FR3145030A3

FR3145030A3 - Système de pompe à chaleur comprenant un dispositif de dégazage et un chauffage d'appoint

Info

Publication number: FR3145030A3
Application number: FR2313277A
Authority: FR
Inventors: Angelo Le Pera; Marco Molteni
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-01-16
Filing date: 2023-11-29
Publication date: 2024-07-19
Anticipated expiration: 2033-11-29
Also published as: FR3145030B3; EP4400776A1

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) et 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) dudit échangeur de chaleur principal (21). Le circuit de conditionnement (3) comprend en outre une pompe de circulation (30) et au moins un chauffage d'appoint (5). Ce chauffage d'appoint (5) intègre au moins une soupape de ventilation (6) capable d'expulser au moins les fuites de fluide frigorigène avant qu'elles ne se répandent dans ledit circuit de conditionnement (3). Figure pour l’abrégé : [Fig. 3].

Description

SYSTÈME DE POMPE À CHALEUR COMPRENANT UN DISPOSITIF DE DÉGAZAGE ET UN CHAUFFAGE D'APPOINT

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 un réfrigérant à faible impact environnemental et conçu pour empêcher toute fuite de réfrigérant d'atteindre l'environnement dans lequel ledit système de pompe à chaleur est installé et/ou fonctionne, et de s'y propager à l’intérieur.

Plus précisément, la présente invention a pour objet un système de pompe à chaleur pour les fonctions de chauffage/refroidissement des locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire capable d'intégrer un dispositif adapté pour intercepter et expulser lesdites éventuelles fuites de réfrigérant sans que cela n'entraîne une augmentation du nombre global des composants fonctionnels de ladite pompe à chaleur.

Sans aucune intention limitative, l'invention relève du secteur des équipements de conditionnement par pompe à chaleur pour les bâtiments résidentiels et/ou industriels/commerciaux (ou similaires), où le "conditionnement" est indifféremment désigné comme "chauffage" ou "refroidissement", de préférence 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 des locaux, 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 1' comprend au moins (voir ) :

un circuit de réfrigération 2' 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 pour le fluide technique 3', généralement de l'eau ou un fluide similaire, destiné au chauffage/refroidissement des locaux par l'intermédiaire de radiateurs, de panneaux radiants au sol, de ventilo-convecteurs ou autres et/ou à la production d'eau chaude sanitaire par l'intermédiaire d'accumulateurs de chaleur spéciaux, par exemple par l'intermédiaire d'accumulateurs d'eau chaude.

Par la suite, pour des raisons de simplicité descriptive, le circuit 3' du fluide technique sera appelé "circuit de conditionnement 3'", où, comme déjà mentionné, le terme "conditionnement" désigne indifféremment la fonction de refroidissement/chauffage de locaux et la fonction de chauffage de l'eau sanitaire.

Généralement, le circuit de réfrigération et le circuit de conditionnement partagent au moins un échangeur de chaleur 21', par exemple un échangeur à plaques 21', dans lequel s'effectue l'échange de chaleur entre ladite réfrigération et le fluide technique.

Plus précisément, lorsqu'un système de pompe à chaleur 1' est utilisé pour chauffer l'environnement et/ou l'eau sanitaire, ledit échangeur de chaleur 21' fonctionne comme un condenseur. Au contraire, si le même système de pompe à chaleur 1' fonctionne en mode refroidissement, ledit échangeur de chaleur 21' fonctionne comme un évaporateur.

Le circuit de conditionnement 3' d'un système de pompe à chaleur 1' peut également comprendre au moins un chauffage d'appoint 5', généralement destiné à fournir une capacité de chauffage supplémentaire pour le fluide technique et/ou à protéger le système de pompe à chaleur contre le gel pendant les périodes froides de fonctionnement.

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 polluants afin de réduire les risques pour l'environnement (par exemple, pour des phénomènes contrastés tels que le réchauffement climatique).

Pour atteindre 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 ayant la formule chimique 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 des 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, des réglementations européennes et/ou nationales ont été émises qui prévoient que toute fuite de réfrigérant, et le passage consécutif de celui-ci du circuit de réfrigération au circuit de conditionnement, doivent être interceptés et bloqués avant qu'ils n'atteignent le système de chauffage et/ou de refroidissement des locaux ou le système de production d'eau sanitaire.

