FR2970770A1 - Dispositif d'echange calorifique geothermique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'échange calorifique géothermique (1) entre le sol extérieur et un circuit d'utilisation (7) d'un bâtiment (3) par circulation d'au moins un fluide frigorigène, comprenant : - au moins une sonde thermique (5) destinée à être disposée dans le sol extérieur, permettant l'échange de chaleur avec le sol pour évaporer ou condenser le au moins un fluide frigorigène passant par celle-ci, - caractérisé en ce qu'il comporte : - un module compresseur (9) destiné à être disposé à l'extérieur du bâtiment (3) et raccordé à ladite au moins une sonde thermique (5), comportant : ▪ un compresseur (15) assurant la circulation du au moins un fluide frigorigène, ▪ au moins un détendeur (17) permettant la détente du fluide frigorigène, -un module hydraulique (11) destiné à être disposé à l'intérieur du bâtiment (3) et raccordé au module compresseur (9), comportant : ▪ un échangeur de chaleur (25) raccordé d'une part au compresseur (15) et destiné à être raccordé d'autre part à un circuit d'utilisation (7), permettant l'échange de chaleur entre eux, ▪ l'électronique de commande du compresseur (15) et du circuit d'utilisation (7).

Description

Dispositif d'échange calorifique géothermique

La présente invention se rapporte à un dispositif d'échange calorifique géothermique. Un tel dispositif peut être utilisé en tant que pompe à chaleur pour procurer un chauffage à une habitation, et/ou éventuellement en tant que climatisation. Les dispositifs d'échange calorifiques utilisent le sol, en particulier en moyenne profondeur (de quelques mètres à quelques dizaines de 10 mètres), comme réservoir de chaleur.

Il est connu de réaliser des dispositifs d'échange de chaleur géothermique utilisant des circuits de fluides frigorigènes afin de transférer de la chaleur du sol vers une habitation ou inversement de 15 ladite habitation vers le sol. Le transfert des calories est réalisé de façon connue à l'aide de changements d'état d'un fluide frigorigène, par exemple du type R407C. Le circuit du fluide frigorigène est couplé à un circuit hydraulique ou circuit d'utilisation via un échangeur pour chauffer ou refroidir de l'eau 20 qui y circule. Dans le circuit hydraulique sont par exemple disposés des planchers chauffants, des radiateurs hydrauliques et/ou un ballon d'eau chaude.

Dans les installations connues, le compresseur du dispositif 25 d'échange et son électronique de pilotage sont disposés ensemble à l'extérieur du bâtiment. Toutefois, cela nécessite des aménagements constructifs particuliers concernant l'étanchéité et la sécurité électrique, ce qui augmente sensiblement le coût de l'ensemble. 30 De plus, il est à noter que ces dispositifs sont très sollicités en période hivernale de sorte que de temps à autre, une intervention de maintenance ou de réparation s'impose qui s'avère fastidieuse si les conditions climatiques sont difficiles. A cet effet, afin de faciliter l'entretien et d'améliorer la fiabilité et la longévité des dispositifs d'échange calorifique géothermiques, l'invention propose un dispositif d'échange calorifique géothermique entre le sol extérieur et un circuit d'utilisation d'un bâtiment par circulation d'au moins un fluide frigorigène, comprenant : - au moins une sonde thermique destinée à être disposée dans le sol extérieur, permettant l'échange de chaleur avec le sol pour 10 évaporer ou condenser le fluide frigorigène passant par celle- ci, caractérisé en ce qu'il comporte : - un module compresseur destiné à être disposé à l'extérieur du bâtiment et raccordé à ladite au moins une sonde thermique, 15 comportant : ^ un compresseur assurant la circulation du fluide frigorigène, ^ au moins un détendeur permettant la détente du fluide frigorigène, 20 - un module hydraulique destiné à être disposé à l'intérieur du bâtiment et raccordé au module compresseur, comportant : ^ un échangeur de chaleur raccordé d'une part au compresseur et destiné à être raccordé d'autre part à un circuit d'utilisation, permettant l'échange de chaleur 25 entre eux, ^ l'électronique de commande du compresseur et du circuit d'utilisation.

Ainsi, l'électronique de commande du compresseur et du circuit 30 d'utilisation ou circuit hydraulique est disposée à l'intérieur du bâtiment permettant une maintenance plus aisée et confortable pour toutes conditions climatiques.

Le dispositif peut en outre présenter une ou plusieurs des 5 caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison. Le module hydraulique comporte un échangeur permettant l'échange de calories entre d'une part un premier circuit de fluide frigorigène circulant à travers la sonde thermique entre le module compresseur et la sonde thermique, et d'autre part un second circuit de 10 fluide caloporteur, circulant entre le module hydraulique et le circuit d'utilisation.

