-à-dire des pertes de charge faibles ou limitées.

Un autre objet de la présente invention, au moins pour une de ses variantes d’exécution, est de fournir un système de pompe à chaleur à faible impact environnemental pour les fonctions de chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire sans clapets anti-retour.

Ces objectifs et d'autres, qui apparaîtront clairement ci-après, sont atteints grâce à un système de pompe à chaleur conforme aux revendications indépendantes.

D'autres objectifs peuvent également être atteints grâce aux caractéristiques supplémentaires des revendications dépendantes.

D'autres caractéristiques de la présente invention seront mieux mises en évidence par la description suivante d'un mode de réalisation préféré, conforme aux revendications du brevet et illustré, à titre d'exemple non limitatif, dans les tableaux de dessins annexés, dans lequel :

La montre schématiquement un système de pompe à chaleur pour les fonctions de chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire selon l'invention ;
Les figures 2a et 2b montrent schématiquement un détail du système de pompe à chaleur de la , selon une première et une deuxième configuration de fonctionnement.

Les caractéristiques d'au moins une variante préférée du système de pompe à chaleur pour les fonctions de chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire de l'invention sont maintenant décrites, en utilisant les références contenues dans les figures.

La référence 1 indique donc, dans son ensemble, le système de pompe à chaleur de l'invention qui peut être utilisé pour des fonctions de chauffage et/ou de refroidissement dans un environnement domestique ou non domestique (par exemple commercial ou industriel) et/ou pour la production d'eau sanitaire, par exemple d'eau chaude sanitaire.

Comme cela a déjà été dit en partie, le système de pompe à chaleur 1 présente un premier circuit 2 dans lequel circule un fluide frigorigène évaporé à basse pression, porté à haute pression, condensé et enfin ramené à une pression d'évaporation, et un deuxième circuit 3 traversé par un fluide technique, de préférence de l'eau technique, qui peut être utilisé pour le chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire.

Par la suite, pour des raisons de simplicité descriptive, les premier et deuxième circuits du système de pompe à chaleur 1 de l'invention seront respectivement appelés "circuit de réfrigération 2" et "circuit de conditionnement 3", le terme "conditionnement" désignant indifféremment la fonction de refroidissement/chauffage d'un environnement et la fonction de chauffage de l'eau sanitaire, comme indiqué précédemment.

Dans la présente description, le fluide frigorigène sera désigné, sans aucune intention limitative, comme un fluide frigorigène à faible impact environnemental (par exemple, ayant un faible PRP -potentiel de réchauffement global) qui, comme mentionné, présente un risque d'inflammabilité plus élevé, comme, par exemple, le R290 (propane), le R32 (difluorométhane), ou des fluides similaires bien connus.

Comme le montre la , le circuit de réfrigération 2 comprend des tuyaux spéciaux reliés entre eux :

au moins un premier échangeur de chaleur 20,
au moins un deuxième échangeur de chaleur 21,
au moins un compresseur 22 placé entre le premier et le second échangeur de chaleur 20, 21 et conçu pour comprimer le fluide frigorigène entre une pression minimale et une pression maximale,
au moins une soupape de laminage 23 qui réalise une expansion, à une enthalpie sensiblement constante, et un refroidissement du fluide frigorigène.

Ledit circuit de réfrigération 2 peut être commuté, au moyen d'une vanne de commutation (non représentée), par exemple "à quatre voies" entre le mode de fonctionnement "refroidissement" et le mode de fonctionnement "chauffage" (et vice versa) avec lesdits premier et second échangeurs de chaleur qui peuvent donc fonctionner, si nécessaire, soit comme un condenseur, soit comme un évaporateur.

En mode "chauffage", le fluide frigorigène dissipe de la chaleur, en se condensant, dans le deuxième échangeur 21 qui joue donc le rôle de condenseur, tout en absorbant de la chaleur, en s'évaporant, dans le premier échangeur 20 qui joue le rôle d'évaporateur.