Par exemple, comme le montre le document US 2019/0390873 A1, lesdites pompes à chaleur peuvent prévoir des chambres étanches à l'air dans lesquelles les éventuelles fuites de fluide frigorigène peuvent rester confinées sans risque d'inflammabilité ou de dispersion dans l'environnement de ladite pompe à chaleur et/ou être reliées à des tuyaux convenablement conçus pour acheminer lesdites fuites de fluide frigorigène directement dans l'atmosphère.

À cette fin, des dégazeurs, placés de manière appropriée dans le système de pompe à chaleur, ont été mis au point pour séparer et éventuellement expulser les fuites de réfrigérant dues à des ruptures et/ou à des dysfonctionnements des composants et/ou des tuyaux du circuit de réfrigération. Ces ruptures et/ou dysfonctionnements peuvent en effet permettre au fluide frigorigène de s'infiltrer et d'atteindre le circuit de conditionnement, en se mélangeant au fluide technique.

Comme le montre la , en prenant comme référence le sens de fonctionnement du fluide technique dans le circuit de conditionnement 3', un dégazeur 4' est positionné immédiatement en aval de l'échangeur de chaleur 21' chargé, comme prévu, de l'échange de chaleur entre le réfrigérant du circuit de réfrigération 2' et le fluide technique (eau technique ou similaire) du même circuit de conditionnement 3'.

Comme il y sera fait référence à plusieurs reprises au cours de la présente description, il est précisé que par "direction de fonctionnement" ou "flux de fonctionnement", il faut entendre la direction normalement imprimée au fluide technique dans le circuit de conditionnement 3' par la pompe de circulation correspondante 30', lorsque le système de pompe à chaleur fonctionne en conditions de chauffage et/ou de refroidissement (voir référence F dans les ou 3).

Par exemple, ledit dégazeur 4' peut être positionné entre ledit échangeur de chaleur 21' et ledit chauffage d'appoint 5', le cas échéant.

Un type connu de dégazeur 4' est illustré aux figures 1 et/ou 2a, 2b.

Ledit dégazeur 4' a une forme et des dimensions appropriées pour définir une chambre 40', appelée "chambre de dégazage 40'", dans laquelle le fluide technique du circuit de conditionnement 3', qui le traverse, peut se déverser et se propager en diminuant sa vitesse.

Du fait de ce ralentissement, la force d'entraînement du fluide technique vers les fuites de réfrigérant diminue également, ce qui favorise l'interception et la séparation de ces fuites.

Tout dispositif de séparation 43' à l'intérieur de la chambre de dégazage 40', tel que des filtres à mailles (comme cela est bien illustré dans les figures 2a ou 2b), des mailles perforées, des chicanes, des turbulateurs ou des moyens similaires interférant avec l'écoulement du fluide technique, peut faciliter le ralentissement de ce dernier et la séparation susmentionnée du réfrigérant.

Une fois séparé, le réfrigérant, généralement à l'état gazeux (par exemple sous forme de bulles B) et de densité inférieure à celle du fluide technique, tend à s'élever vers les parties supérieures de la chambre de dégazage 40' d'où au moins une soupape de ventilation 6' permet de l'évacuer dans l'atmosphère avant qu'il n'atteigne et ne se répande dans l'environnement dans lequel le système de pompe à chaleur 1' est installé et/ou fonctionne (avec les inconvénients et les dangers qui en découlent pour l'utilisateur).

Il n'est pas nécessaire de s'attarder sur la description des détails et des caractéristiques techniques et fonctionnelles dudit dégazeur 4' étant donné qu'il s'agit, comme mentionné, d'un composant en soi déjà connu de l'homme du métier, largement utilisé et disponible dans une grande variété de modèles et de variantes de construction (voir, à cet égard, également la variante décrite et montrée dans le document de l'art antérieur EP 4 075 078 A1 et/ou le dégazeur du document US 6 526 921 B1).

