FR2991756A1

FR2991756A1 - Dispositif de chauffage hybride a recuperation d'energie

Info

Publication number: FR2991756A1
Application number: FR1255464A
Authority: FR
Inventors: Yves Cazard
Original assignee: YAHTEC
Current assignee: YAHTEC
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2013-12-13
Anticipated expiration: 2032-06-12
Also published as: FR2991756B1

Abstract

L'objet de l'invention est un dispositif de chauffage hybride comprenant une chaudière (10) à foyer (16), un circuit (22) principal avec échangeur au sein dudit foyer destiné à alimenter des diffuseurs (14) de chaleur, une pompe à chaleur (12) avec un circuit (32) frigorigène comprenant un échangeur (34) destiné à être piqué sur le circuit (22) principal, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (36) de transfert comprenant un circuit (38) qui passe à travers ledit foyer (16) de la chaudière (10) d'une part et à travers le circuit (32) frigorigène de la pompe à chaleur (12) d'autre part.

Description

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE HYBRIDE A RECUPERATION D'ENERGIE La présente invention concerne un dispositif de chauffage hybride à récupération d'énergie. On connaît les dispositifs de chauffage d'habitations particulières ou de locaux professionnels comprenant des moyens de diffusion, au sein dudit volume à chauffer, des calories produites par une chaudière. Les chaudières à combustion peuvent être alimentées en différents combustibles soit d'origine pétrolifère comme le gaz ou le fioul soit avec des combustibles issus du bois, le bois sous forme de pièces de bois brut ou sous forme de résidus du travail du bois comme la sciure ou les copeaux.

Ces chaudières ont un pouvoir de production de calories proportionnel au Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) du combustible qui représente l'énergie produite par la combustion complète d'un kilogramme de combustible. Les chaudières ont maintenant un excellent rendement afin d'optimiser la combustion du combustible et limiter les pertes. Les calories produites sont 15 transmises dans l'habitation à travers un premier échangeur qui diffuse à travers des radiateurs disposés dans ladite habitation. On obtient ainsi des rendements de 70% pour des chaudières à bois. Par contre, ces chaudières produisent toutes de la vapeur d'eau et cette eau sous forme de vapeur est rejetée à l'atmosphère à travers le conduit de 20 cheminée. be ce fait, les calories emmagasinées par la vapeur d'eau sont perdues et lors de la condensation de la vapeur en eau liquide, les calories restituées le sont à l'atmosphère.

Un premier progrès a donc été d'étudier et de construire des chaudières à condensation pour récupérer au moins en partie les calories contenues dans la vapeur d'eau, avant que celle-ci ne soit rejetée à l'atmosphère. Le but est de s'approcher du PCS c'est-à-dire du Pouvoir Calorifique Supérieur 5 qui tient compte de la chaleur latente emmagasinée dans la vapeur d'eau. A cet effet, il est prévu un second échangeur par exemple qui est disposé dans le circuit dit circuit d'évacuation des fumées qui évacue en réalité les fumées c'est-à-dire les gaz de combustion, essentiellement le gaz carbonique, les particules éventuelles de combustion de très petites tailles et surtout de la 10 vapeur d'eau. Le condenseur véhicule du fluide caloporteur du circuit de chauffage mais à une température de retour c'est-à-dire inférieure à celle de sortie de chaudière. Ainsi, la vapeur d'eau peut se condenser sur le condenseur dont la température est très nettement inférieure à celle des fumées et les calories émises par le 15 changement de phase de la vapeur d'eau sont transférées en partie au fluide circulant dans cet échangeur. Le fluide ainsi chargé de calories est alors renvoyé vers la chaudière. Ce condenseur peut même être installé dans la chaudière. Le problème est que l'eau qui est issue du retour chaudière et qui circule dans le 20 condenseur reste à une température trop élevée pour assurer un changement de phase de toute la vapeur d'eau et surtout ne collecte pas les calories issues de la transformation de phase du fait de ce trop faible différentiel de température. be plus, on connaît les centrales de chauffe qui sont dites "Pompes à chaleur" dont le principe consiste à extraire les calories d'un fluide, soit l'air, soit l'eau. 25 Ces pompes à chaleur peuvent présenter un intérêt mais elles ont toutes un défaut important celui de nécessiter un dégivrage de l'évaporateur et de plus elles présentent une baisse de leurs performances lorsque la température d'où elle puise l'énergie est trop basse. Or cette opération de dégivrage consomme nécessairement de l'énergie, souvent apportée à travers les calories émises par une résistance électrique chauffante ou par inversion du cycle calorifique. Cette consommation est d'autant plus importante que la température extérieure est faible et que le taux d'humidité est important. be plus, plus la température extérieure diminue et plus il faut que la pompe fonctionne pour fournir les calories demandées et plus l'échangeur est sollicité, plus les dégivrages sont fréquents et plus la consommation électrique augmente. On sait aussi par ailleurs que le fait de pouvoir recourir à différentes sources de chauffage permet de privilégier la source la plus rentable ou la plus favorable en fonction des circonstances climatiques ou économiques. be plus, le chauffage basse température est de plus en plus utilisé pour la qualité de sa diffusion avec une excellente répartition, le confort qu'il procure et la faible consommation qu'il engendre. Les installations de chauffage ont une forte tendance à mixer les sources de chauffage pour assurer par exemple une base de température avec un chauffage au sol basse température dont on sait que la modularité est faible, liée à l'accumulation d'énergie qui est son principe même de fonctionnement et un ensemble de convecteurs muraux à eau chaude et à plus haute température. La présente invention a pour objet un dispositif de chauffage hybride qui permet 20 de pallier les inconvénients précités et notamment la présente invention évite de pénaliser le recours à une pompe à chaleur du fait de l'énergie nécessaire pour son fonctionnement. Ainsi, le dispositif de chauffage hybride selon la présente invention comprend une chaudière à foyer combustible, combustible fossile ou bois et une pompe à 25 chaleur air/eau avec un récupérateur adapté de chaleur des fumées. Afin de décrire le dispositif selon la présente invention, il est annexé un dessin sur lequel la figure unique représente un circuit schématique du dispositif selon la présente invention.