Le module compresseur peut également comporter un échangeur permettant l'échange de chaleur entre un premier circuit hydraulique 15 circulant à travers ladite au moins une sonde thermique, et un second circuit de fluide frigorigène englobant le compresseur et le détendeur, permettant l'échange de chaleur entre le premier circuit hydraulique et le deuxième circuit de fluide frigorigène.

20 Selon un exemple de réalisation, la au moins une sonde thermique est une sonde thermique verticale. Selon un autre exemple de réalisation, la au moins une sonde thermique est une sonde thermique horizontale. De plus, on peut prévoir que le module compresseur comporte 25 une enceinte extérieure comportant un boîtier supérieur et un fond formant l'enceinte fermée, et que le fond présente une forme carrée et deux ouvertures périphériques destinées à accueillir les conduites électriques et fluidiques placées en des positions relatives identiques sur deux côtés adjacents.

Le module hydraulique peut comporter en outre un panneau d'affichage sur lequel peuvent être affichées les données relatives à l'état de fonctionnement du module compresseur. L'invention a aussi pour objet un dispositif de chauffage et/ou de climatisation d'un bâtiment, comportant un dispositif d'échange de calorifique géothermique tel que précédemment décrit et un circuit d'utilisation raccordé au dispositif d'échange calorifique géothermique. Le circuit d'utilisation pouvant comprendre au moins un des éléments suivants : - ballon de stockage d'eau chaude, - radiateurs hydrauliques, - ventilo-convecteurs hydrauliques, - chauffage au sol hydraulique.

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description des figures qui suivent, parmi lesquelles : la figure 1 est une vue schématique simplifié d'un mode de réalisation d'un dispositif d'échange calorifique selon l'invention installé dans une habitation comportant un circuit de fluide frigorigène, la figure 2 est une vue schématique simplifié d'un second mode de réalisation d'un dispositif d'échange calorifique selon l'invention, la figure 3 est une vue schématique d'un mode de réalisation de 25 l'enceinte du module compresseur d'un dispositif selon l'invention. Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.

Sur la figure 1 est représenté de façon schématique un dispositif d'échange calorifique géothermique 1 selon l'invention, installé dans un bâtiment 3, représenté sous forme d'une habitation. Le dispositif d'échange 1 comporte notamment une sonde thermique 5, dans le sol à l'extérieur de l'habitation 3, un module compresseur 9 disposé à l'extérieur du bâtiment 3 et un module hydraulique 11 disposé à l'intérieur du bâtiment 3. Le module hydraulique 11 est raccordé au circuit C de fluide caloporteur d'un circuit d'utilisation ou circuit hydraulique 7 situé à l'intérieur de l'habitation 3, à qui doit être fournie de la chaleur ou bien duquel doit être prélevée de la chaleur.

La sonde thermique 5, le module compresseur 9 et le module hydraulique 11 logent un circuit de fluide frigorigène F, tel que le 15 R407C.

La sonde thermique 5 est enterrée dans le sol à l'extérieur de l'habitation 3 à moyenne profondeur. La température à moyenne profondeur variant relativement peu, le sol extérieur sert de réservoir de 20 calories ou réservoir de température. La sonde thermique 5 peut être une sonde thermique dite verticale, comme représenté en figure 1. Une sonde verticale comporte une tête de sonde composée d'une coque en cuivre brasée, éventuellement recouverte d'une couche de protection. De la tête de 25 sonde 5 partent des tubes frigorifiques. Ces tubes frigorifiques raccordent la tête de sonde au reste du dispositif d'échange 1. La tête de sonde est enterrée à une profondeur de quelques dizaines de mètres, généralement 30 mètres. Alternativement, la sonde thermique 5 peut être une sonde 30 thermique dite horizontale. Une sonde thermique horizontale comporte un long tube recouvert de matériau conducteur thermique enterré à une profondeur n'excédant pas quelques mètres. Ce tube est disposé de manière à faire des lacets afin de permettre l'ensevelissement d'un maximum de longueur de tube dans une surface donnée. La sonde thermique 5 est reliée à un module compresseur 9.

Le module compresseur 9 est situé à l'extérieur de l'habitation 3. Il comporte une enceinte 13 extérieure, avec une isolation phonique. À l'intérieur de l'enceinte 13 est disposé un compresseur 15 ainsi que des détendeurs 17, en nombre variable selon la configuration du dispositif d'échange 1. Les détendeurs 17 permettent d'échanger de la chaleur avec le fluide frigorigène par changement d'état de celui-ci (évaporation ou condensation).