Dans ce contexte, il est toutefois nécessaire de préciser qu'un dégazeur 4' constitue un composant supplémentaire pour un système de pompe à chaleur 1' qui peut avoir une influence négative sur les coûts de production et d'installation, ainsi que sur la taille et l'encombrement de ce dernier, en particulier de l'unité externe, où il est généralement logé.

En outre, si d'une part l'utilisation d'un dégazeur 4' 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 3', détériorant par conséquent l'efficacité de l'ensemble du système 1'.

Il y a également un risque accru de fuites de fluide technique du circuit de conditionnement 3' si les connexions hydrauliques entre les tuyaux concernés et le dégazeur 4' ne sont pas parfaitement étanches. Cela peut entraîner une augmentation des coûts de gestion et d'entretien du système de pompe à chaleur 1'.

Pour tenter de surmonter ces problèmes, on a donc essayé d'étudier, sans succès, un dispositif de dégazage plus performant, par exemple du type illustré dans les documents CN 101 970 940 A et/ou EP 2 312 224 B1, selon le préambule de la revendication indépendante jointe à la présente description.

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 toute fuite de réfrigérant de se propager à l'intérieur de l'installation et/ou de l'environnement d'utilisation.

Un autre objectif de la présente invention, au moins pour l'une de ses variantes exécutives, est de fournir un système de pompe à chaleur à faible impact environnemental pour les fonctions de chauffage/refroidissement des locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire dans lequel ledit au moins un dispositif adapté pour intercepter de telles fuites de réfrigérant n'entraîne pas d'augmentation des pertes de charge et de la résistance à l'écoulement du fluide technique dudit système de pompe à chaleur.

Un autre objet de la présente invention, au moins pour l'une de ses variantes exécutives, 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, capable d'intégrer au moins un dispositif adapté pour intercepter de telles fuites de réfrigérant sans que cela n'entraîne une augmentation du nombre total des composants fonctionnels dudit système de pompe à chaleur.

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'état de la technique ;
Les figures 2a et 2b montrent schématiquement un détail du système de pompe à chaleur de la , en particulier un dispositif de dégazage connu, selon une première et une deuxième configuration de fonctionnement ;
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 ;
La montre schématiquement un détail du système de pompe à chaleur de la , en particulier du dispositif de dégazage de l'invention.

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.

Le numéro de 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 déjà partiellement mentionné, le système de pompe à chaleur 1 présente un premier circuit 2 dans lequel circule un fluide frigorigène qui est évaporé à basse pression, porté à haute pression, condensé et enfin ramené à une pression d'évaporation, et un second circuit 3 traversé par un fluide technique, de préférence de l'eau technique, qui peut être utilisé pour le chauffage/refroidissement des locaux et/ou pour la production d'eau sanitaire.

Par la suite, pour des raisons de simplicité descriptive, les premier 2 et deuxième 3 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.

De préférence, sans aucune intention limitative, ledit circuit de réfrigération 2 et de conditionnement 3, ce dernier au moins partiellement, peut être logé dans l'unité externe 10 du système de pompe à chaleur 1.

Dans la présente description, le fluide frigorigène sera désigné, sans aucune intention limitative, comme un réfrigérant à faible impact environnemental (par exemple à faible PRP -potentiel de réchauffement planétaire) qui, comme mentionné, présente un risque d'inflammabilité plus élevé, comme, par exemple, le bien connu R290 (propane), R32 (difluorométhane), ou similaire/semblable.

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 20 et le second 21 échangeur de chaleur 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 réfrigérant 2 peut être commuté, au moyen d'une vanne de commutation (non représentée), par exemple dans les "4 sens" entre le mode de fonctionnement "refroidissement" et le mode de fonctionnement "chauffage" (et vice versa) avec ledit premier 20 et second 21 échangeur de chaleur qui peut 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, tandis que le second échangeur 21 comme un évaporateur relatif.

Plus généralement, le second échangeur de chaleur 21 est de préférence celui dans lequel l'échange de chaleur a lieu 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
comme 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 également comprendre au moins une pompe de circulation 30 du fluide technique et est connecté et/ou coopère avec un ou plusieurs terminaux (non représentés) pour le chauffage/refroidissement ambiant et/ou pour l'eau sanitaire.