Au contraire, en mode "refroidissement", le premier échangeur de chaleur 20 susmentionné fonctionne comme un condenseur du circuit de réfrigération 2, le second échangeur 21 comme un évaporateur correspondant.

Plus généralement, le second échangeur de chaleur 21 est de préférence celui dans lequel s'effectue l'échange de chaleur entre le fluide frigorigène du circuit de réfrigération 2 et le fluide technique du circuit de conditionnement 3.

Par souci de clarté, ce deuxième échangeur de chaleur 21 est appelé "échangeur de chaleur principal" ou, plus simplement, "échangeur principal".

Si nécessaire, l'échangeur de chaleur principal 21 peut donc fonctionner :

comme un évaporateur et, dans ce cas, le fluide frigorigène absorbe, à pression sensiblement constante, l'énergie thermique du fluide technique en le refroidissant, ou
en tant que condenseur et, dans ce cas, le fluide frigorigène cède, à pression sensiblement constante, une partie de son énergie thermique au fluide technique, en le chauffant.

Par conséquent, il peut être possible d'identifier, dans cet échangeur de chaleur principal 21, un côté primaire 24 où circule et fonctionne le fluide frigorigène, et un côté secondaire 25 où circule et fonctionne le fluide technique du circuit de conditionnement 3.

Comme prévu, le circuit de conditionnement 3 peut comprendre au moins une pompe de circulation 30 du fluide technique et un ou plusieurs terminaux 31 pour le chauffage/refroidissement de la pièce et/ou pour l'eau sanitaire.

Ces bornes 31 peuvent donc fonctionner :

comme dispositifs de dissipation de la chaleur et/ou comme unités de conditionnement en mode chauffage/refroidissement, comprenant dans ce cas, par exemple, un ou plusieurs radiateurs, panneaux radiants au sol ou muraux, ventilo-convecteurs, convecteurs ou dispositifs similaires, et/ou
comme accumulateurs de chaleur contenant le fluide circulant dans le circuit de conditionnement 3, par exemple comme tampons, et/ou
comme accumulateurs de chaleur, par exemple comme réservoirs d'eau chaude (ou similaires) dans le cas du chauffage de l'eau sanitaire.

Sans aucune intention limitative et en considérant la direction de fonctionnement F du fluide technique comme référence, la pompe de circulation 30 peut être placée en amont du côté secondaire 25 de l'échangeur de chaleur principal 21 (voir ).

Comme indiqué à plusieurs reprises, le système de pompe à chaleur 1 de l'invention est de préférence conçu pour fonctionner avec des fluides frigorigènes à faible impact environnemental (par exemple le R32 bien connu, le propane R290 ou similaire) qui, comme on l'a vu, présentent toutefois l'inconvénient d'être inflammables au contact de composants ou d'éléments particulièrement chauds ou de pouvoir potentiellement produire des étincelles.

C'est également pour cette raison que le circuit de conditionnement 3 peut comprendre au moins une soupape de décharge 43 capable de s'ouvrir pour des pressions du fluide technique généralement supérieures à 3 bars, permettant une décharge de celui-ci, par exemple, dans l'atmosphère ; une telle condition peut se produire en présence de fuites considérables de réfrigérant provenant du circuit de réfrigération 2.

Une éventuelle vanne de ventilation 44 (également appelée vanne "jolly" ou "de désaération"), de type manuel ou automatique, permet également d'expulser les petites fuites de réfrigérant provenant du circuit de réfrigération 2 en plus de l'air éventuellement présent dans les tuyaux et/ou dans les terminaux 31 dudit circuit de conditionnement 3.