Le module compresseur 9 ne comporte pas d'autres éléments électriques ou électroniques que le moteur du compresseur 15 et les câbles d'alimentation ainsi qu'une éventuelle ligne de pilotage du compresseur 15. Le module compresseur 9 peut soit être disposé accroché contre un mur par exemple en hauteur, soit reposer sur des pieds, avantageusement anti-vibrations.

Le module compresseur 9 est relié au module hydraulique 11 via des liaisons frigorifiques. Le module hydraulique 11 est disposé à l'intérieur de l'habitation 3 et comporte par exemple une platine murale 19 avec un capot 21 formant une enceinte. Dans l'enceinte 19, 21 sont disposés des éléments 23 de l'électronique de pilotage et de régulation permettant le bon fonctionnement du dispositif d'échange 1, et en particulier, les éléments d'électronique de pilotage du compresseur 15.

Le module hydraulique 11 comporte un échangeur 25, permettant le transfert de calories entre le circuit de fluide frigorigène et le circuit d'utilisation 7 de fluide caloporteur, tel que de l'eau. Le module hydraulique 11 peut en outre comporter un panneau d'affichage 27, comprenant un ou plusieurs manomètres et/ou des écrans à diodes électroluminescentes (LED) pour afficher l'état de fonctionnement des éléments du dispositif d'échange 1. Dans le module hydraulique 11 peuvent aussi être disposés les éléments de sécurité, tels qu'un vase d'expansion, ou une soupape de sécurité, non représentés.

Enfin, le circulateur 28 du circuit de fluide caloporteur C du circuit d'utilisation 7 peut aussi être intégré dans le module hydraulique 11. En figure 2 est montré un mode de réalisation alternatif de dispositif échangeur 1. Ce mode de réalisation se distingue de celui de la figure 1 par le fait qu'il comporte un circuit de fluide hydraulique F1 et un circuit frigorigène F2. Le premier circuit FI englobe la sonde thermique 5, un circulateur 12, et un échangeur 18. Le circulateur 12 est situé dans le module compresseur et met en mouvement le fluide par exemple de l'eau comportant du glycol, du premier circuit. L'échangeur 18 permet l'échange de chaleur entre les deux circuits Fl et F2. Le second circuit frigorigène F2 englobe le compresseur 15, le au moins un détendeur 17, l'échangeur 18 commun avec le premier circuit Fl et l'échangeur 25 commun avec le circuit de fluide caloporteur C du circuit d'utilisation 7.

Le circuit d'utilisation 7 peut être un circuit d'eau chaude domestique, avec par exemple un ballon stockant de l'eau chaude, et/ou un circuit de chauffage, comportant notamment des radiateurs ou ventilo-convecteurs ou un chauffage au sol. En inversant les cycles, il est possible d'extraire de la chaleur du circuit d'utilisation 7, auquel cas de la chaleur est extraite du sol de l'habitation 3 via le circuit de chauffage au sol ou des ventilo-convecteurs. Cette chaleur est ensuite transférée au sol extérieur via la sonde thermique 5.

Ainsi, le dispositif d'échange 1 peut fonctionner selon deux principes, pour le chauffage ou pour la climatisation du bâtiment. En mode chauffage, le dispositif d'échange 1 extrait par la sonde thermique 5 de la chaleur du sol qui est transférée au fluide frigorigène. En mode climatisation, le dispositif d'échange 1 transfère de la chaleur captée dans l'habitation 3 au sol extérieur via la sonde thermique 5.

La figure 3 montre plus en détail un mode de réalisation de l'enceinte 13 du module compresseur 9. Dans ce mode de réalisation, l'enceinte 13 comporte un boîtier supérieur 29, et un fond 31. Le boîtier supérieur 29 est de forme globalement parallélépipédique et ouvert sur le bas, afin de former un ensemble fermé avec le fond 31 de forme carrée. Une des faces du boîtier supérieur 29 est différenciée des autres, formant une face avant 33, par un plan incliné 35 situé à son extrémité supérieure. Le module compresseur 9 étant raccordé à la fois à la sonde thermique 5 et au module hydraulique 11, deux faisceaux de raccordements doivent entrer dans l'enceinte 13, un premier comprenant les tubes de fluide frigorigène raccordées aux sondes 5 et un deuxième comprenant le raccordement du circuit frigorigène au module hydraulique et une ligne d'alimentation électrique du compresseur, ainsi qu'une éventuelle ligne de signal pour le pilotage des appareils. Pour permettre le passage de ces faisceaux, deux ouvertures 37 sont aménagées dans le fond 31. Ces ouvertures sont situées sur la périphérie du fond 31, et sont obtenues par découpe et repli d'une portion du bord du fond 31. En particulier, ces deux ouvertures sont situées sur deux côtés adjacents, et sur une position relative identique sur la longueur du côté. De la sorte un raccordement peut être placé à l'arrière du module compresseur 9 et l'autre indifféremment sur l'un des côtés gauche ou droit. En effet, il est avantageux de mettre l'un des raccordements sur la face arrière du module compresseur 9. Par exemple, le module compresseur 9 peut être placé contre un mur, ou directement accroché au mur. Dans ce cas, le raccord situé à l'arrière entre par un trou dans le mur au plus court, et est caché à la vue et à l'usure potentielle de l'extérieur.