Lesdits terminaux 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 ).

Le circuit de conditionnement 3 peut en outre comprendre au moins :

une soupape de décharge (non représentée) capable de s'ouvrir pour des pressions du fluide technique supérieures à un seuil de sécurité, généralement de 3 bars, permettant son évacuation ; cette condition peut se produire en cas d'anomalies et/ou de défaillances majeures d'un ou de plusieurs composants du système de pompe à chaleur 1, par exemple en présence de fuites importantes et soudaines de réfrigérant du circuit frigorifique 2 dues à des ruptures de l'échangeur principal 21 de ce dernier (en général, l'échangeur à plaques) et/ou des tuyaux de raccordement, et/ou
au moins une soupape de ventilation 6, de type manuel ou automatique, qui permet l'évacuation d'un gaz éventuellement transporté par le fluide technique et convenablement intercepté et séparé de celui-ci.

Dans l'exemple, ladite valve de ventilation 6 peut donc permettre l'expulsion :

des fuites de réfrigérant provenant du circuit de réfrigération 2 et qui ont atteint et affecté le fluide technique, et/ou éventuellement
de l'excès d'air présent dans les tuyaux et/ou dans les terminaux dudit circuit de conditionnement 3.

Comme le montre la , ledit circuit de conditionnement 3 comprend en outre un chauffage d'appoint 5, destiné à fournir une capacité de chauffage supplémentaire pour le fluide technique et/ou à protéger le système de pompe à chaleur 1 contre le gel pendant les périodes de fonctionnement les plus froides.

Généralement, ledit chauffage d’appoint 5 est un corps sensiblement en forme de boîte en communication fluidique avec les tuyaux du circuit de conditionnement 3 et il est donc également traversé par le fluide technique.

Sans aucune intention limitative, le chauffage d'appoint 5, qui est de préférence installé en aval de l'échangeur de chaleur principal 21 (en se référant à la direction de fonctionnement F du fluide technique) comprend au moins :

une entrée 51 reliée, par des sections de tuyaux, au côté secondaire 25 de l'échangeur de chaleur principal 21,
une sortie 52 reliée au tuyau de refoulement 31 pour les terminaux du circuit de conditionnement 3,
une chambre 50 dans laquelle a lieu le chauffage supplémentaire du fluide technique (ci-après également appelée "chambre de chauffage 50"),
au moins un élément chauffant 53, à l'intérieur de ladite chambre 50, et, de préférence, de type électrique (c'est-à-dire de nature à chauffer ce fluide technique par effet Joule).

Selon un mode de réalisation possible, ledit au moins un élément chauffant 53 peut par exemple comprendre un ou plusieurs éléments chauffants électriques (également appelés "résistances"), chacun comprenant par exemple un élément tubulaire, généralement métallique, enroulé et plié à plusieurs reprises sur lui-même de manière à former une pluralité de bobines ou de branches 54, adjacentes, de préférence proches les unes des autres (voir, par exemple, les figures 3 et/ou 4).

Naturellement, rien n'empêche d'adopter des éléments chauffants électriques alternatifs ou équivalents parmi ceux qui sont actuellement disponibles sur le marché.

En raison d'affinités structurelles, géométriques et dimensionnelles, il a été jugé avantageux, selon l'invention, d'utiliser ledit au moins un dispositif de chauffage d'appoint 5 également comme "dispositif de dégazage".

Selon l'invention, le chauffage d’appoint 5 remplit donc également une fonction de dégazage et peut donc intercepter et/ou expulser au moins les fuites de réfrigérant avant qu'elles ne se répandent dans le circuit de conditionnement 3, en les empêchant d'atteindre les tuyaux, les collecteurs, les vannes, les radiateurs ou les ventilo-convecteurs ou tout autre dispositif du circuit de distribution des fluides techniques à l'intérieur d'un bâtiment.