Selon un mode de réalisation possible de l'invention et sans aucune intention limitative, ladite soupape de décharge 43 et/ou ladite soupape de ventilation 44 peuvent faire partie d'un dispositif de dégazage 4, convenablement agencé pour arrêter l'écoulement du fluide technique et/ou empêcher lesdites pertes éventuelles de fluide réfrigérant, résultant principalement de défauts et/ou de ruptures d'un ou de plusieurs composants ou tuyaux du circuit de réfrigération 2 (par ex, de l'échangeur de chaleur principal 21), d'atteindre le circuit de chauffage 3, les bornes correspondantes 31 et donc de se répandre dans l'environnement domestique (ou commercial/industriel), avec des effets nocifs et dangereux pour les utilisateurs.

Il n'est pas nécessaire de s'attarder sur la description des caractéristiques techniques et fonctionnelles dudit dispositif de dégazage 4, car il s'agit d'un composant en soi déjà connu de l'homme de l'art, largement utilisé et disponible dans une grande variété de modèles et de variantes de construction.

Dans ce contexte, il suffit donc de préciser qu'en prenant à nouveau comme référence la direction de fonctionnement F du fluide technique, ledit dispositif de dégazage 4 est placé dans le circuit de conditionnement 3 de préférence en aval du côté secondaire 25 de l'échangeur de chaleur principal 21.

Ledit dispositif de dégazage 4 peut donc comprendre :

une entrée 40 reliée au côté secondaire 25 de l'échangeur de chaleur principal 21,
une sortie 41 reliée au tuyau de refoulement 32 pour les bornes 31 du circuit de conditionnement 3,
une chambre d'expansion 42 dans laquelle les fuites de réfrigérant sont interceptées et/ou séparées du fluide technique par un ralentissement soudain de celui-ci et l'utilisation éventuelle de moyens de séparation tels que des filtres à maille, des écrans perforés, des turbulateurs ou similaires (non représentés), ladite chambre d'expansion 42 étant en communication fluidique avec :

l’entrée 40 et la sortie 41,
ladite au moins une soupape de décharge 43 et/ou soupape de ventilation 44 adaptée, comme on le voit, pour évacuer à l'extérieur au moins lesdites fuites de fluide frigorigène interceptées et/ou séparées du fluide technique.

Sans aucune intention limitative, ledit dispositif de dégazage 4 peut également être du type comprenant un corps d'obturateur (non explicitement représenté), à l'intérieur de la chambre d'expansion 42, par exemple un obturateur "flottant", capable, selon les modalités connues, de :

ouvrir, ou maintenir ouverte, la sortie 41 dans des conditions de fonctionnement normal du système de pompe à chaleur 1, permettant ainsi l'écoulement normal et le passage du fluide technique de l'échangeur de chaleur principal 21 vers les bornes 31 du circuit de conditionnement 3,
fermer la sortie 41 en cas de fuites de fluide frigorigène, notamment pour des quantités dépassant un seuil prédéfini considéré comme tolérable ou non dangereux, permettant de les séparer du fluide technique et d'éviter qu'elles n'atteignent lesdites bornes 31 et ne se répandent dans l'environnement domestique (ou commercial/industriel).

Selon l'invention, il est également souhaitable d'empêcher lesdites fuites éventuelles de fluide frigorigène d'atteindre les bornes 31 du circuit de conditionnement 3, par des "voies" différentes de celles empêchées par l'activation du dispositif de dégazage 4.

Plus précisément, on souhaite empêcher un écoulement de fuites de réfrigérant (ci-après dénommé "écoulement rétrograde ou reflux FR" ; voir -2b) en direction opposée à celle du fonctionnement du fluide technique, c'est-à-dire vers la pompe de circulation 30 et la branche de retour 33 du même circuit de conditionnement 3.

Ceci peut être réalisé sans qu'il soit nécessaire de prévoir les clapets anti-retour connus normalement utilisés pour se fermer en présence de "circulations parasites CP" dans le circuit de conditionnement 3 du fluide technique du système de pompe à chaleur 1 (c'est-à-dire à l'opposé de la direction imprimée au fluide par la pompe de circulation 30 ; voir, pour plus de clarté, la flèche CP dans les et/ou 2a-2b).