Le dispositif est maintenant décrit en détail suivant un mode de réalisation simplifié. Sur la figure unique, on a représenté un premier circuit de chauffage du type à chaudière 10 destinée à recevoir du combustible sous forme de gaz, fioul, bois 5 sous toutes ses formes. Le dispositif est complété par un second circuit de chauffage incluant une pompe à chaleur 12 et des diffuseurs de chaleur regroupés sous la référence unique 14. Ces diffuseurs 14 de chaleur peuvent être des radiateurs, des convecteurs avec circulation forcée, des planchers diffusants pour ne citer que ces moyens. 10 La chaudière 10 comprend un foyer 16 avec des moyens 18 d'alimentation en combustible. Le foyer 16 comprend également un piquage 20 d'évacuation des fumées c'est-à-dire des gaz de combustion pour l'essentiel comme il sera expliqué ci-après. Un circuit 22 primaire de chauffage passe dans le foyer 16 où le fluide 15 caloporteur qu'il contient est porté en température par échange thermique. Ce circuit 22 primaire comprend un échangeur 23-1 de chaleur et un condenseur 23-2 de fumées afin d'optimiser la récupération des calories, ceci de façon connue. Un circulateur 24 assure la circulation du fluide dans ledit circuit 22 primaire de 20 chauffage, suivant les flèches rapportées qui indiquent le sens de circulation. Un tel agencement est parfaitement connu des chauffagistes. Le circuit de la pompe à chaleur 12 comprend un compresseur 26, un évaporateur 28 à détente directe, un détendeur 30. Le circuit thermodynamique de cette pompe à chaleur comprend un circuit 32 de 25 fluide frigorigène sur lequel sont montés le compresseur 26, l'évaporateur 28 et un échangeur 34, par exemple un échangeur à plaques. Cet échangeur 34 est piqué sur le circuit retour du circuit primaire de chauffage, sur la branche froide, en amont de la chaudière 10 pour permettre un échange entre les deux circuits primaire 22 de chauffage et thermodynamique de la pompe à chaleur. Le compresseur 26 assure la circulation du fluide frigorigène dans ce circuit thermodynamique.