A cette fin, selon une réalisation possible de l'invention, qui fait partie des réalisations préférées, le chauffage d'appoint 5 intègre au moins la soupape de ventilation 6 susmentionnée du circuit de conditionnement 3, alors que :

le volume de la chambre de chauffage 50 agit également, et si nécessaire, comme une "chambre de dégazage" dans laquelle, comme dans les dispositifs de dégazage traditionnels et connus (voir réf. 40' dans la de l'état de la technique), le fluide technique peut se propager, en diminuant sa vitesse et la force d'entraînement d'éventuelles fuites de réfrigérant, favorisant ainsi la séparation de celles-ci,
les éléments chauffants 53, à l'intérieur de ladite chambre de chauffage 50, par exemple leurs bobines ou branches 54 (ou configurations similaires), fonctionnent comme des "dispositifs séparateurs" capables d'interférer avec le fluide technique et de le ralentir davantage, en améliorant la séparation susmentionnée des fuites de réfrigérant, équivalente à celle obtenue par les filtres à mailles, les écrans perforés, les ailettes, les ralentisseurs, les déflecteurs, les turbulateurs (ou similaires) des dégazeurs de l'état de l'art (voir réf. 43' dans les -2b).

En outre, compte tenu de la tendance connue du fluide frigorigène séparé du fluide technique à remonter (par exemple sous forme de bulles B) sous l'effet de sa plus faible densité, la soupape de ventilation 6, qui, comme on l'a vu, peut être automatique ou manuelle, est de préférence installée au niveau ou à proximité de la paroi supérieure 56 du chauffage d’appoint 5 et en communication fluidique avec la chambre de chauffage 50 de ce dernier.

Ladite soupape de ventilation 6 est capable de rester fermée (ou de se fermer) en l'absence de fuites de fluide frigorigène ou pour des quantités modestes ou tolérables de celui-ci, ou de s'ouvrir lorsque ladite quantité de fluide frigorigène séparée du fluide technique dépasse des valeurs significatives et non plus négligeables.

A titre d'exemple, ladite soupape de ventilation 6 peut consister en une soupape de type jolly connue et déjà utilisée pour l'expulsion de l'excès d'air qui peut être présent dans un système de chauffage/refroidissement.

Par conséquent, bien que l'utilisation et le fonctionnement de la soupape de ventilation 6 soient décrits ci-après principalement en relation avec les fuites de réfrigérant, rien n'empêche que tout ce qui sera dit à ce sujet puisse être totalement et facilement étendu à l'évacuation de l'excès d'air dans le circuit de conditionnement 3. En d'autres termes, sauf indication contraire, le terme "fuites de réfrigérant" doit être compris, au moins par analogie ou comportement similaire, également comme l'excès d'air à intercepter et à éliminer du circuit de conditionnement 3.

D'une manière générale, le chauffage d’appoint 5, comprenant ladite soupape de ventilation 6, peut donc, de par sa structure, faciliter l'évacuation de tout gaz intercepté et séparé d'un fluide et donc permettre également l'élimination dudit excès d'air dans le fluide technique.

Sans aucune intention limitative, et sans préjudice de la possibilité d'utiliser des solutions équivalentes, ladite soupape de ventilation 6 peut être du type automatique, où l'ouverture d'un évent relatif 64, destiné à évacuer, par exemple dans l'atmosphère, le réfrigérant intercepté et séparé du fluide technique, est confiée à un obturateur 60, qui peut être actionné en fonction de la présence et de la quantité dudit réfrigérant.

A titre d'exemple, comme illustré à la , l'obturateur 60 peut être logé à l'intérieur d'un compartiment ou d'un corps de vanne 61 en communication fluidique avec la chambre de chauffage sous-jacente 50 du chauffage d’appoint 5 et est généralement en contact et/ou coopère avec le fluide technique qui remplit et/ou passe à travers la même chambre 50.

Selon une variante exécutive possible, ledit obturateur 60 peut être relié, par un moyen de retour spécial 62 (par exemple une tige de commande 62) à un flotteur 63 capable de flotter dans le fluide technique de la chambre de chauffage 50.

Généralement, ladite soupape de ventilation 6 est "normalement fermée", c'est-à-dire que l'obturateur 60 est positionné de manière à maintenir l'évent 64 fermé, mais capable de s'ouvrir immédiatement en cas de fuites de réfrigérant, passant ainsi d'une "configuration de fermeture" à une "configuration d'ouverture".