En d'autres termes, selon l'invention, ledit clapet anti-retour connu est remplacé par une soupape de sécurité 5, représentée schématiquement dans les figures en annexe, et capable de :

"se laisser traverser par le fluide technique (par exemple l'eau technique) aussi bien en circulant dans le sens de fonctionnement F qu'en sens inverse, c'est-à-dire en cas, comme on l'a vu, de circulations parasites CP (qui sont donc délibérément tolérées), mais
fermeture en cas de flux rétrograde FR d'éventuelles fuites de réfrigérant provenant de l'échangeur de chaleur principal 21, de manière à bloquer leur propagation vers la branche de retour 33 du circuit de conditionnement 3 et les bornes correspondantes 31.

Comme le montre la , à titre d'exemple, ladite soupape de sécurité 5 peut être placée de préférence, compte tenu de la direction de fonctionnement F du fluide technique dans le circuit de conditionnement 3, en amont du côté secondaire 25 de l'échangeur de chaleur principal 21.

De préférence, cette soupape de sécurité 5 peut être placée entre la sortie de la pompe de circulation 30 du circuit de conditionnement 3 et l'entrée du côté secondaire 25 de l'échangeur de chaleur principal 21.

Selon un mode de réalisation possible, qui fait partie des modes de réalisation préférés, ladite soupape de sécurité 5 peut comprendre :

un corps de récipient 50 (par exemple cylindrique ou en forme de boîte) équipé d'au moins une première 51 et une seconde 52 ouverture pour le passage d'au moins le fluide technique du circuit de conditionnement 3, lesdites ouvertures 51, 52 pouvant consister en des trous, des fentes ou autres, et
au moins un obturateur 53 capable de se déplacer, sensiblement verticalement, à l'intérieur du corps du récipient 50 et agissant comme un "bouchon" pour au moins l'une des ouvertures de passage 51, 52.

Selon l'exemple de la , la première ouverture 51 dudit corps de récipient 50 de la soupape de sécurité 5 est en communication fluidique avec le refoulement de la pompe de circulation 30, tandis que la deuxième ouverture 52 est reliée, par exemple par des sections de tuyau, au côté secondaire 25 de l'échangeur de chaleur principal 21.

Sans aucune intention limitative, selon un mode de réalisation possible de l'invention, ces première et deuxième ouvertures 51, 52 peuvent être deux ouvertures de passage opposées, l'une inférieure 51 et l'autre supérieure 52, c'est-à-dire situées respectivement sur le fond 55 du corps de récipient 50 de la soupape de sécurité 5 et sur la paroi supérieure relative 56 de celui-ci.

De préférence, l'obturateur 53 est en mesure de fermer l'ouverture inférieure 51 de la soupape de sécurité 5 exclusivement en cas de flux de réfrigérant rétrograde FR, en la laissant au contraire ouverte en cas de passage du fluide technique, aussi bien dans la direction de fonctionnement F que dans celle opposée aux circulations parasites CP.

En d'autres termes, comme on le verra en détail plus loin, ladite soupape de sécurité 5 agit comme une vanne d'arrêt pour le fluide frigorigène dirigé, en cas de fuites, vers la branche de retour 33 du circuit de conditionnement 3 et les bornes 31 correspondantes, mais pas pour le fluide technique qui est donc libre de passer à travers elle.

À cette fin, l'obturateur 53 de la soupape de sécurité 5 peut comprendre un corps flottant ayant une densité inférieure à celle du fluide technique ; de cette façon, lorsque le fluide technique est présent dans la soupape de sécurité 5, l'obturateur 53 flotte à l'intérieur du corps de récipient 50 correspondant, laissant ouverte (ou l'ouvrant) l'ouverture inférieure 51 de ce dernier.