Dès lors, si l'une des ouvertures 37 se trouve à l'arrière en effectuant une rotation de 90° dans le bon sens du fond 31, l'ouverture 37 se trouvant initialement à l'arrière passe sur le côté où il n'y avait pas d'ouverture 37 et l'ouverture 37 initialement sur le côté passe à l'arrière. La forme carrée du fond permet cette rotation. Ainsi des configurations différentes peuvent être mises en place sans pièce supplémentaire.

L'invention permet de placer l'électronique du compresseur 15 à l'intérieur du bâtiment, ce qui permet de diminuer les mesures de précaution, puisque l'électronique ne doit plus autant être protégée des vibrations, des éventuelles fuites de fluides et hautes températures, ou des conditions climatiques parfois sévères. Enfin, l'accès à l'électronique et au tableau d'affichage peut se faire depuis l'intérieur de l'habitation 3. Ceci permet une maintenance plus aisée et plus confortable. En effet, le module compresseur 9 peut être recouvert de neige, cependant avec l'invention, l'accès à l'électronique de maintenance reste aisé même sous ces conditions.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'échange calorifique géothermique (1) entre le sol extérieur et un circuit d'utilisation (7) d'un bâtiment (3) par circulation d'au moins un fluide frigorigène, comprenant : - au moins une sonde thermique (5) destinée à être disposée dans le sol extérieur, permettant l'échange de chaleur avec le sol pour évaporer ou condenser le au moins un fluide frigorigène passant par celle-ci, - caractérisé en ce qu'il comporte : - un module compresseur (9) destiné à être disposé à l'extérieur du bâtiment (3) et raccordé à ladite au moins une sonde thermique (5), comportant : ^ un compresseur (15) assurant la circulation du au moins un fluide frigorigène, ^ au moins un détendeur (17) permettant la détente du fluide frigorigène, - un module hydraulique (11) destiné à être disposé à l'intérieur du bâtiment (3) et raccordé au module compresseur (9), comportant : ^ un échangeur de chaleur (25) raccordé d'une part au compresseur (15) et destiné à être raccordé d'autre part à un circuit d'utilisation (7), permettant l'échange de chaleur entre eux, ^ l'électronique de commande du compresseur (15) et du circuit d'utilisation (7).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module hydraulique (11) comporte un échangeur (25) permettant l'échange de calories entre d'une part un premier circuit de fluide frigorigènecirculant à travers la sonde thermique (5) entre le module compresseur (9) et la sonde thermique (5), et d'autre part un second circuit de fluide caloporteur (C), circulant entre le module hydraulique (11) et le circuit d'utilisation (7)..
3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le module compresseur (9) comporte un échangeur (18) permettant l'échange de chaleur entre un premier circuit de fluide hydraulique (FI) circulant à travers la sonde thermique (5), et un second circuit de fluide frigorigène (F2) englobant le compresseur (15) et le détendeur (17), permettant l'échange de chaleur entre le premier circuit hydraulique (Fl) et le second circuit de fluide frigorigène ( F2).
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 15 ce que la au moins une sonde thermique (5) est une sonde thermique verticale.
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la au moins une sonde thermique (5) est une sonde thermique 20 horizontale.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module compresseur (9) comporte une enceinte extérieure (13) comportant un boîtier supérieur (29) et un fond (31) formant 25 l'enceinte fermée, et en ce que le fond (31) présente une forme carrée et deux ouvertures (37) périphériques destinées à accueillir les conduites électriques et fluidiques placées en des positions relatives identiques sur deux côtés adjacents. 30
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module hydraulique (11) comporte en outre un panneaud'affichage (27) sur lequel peuvent être affichées les données relatives à l'état de fonctionnement du module compresseur (11).
8. 8. Dispositif de chauffage et/ou de climatisation d'un bâtiment (3), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'échange de calorifique géothermique (1) selon l'une au moins des revendications précédentes et un circuit d'utilisation (7) raccordé au dispositif d'échange calorifique géothermique (1).
9. 9. Dispositif de chauffage et/ou de climatisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit d'utilisation (7) comprend au moins un des éléments suivants : - ballon de stockage d'eau chaude, - radiateurs hydrauliques, - ventilo-convecteurs hydrauliques, - chauffage au sol hydraulique.