Plus précisément, selon un mode de fonctionnement possible :

en l'absence de fuites de réfrigérant, ou pour des quantités modestes, le flotteur 63 est normalement situé à proximité de la paroi supérieure 65 de la soupape de ventilation 6 et l'obturateur relatif 60 maintient fermé ou ferme l'évent 64, alors que le flotteur 63 est situé à proximité de la paroi supérieure 65 de la soupape de ventilation 6,
en cas de fuites, le réfrigérant qui a été séparé remonte à l'intérieur de la chambre de chauffage 50 du chauffage d’appoint 5 et s'y accumule, provoquant une baisse du niveau du fluide technique qui y est présent et une translation conséquente et une descente du flotteur 63 ; ceci permet à l'obturateur 60, auquel le flotteur 63 est relié par l'intermédiaire de la tige de commande 62, de passer de ladite "configuration de fermeture" à ladite "configuration d'ouverture" de l'évent 64.

Bien qu'il ne soit pas représenté sur les figures ci-jointes, rien n'empêche que ledit chauffage d’appoint 5 comprenne également, intégrée et/ou en communication fluidique avec sa chambre de chauffage 50, la soupape de décharge susmentionnée (non représentée), autrement positionnée et installée dans le circuit de conditionnement 3, de préférence en aval de l'échangeur principal 21.

Il est également à noter que pour utiliser en mode "dégazage" le chauffage d’appoint 5 de l'invention en toute sécurité, il est préférable que l'élément chauffant 53, à l'intérieur de la chambre de chauffage 50, n'atteigne pas des températures trop élevées qui pourraient conduire à l'inflammation et à la combustion du fluide frigorigène éventuellement présent dans le fluide technique et avec lequel, en cas de fuites, il pourrait entrer en contact direct.

En particulier, il est souhaitable que les températures de surface T_riscdudit au moins un élément chauffant 53 soient suffisamment inférieures à la température d'auto-inflammation T_accdu réfrigérant utilisé dans le système de pompe à chaleur 1.

Par exemple, la température maximale T_riscqui peut être atteinte par ledit élément chauffant 53 peut être réglée et/ou ajustée pour rester inférieure à ladite température d'auto-inflammation T_accdu fluide frigorigène d'un seuil de sécurité appropriéΔ_safety(T_risc< T_acc-Δ_safety).

À cette fin, sans aucune intention limitative, ledit au moins un élément chauffant 53 peut donc :

coopérer avec un thermostat adapté pour le déconnecter électriquement au cas où des conditions de surchauffe sont détectées, c'est-à-dire si T_risc> T_acc-Δ_safety, ou
comporter un élément chauffant à coefficient de température positif (par exemple du type PTC) ou, plus généralement, un élément chauffant autorégulant 53 capable de maintenir sa température aussi constante que possible et de préférence en dessous de la température maximale T_riscadmise.

Il apparaît clairement que la solution avec un élément chauffant autorégulant 53 est préférable car elle permet un système de sécurité intrinsèque et évite la mise en œuvre d'un thermostat dédié de manière appropriée au contrôle et/ou à la régulation des températures de surface de l'élément chauffant.

En conclusion, le chauffage d'appoint 5 de l'invention, également adapté pour servir de dispositif de dégazage, permet d'atteindre les objectifs visés.

Par exemple, comme déjà mentionné, un composant spécifiquement et exclusivement utilisé pour l'interception et l'expulsion ultérieure de toute fuite de réfrigérant est éliminé du système de pompe à chaleur 1, c'est-à-dire le dégazeur traditionnel ou des dispositifs similaires (c'est-à-dire que le composant 4' de la est éliminé).

La combinaison de la fonction de chauffage du fluide technique et de la fonction d'interception des fuites de réfrigérant dans un seul dispositif 5 permet de réduire le nombre total de composants du système de pompe à chaleur 1 et, par conséquent, les coûts de production et d'entretien, ainsi que d'optimiser et de compacter la conception, par exemple de l'unité extérieure 10.