La soupape de sécurité 5 peut également comprendre au moins un dispositif d'arrêt ou de fin de course 54 (ci-après dénommé simplement "fin de course 54") qui permet à l'obturateur 53 de flotter dans le fluide technique sans jamais obstruer l'ouverture supérieure 52, en garantissant en même temps de grandes sections de passage et, par conséquent, de faibles pertes de charge.

Sans aucune intention limitative, ladite fin de course 54 peut par exemple comprendre une plaque 54 de taille appropriée et logée à l'intérieur du corps de conteneur 50 de la soupape de sécurité 5 et adaptée pour agir comme un élément de blocage supérieur pour le flottement de l'obturateur 53.

Bien entendu, rien n'empêche de prévoir des systèmes alternatifs et/ou équivalents (variantes non représentées).

Par exemple, il est possible de façonner et de dimensionner l'obturateur 53 de manière à ce qu'il reste toujours suffisamment éloigné de l'ouverture supérieure 52 de la soupape de sécurité 5 et qu'il permette en même temps l'écoulement d'au moins le fluide technique. Par exemple, au moins deux protubérances faisant saillie de la face supérieure de l'obturateur 53 peuvent être prévues pour agir comme des éléments de butée sur la paroi supérieure 56 du corps de récipient 50 de la soupape de sécurité 5 et définir des passages radiaux entre eux pour au moins ledit fluide technique.

Il est également possible de réaliser l'ouverture supérieure 52 susmentionnée sur un côté du corps du récipient 50 de la soupape de sécurité 5, plutôt que sur sa paroi supérieure 56, comme nous l'avons vu jusqu'à présent.

La densité dudit obturateur 53 est au contraire supérieure à celle du fluide frigorigène.

Par conséquent, lorsque, à la suite des fuites susmentionnées, la soupape de sécurité 5 est complètement remplie de réfrigérant, qui a progressivement remplacé le fluide technique, l'obturateur 53 n'est plus en mesure de flotter, se déplaçant, également grâce à la contribution de la force du poids, automatiquement et spontanément sur le fond 55 du corps du conteneur 50, en bloquant l'ouverture inférieure 51 de celui-ci.

De cette façon, comme prévu, l'éventuel flux rétrograde FR du fluide frigorigène s'arrête, évitant une propagation indésirable et dangereuse de celui-ci vers le circuit de conditionnement 3, en particulier vers la branche de retour 33.

Pour plus de clarté, le fonctionnement de ladite soupape de sécurité 5 du système de pompe à chaleur 1 de l'invention est décrit ci-dessous.

Lorsque le système de pompe à chaleur 1 de l'invention fonctionne dans des conditions standard et/ou optimales (c'est-à-dire en l'absence de fuites et/ou de dysfonctionnements), la soupape de sécurité 5 est affectée par le flux de fonctionnement F du fluide technique, qui passe à travers elle sans être perturbé et avec des pertes de charge négligeables ; en effet, le volume interne du corps du réservoir 50 et les dimensions et la forme convenablement choisies de l'obturateur relatif 53, offrent une résistance substantiellement négligeable à l'écoulement du fluide technique, en tout cas nettement inférieure à celle d'un clapet anti-retour ou d'autres dispositifs similaires.

Dans ces conditions, l'obturateur 53 de la soupape de sécurité 5 est flottant et soulevé du fond 55 du corps du récipient 50, c'est-à-dire qu'il est placé à proximité de la position de fin de course, par exemple en contact avec le dispositif de fin de course 54, laissant ainsi les ouvertures de passage inférieure 51 et supérieure 52 ouvertes et libres.

En cas de dysfonctionnement ou de rupture d'un ou de plusieurs composants du circuit de réfrigération 2 (par exemple de l'échangeur de chaleur principal 21), une quantité considérable de réfrigérant, caractérisée par des pressions supérieures à celles du fluide technique, peut pénétrer et entrer dans le circuit de conditionnement 3 et atteindre, avec un flux rétrograde FR, la soupape de sécurité 5.