En outre, en évitant d'installer un dispositif de dégazage traditionnel dans le système de pompe à chaleur 1 de l'invention, dont la fonction, comme mentionné, est mise en œuvre par le chauffage d’appoint 5, aucune autre perte de charge localisée que celles déjà normalement et inévitablement prévues n'est introduite, ce qui pénaliserait excessivement la circulation du fluide technique dans le circuit de conditionnement 3. Par conséquent, l'efficacité et la sécurité globales du système de pompe à chaleur 1 sont améliorées.

L'intégration d'un dispositif de dégazage et d'un chauffage d'appoint dans un seul composant permet également de réduire le nombre total de connexions hydrauliques, de raccords, de joints ou autres du circuit de conditionnement 3, réduisant ainsi efficacement le risque de fuites de fluides techniques en cas de défauts d'étanchéité. Cela peut conduire à une réduction des coûts de gestion et d'entretien du système de pompe à chaleur de l'invention.

Enfin, il convient de noter qu'avec le chauffage d’appoint 5 de l'invention comprenant au moins une soupape de ventilation 6, il est possible d'intercepter et d'évacuer, selon des méthodes et avec des résultats sensiblement similaires à ceux prévus pour les fuites de réfrigérant, tout excès d'air dans les tuyaux et/ou les terminaux du circuit de conditionnement 3, en garantissant la régularité du flux de fluide technique et la capacité thermique de ce dernier.

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 portées de 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, rien n'empêche d'intégrer dans la chambre 50 du chauffage d’appoint 5 un corps obturateur (non représenté) qui, en cas de fuites importantes de réfrigérant et sous l'effet de la pression de celui-ci supérieure à celle du fluide technique, soit en mesure de fermer la sortie 52, en les empêchant d'atteindre les différents terminaux du circuit de conditionnement 3 et en favorisant la séparation de ceux-ci du même fluide technique.

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 l'échangeur de chaleur principal (21),
l'échange de chaleur entre ledit fluide frigorigène et le fluide technique s'effectue donc dans ledit échangeur principal (21),
ledit circuit de conditionnement (3) :
comprenant en outre une pompe de circulation (30),

comprenant au moins un chauffage d’appoint (5) dudit fluide technique, muni d'au moins une chambre de chauffage (50) et d'au moins un élément chauffant (53),
ledit chauffage d’appoint (5) intégrant en outre au moins une soupape de ventilation (6) capable d'expulser au moins les éventuelles fuites de fluide frigorigène avant qu'elles ne se diffusent dans ledit circuit de conditionnement (3), le volume de la chambre de chauffage (50) dudit chauffage d’appoint (5) agissant donc comme une chambre de dégazage (50) dans laquelle ledit fluide technique peut se propager en diminuant sa vitesse et la force d'entraînement des éventuelles fuites de fluide frigorigène, favorisant ainsi leur séparation
étant connecté et coopérant avec un ou plusieurs terminaux pour le chauffage/refroidissement desdits locaux et/ou pour l'eau sanitaire,
caractérisé en ce queledit au moins un élément chauffant (53) dudit chauffage de secours (5) fonctionne comme un dispositif de séparation capable d'interférer et de ralentir davantage l'écoulement du fluide technique, améliorant ainsi la séparation des fuites éventuelles de réfrigérant.
Système de pompe à chaleur (1) selon la revendication 1,caractérisé en ce queledit au moins un élément chauffant (53) comprend un ou plusieurs réchauffeurs électriques (53).
Système de pompe à chaleur (1) selon la revendication 2,caractérisé en ce queledit au moins un élément chauffant (53) est un élément chauffant à coefficient de température positif ou un élément chauffant autorégulé (53), ledit au moins un élément chauffant (53) maintenant sa température de surface (T_risc) inférieure à la température d'auto-inflammation (T_acc) du fluide frigorigène.
Système de pompe à chaleur (1) selon la revendication 2,caractérisé en ce que ledit au moinsun élément chauffant (53) coopère avec un thermostat adapté pour le mettre hors tension électriquement en cas de surchauffe, ledit au moins un élément chauffant (53) maintenant la température de surface (T_risc) inférieure à la température d'auto-inflammation (T_acc) du fluide frigorigène.
Système de pompe à chaleur (1) selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes,caractérisé en ce queladite soupape de ventilation (6) est installée au niveau ou à proximité de la paroi supérieure (56) dudit chauffage d'appoint (5) et en communication fluidique avec ladite chambre de chauffage (50) de celui-ci.
Système de pompe à chaleur (1) selon la revendication précédente,caractérisé en ce queladite soupape de ventilation (6) est une soupape comprenant au moins :
un évent (64) pour la vidange des fuites éventuelles de fluide frigorigène,