À ce stade, les fuites de réfrigérant à haute pression commencent à "presser" et à "pousser" le fluide technique hors du corps du conteneur 50 par l'ouverture inférieure 51 de la soupape de sécurité 5 qui reste sensiblement ouverte grâce au flottement de l'obturateur 53 provoqué par le fluide technique résiduel.

Toutefois, en raison de la vidange progressive dudit fluide technique, remplacé par le fluide frigorigène, l'obturateur flottant 53 commencera à se déplacer à l'intérieur du corps du conteneur 50, à s'éloigner de la position de fin de course susmentionnée (c'est-à-dire du dispositif de fin de course 54) et à s'approcher de l'ouverture inférieure 51 de la soupape de sécurité 5.

Lorsque tout le fluide technique sera complètement expulsé du corps du récipient 50 de la soupape de sécurité 5 et totalement remplacé par le réfrigérant, l'obturateur 53, ne pouvant plus flotter, reposera sur le fond 55 du même corps du récipient 50, fermant hermétiquement le passage 51 vers le circuit de conditionnement 3, sous l'effet des hautes pressions du même réfrigérant.

Il apparaît donc clairement que la soupape de sécurité 5 du système de pompe à chaleur 1 de l'invention n'empêche en aucune façon les éventuelles circulations parasites CP du fluide technique (comme cela se produit plutôt avec les clapets anti-retour traditionnels), arrêtant effectivement, uniquement les flux rétrogrades FR du réfrigérant en cas de fuites et d'échappements du circuit de réfrigération 2.

En d'autres termes, ladite soupape de sécurité 5 est insérée dans le système de pompe à chaleur 1 de l'invention dans le seul but d'arrêter les éventuels flux rétrogrades FR de réfrigérant vers le circuit de conditionnement 3, sans intérêt et sans but de bloquer également les éventuelles circulations parasites CP du fluide technique (par exemple de l'eau technique), qui sont donc substantiellement tolérées.

L'utilisation d'une soupape de sécurité 5, telle que décrite, peut également conduire à un deuxième ordre d'avantages et à une augmentation de l'efficacité et de la durée de vie du système de pompe à chaleur 1 de l'invention.

En effet, il a été dit à plusieurs reprises que le fluide réfrigérant fonctionne à des pressions élevées (même de l'ordre de quelques dizaines de bars) et qu'en cas de fuites, il peut générer des pics de pression qui, se propageant le long du circuit de conditionnement 3, peuvent endommager les tuyaux et/ou les composants concernés, généralement testés pour fonctionner à des pressions plus basses (généralement égales à 3 bars).

Le corps du récipient 50, agissant comme un volume d'expansion pour le réfrigérant, en plus de celui normalement offert par le circuit de conditionnement 3, permet donc d'abaisser et de compenser ces pics de pression plus rapidement, en réduisant les dommages potentiels aux composants tels que l'échangeur de chaleur principal 21, le dispositif de dégazage 4 (en particulier, les joints ou les raccords de celui-ci se connectant aux tuyaux du circuit de conditionnement 3), la pompe de circulation 30, etc.

Enfin, il convient de noter que plusieurs variantes du système de pompe à chaleur de l'invention sont possibles pour l'homme du métier, sans s'écarter des limites de la nouveauté de l'idée inventive, de même qu'il est clair que dans la réalisation pratique de l'invention, les différents composants décrits ci-dessus peuvent être remplacés par des éléments techniquement équivalents.

Par exemple, en alternative à ce qui a été dit jusqu'à présent, rien n'empêche que lesdites soupapes de décharge 43 et/ou de ventilation 44 du circuit de conditionnement 3, au lieu de faire partie du dispositif de dégazage 4, soient intégrées directement dans la soupape de sécurité 5 de l'invention, par exemple installées et en communication fluidique avec le corps du récipient 50 de celle-ci.

Il est également possible de prévoir que lesdites soupapes de décharge 43 et/ou de ventilation 44 soient simultanément prévues dans le dispositif de dégazage 4 et dans la soupape de sécurité 5, de manière à garantir une sécurité et une efficacité accrues du système de pompe à chaleur 1 de l'invention.

En conclusion, il apparaît clairement qu'avec la soupape de sécurité 5 du système de pompe à chaleur 1 de l'invention, les objectifs fixés sont atteints, en particulier la possibilité d'éliminer, ou en tout cas de limiter efficacement, le risque que d'éventuelles fuites de réfrigérant, se propageant à travers le circuit de conditionnement 3, puissent atteindre l'environnement d'installation et/ou d'utilisation dudit système de pompe à chaleur 1, mettant en danger la sécurité des utilisateurs et/ou l'intégrité des structures du bâtiment concerné en cas de formation de concentrations inflammables et/ou explosives.

En outre, la soupape de sécurité 5 de l'invention offre, comme on l'a vu, une résistance sensiblement négligeable à l'écoulement du fluide technique du circuit de conditionnement 3 et, par conséquent, des pertes de pression nettement inférieures à celles typiques d'un clapet anti-retour ou de dispositifs similaires.

Claims

Système de pompe à chaleur (1) comprenant au moins :
un circuit de réfrigération (2) dans lequel un fluide frigorigène circule et fonctionne du côté primaire (24) d'un échangeur de chaleur principal (21),

un circuit de conditionnement (3) dans lequel un fluide technique, utilisé pour les fonctions de chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire, circule et fonctionne du côté secondaire (25) de ce même échangeur de chaleur principal (21),
dans lequel :
l'échange de chaleur entre ledit fluide frigorigène et le fluide technique s'effectue dans ledit échangeur de chaleur principal (21),

ledit circuit de conditionnement (3) comprend au moins une pompe de circulation (30) pour ledit fluide technique et un ou plusieurs terminaux (31) pour le chauffage/refroidissement de locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire,
caractérisé par le fait queledit circuit de conditionnement (3) comprend en outre une soupape de sécurité (5) capable de :
être traversée par ledit fluide technique aussi bien lorsqu'il circule dans le sens de fonctionnement (F) qu'en cas de circulations parasites (CP) de celui-ci dans ledit circuit de conditionnement (3),

fermeture en cas d'écoulement de fuites de fluide frigorigène dans ledit circuit de conditionnement (3) dans le sens opposé (FR) au sens de fonctionnement (F) dudit fluide technique,
ladite soupape de sécurité (5) agissant donc comme une soupape d'arrêt pour ledit fluide frigorigène mais pas pour ledit fluide technique.
Système de pompe à chaleur (1) selon la revendication 1,caractérisé en ce queladite soupape de sécurité (5) est située, par rapport à la direction de fonctionnement (F) dudit fluide technique, en amont dudit côté secondaire (25) dudit échangeur de chaleur principal (21).
Système de pompe à chaleur (1) selon la revendication 2,caractérisé en ce queladite soupape de sécurité (5) est située entre la sortie de ladite pompe de circulation (30), placée en amont dudit échangeur de chaleur principal (21), et l'entrée dudit côté secondaire (25) dudit échangeur de chaleur principal (21).
Système de pompe à chaleur (1) selon une ou plusieurs des revendications précédentes,caractérisé en ce queladite soupape de sécurité (5) comprend au moins :
un corps de récipient (50) équipé d'au moins une première (51) et une deuxième (52) ouvertures de passage pour au moins ledit fluide technique du circuit de conditionnement (3), et