un obturateur (60) capable de coopérer avec le fluide technique qui remplit et/ou traverse ladite chambre de chauffage (50) dudit chauffage d'appoint (5) et d'ouvrir ledit évent (64) en fonction desdites fuites éventuelles de fluide frigorigène dans ledit fluide technique.
Système de pompe à chaleur (1) selon la revendication précédente,caractérisé en ce queledit obturateur (60) est relié à un flotteur (63) capable de flotter dans ledit fluide technique de la chambre de chauffage (50), ledit flotteur (63) :
étant à proximité de ladite paroi supérieure (65) de ladite soupape de ventilation (6) en l'absence de fuites de fluide frigorigène, dans ce cas ledit obturateur (60) reste fermé ou ferme ledit évent (64),

se translatant et descendant vers le bas lorsque les fuites de fluide frigorigène ont été séparées dudit fluide technique, dans ce cas ledit obturateur (60) passe d'une "configuration de fermeture" à une "configuration d'ouverture" dudit évent (64).
Système de pompe à chaleur (1) selon une ou plusieurs des revendications précédentes,caractérisé en ce quela soupape de ventilation (6) est du type capable d'intercepter et d'évacuer également l'excès d'air éventuellement présent dans le circuit de conditionnement (3).
Système de pompe à chaleur (1) selon une ou plusieurs des revendications précédentes,caractérisé en ce queledit au moins un chauffage d’appoint (5) comprend une soupape de décharge, ladite soupape de décharge étant capable de s'ouvrir pour des pressions du fluide technique supérieures à un seuil de sécurité.
Système de pompe à chaleur (1) selon une ou plusieurs des revendications précédentes,caractérisé en ce queledit au moins un chauffage d’appoint (5) est installé, par rapport à la direction de fonctionnement (F) du fluide technique, en aval de l'échangeur de chaleur principal (21).
Système de pompe à chaleur (1) selon une ou plusieurs des revendications précédentes,caractérisé en ce queledit circuit de réfrigération (2) et, au moins en partie, ledit circuit de conditionnement (3) sont logés dans une unité externe (10) dudit système de pompe à chaleur (1).
Système de pompe à chaleur (1) selon l'une desrevendications précédentes, caractérisé en ce quele fluide frigorigène du circuit de réfrigération (2) est un fluide frigorigène à faible impact environnemental.
Chauffage d'appoint (5) pour un système de pompe à chaleur (1) selon une ou plusieurs des revendications 1 à 12, comprenant au moins une chambre de chauffage (50) et au moins un élément chauffant (53) pour un fluide technique adapté au chauffage/refroidissement de locaux et/ou à la production d'eau sanitaire,caractérisé en ce qu'il comprend en outre une soupape de ventilation (6) capable d'expulser au moins les éventuelles fuites de fluide réfrigérant provenant du circuit de réfrigération (2) dudit système de pompe à chaleur (1) avant qu'elles ne se diffusent dans le circuit de conditionnement relatif (3), le volume de ladite chambre de chauffage (50) agissant ainsi comme une chambre de désaération (50) dans laquelle ledit fluide technique peut se propager en diminuant la vitesse et la force d'entraînement de ces éventuelles fuites de fluide réfrigérant, favorisant leur séparation.
Utilisation dans un système de pompe à chaleur (1), selon une ou plusieurs des revendications 1 à 12, d'un chauffage d’appoint (5), selon au moins la revendication 13, comme "dispositif de dégazage" pour l'interception et la séparation d'éventuelles fuites de fluide frigorigène d'un fluide technique.