au moins un obturateur (53) capable de se déplacer à l'intérieur du corps du récipient (50) pour agir comme un "bouchon" pour au moins l'une des ouvertures de passage (51, 52).
Système de pompe à chaleur (1) selon la revendication précédente,caractérisé en ce queledit obturateur (53) est un corps flottant (53) ayant une densité inférieure à celle dudit fluide technique mais supérieure à celle dudit fluide frigorigène, ledit obturateur (53) étant capable de :
flotter à l'intérieur dudit corps de récipient (50) de ladite soupape de sécurité (5) en présence d'un fluide technique, dans ce cas lesdites première (51) et seconde ouvertures (52) étant toutes deux toujours ouvertes,

obturer ladite première ouverture (51) dudit corps de récipient (50) de ladite soupape de sécurité (5) lorsqu'elle est totalement remplie desdites fuites éventuelles de réfrigérant, ledit obturateur (53) bloquant et/ou arrêtant la diffusion dudit réfrigérant dans/vers la branche de retour (33) dudit circuit de conditionnement (3).
Système de pompe à chaleur (1) selon la revendication 5,caractérisé en ce queladite soupape de sécurité (5) comprend intérieurement un dispositif de fin de course (54) pour ledit obturateur flottant (53), ledit dispositif de fin de course (54) permettant audit obturateur (53) de flotter dans le corps de récipient (50) de ladite soupape de sécurité (5) sans jamais en obstruer la seconde ouverture (52).
Système de pompe à chaleur (1) selon une ou plusieurs des revendications précédentes 4 à 6,caractérisé par le fait quela première (51) et la deuxième (52) ouverture sont deux ouvertures de passage opposées, une inférieure (51) et une supérieure (52), situées respectivement sur le fond (55) du corps du récipient (50) de ladite soupape de sécurité (5) et sur la paroi supérieure relative (56) de celle-ci.
Système de pompe à chaleur (1) selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes,caractérisé par le fait quele corps du réservoir (50) de la soupape de sécurité (5) agit également comme un volume d'expansion supplémentaire pour les fuites éventuelles de réfrigérant.
Système de pompe à chaleur (1) selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes,caractérisé par le fait queledit circuit de conditionnement (3) comprend en outre une soupape de décharge (43).
Système de pompe à chaleur (1) selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes,caractérisé par le fait queledit circuit de conditionnement (3) comprend en outre une vanne de ventilation (44).
Système de pompe à chaleur (1) selon les revendications 9 et/ou 10,caractérisé par le fait queladite soupape de décharge (43) et/ou ladite soupape de ventilation (44) sont intégrées à ladite soupape de sécurité (5) et en communication fluidique avec le corps du réservoir (50) de celle-ci.
Système de pompe à chaleur (1) selon les revendications 9 et/ou 10,caractérisé par le fait queladite soupape de décharge (43) et/ou ladite soupape de ventilation (44) font partie d'un dispositif de dégazage (4) dudit circuit de conditionnement (3).
Système de pompe à chaleur (1) selon la revendication 12,caractérisé en ce queledit dispositif de dégazage (4) est situé, en référence à la direction de fonctionnement (F) dudit fluide technique, en aval dudit côté secondaire (25) de l'échangeur de chaleur principal (21),
Système de pompe à chaleur (1) selon la revendication précédente,caractérisé en ce queledit dispositif de dégazage (4) comprend en outre au moins : une entrée (40) reliée audit côté secondaire (25) dudit échangeur principal (21), une sortie (41) reliée à un tuyau de refoulement (32) desdits terminaux (31) du circuit de conditionnement (3), une chambre d'expansion (42) dans laquelle lesdites fuites de réfrigérant sont interceptées et/ou séparées dudit fluide technique.
Système de pompe à chaleur (1) selon une ou plusieurs des revendications 12 à 14,caractérisé par le fait queledit dispositif de dégazage (4) est du type "à flotteur".
Système de pompe à chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le fluide frigorigène du circuit de réfrigération (2) est un fluide frigorigène à faible impact environnemental, par exemple le propane R290, le difluorométhane R32 ou similaire.