En outre, selon un objet particulier de l'invention, l'évaporateur 28 reçoit un circuit 36 de transfert indépendant. Ce circuit 36 de transfert comporte un circuit 38 récupérateur par condensation, dans lequel circule un fluide caloporteur, sur lequel est interposé un circulateur 40. Ce circuit 38 récupérateur par condensation, passe à travers le foyer 16 de la 10 chaudière 10 au moyen d'un échangeur 39 d'une part et à travers le circuit de la pompe à chaleur 12, plus particulièrement à travers l'évaporateur 28 d'autre part. Le fluide caloporteur du circuit 38 récupérateur par condensation est porté en température lors de son passage dans le foyer 16, chauffé par les fumées, à 15 l'instar de l'échangeur 23-2 de la chaudière 10 à condensation. Les calories du fluide caloporteur du circuit 38 récupérateur par condensation sont extraites par l'évaporateur 28 pour laisser sortir un fluide caloporteur à une température de 3 à 10°C pour donner un ordre d'idée, la valeur réelle étant fonction de l'installation. 20 Le fonctionnement d'une telle installation est maintenant décrit. La chaudière 10 fournit par son foyer 16 des calories issus de la combustion du combustible. Les calories directement émises sont captées par l'échangeur 23-1 et le condenseur de fumées 23-2 du circuit 22 qui ramène le fluide caloporteur qu'il 25 contient après passage à travers les diffuseurs 14. La température de retour est Tl. Après passage dans le foyer, la température est T2 qui est supérieure à Tl.

Le circuit pompe à chaleur 12 reçoit un fluide frigorigène qui est comprimé par le compresseur 26, les gaz chauds sont envoyés dans l'échangeur 34 à plaques en l'occurrence puis les gaz sont détendus dans le détendeur 30 avant de passer à travers l'évaporateur 28 à détente directe. Les calories extraites sont alors apportées à l'échangeur 34 à travers le compresseur 26. Les calories apportées augmentent d'autant la température d'entrée dans le foyer 16, ce qui limite les besoins en apport calorifique dudit foyer pour atteindre la valeur de consigne T2, le delta T2-T1 étant réduit. be façon à améliorer encore le fonctionnement de la pompe à chaleur, il est 10 possible d'augmenter le rendement, notamment en fournissant une température d'entrée supérieure à la température d'entrée naturelle, celle de l'air extérieur dans le cas d'une pompe à chaleur air/eau. A cet effet, le circuit 38 récupérateur par condensation contenant un fluide calorifère passe dans le foyer 16 à travers l'échangeur 39, à proximité du 15 piquage 20 d'évacuation des fumées si bien que la totalité de la chaleur latente de la vapeur d'eau est récupérée. En effet, le fluide caloporteur du circuit 38 est froid en sortie de l'évaporateur, à une température de 3 à 10 °C pour donner une idée, ce qui est très inférieur à la température des fumées et très inférieur à la température du fluide circulant 20 dans le circuit primaire, même dans le cas d'un chauffage basse température. Aussi, le changement de l'eau résultant de la combustion, sous forme de vapeur d'eau à l'état liquide, s'effectue avec un excellent rendement, le fluide caloporteur se chargeant alors des calories résultant de ce changement de phase. Pour donner un ordre d'idée, la température des fumées est ramenée à 25 une température de l'ordre de 15 à 20°C. Le fluide chauffé est ramené à l'évaporateur à une température de l'ordre de 10 à 15°C. Les calories apportées sont alors de nouveau extraites par l'évaporateur 28 du circuit 12 pompe à chaleur dont le rendement se trouve amélioré. be plus, les séquences de dégivrage se trouvent réduites voire supprimées puisque le fluide qui alimente l'évaporateur est à une température fortement positive. bes moyens de pilotage, non représentés, assurent un fonctionnement optimisé 5 afin de combiner les deux circuits de façon à produire le maximum de calories avec le minimum de matière combustible et/ou d'électricité. Il est ainsi possible de bénéficier des avantages des deux circuits, en utilisant la récupération par condensation mais avec une forte optimisation visant à un rejet quasiment nul des calories liées à la vapeur d'eau entraînée dans les fumées.

10 On sait, en thermique, que le rendement passe par un fonctionnement des différents dispositifs dans leurs plages de températures de prédilection, ce qui est le cas dans la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de chauffage hybride comprenant un premier circuit de chauffage avec une chaudière (10) à foyer (16), un circuit (22) primaire comprenant un échangeur (23-1) de chaleur et un condenseur (23-2) de fumées afin d'optimiser la récupération des calories, des diffuseurs (14) de chaleur, et un second circuit de chauffage incluant une pompe à chaleur (12) avec un compresseur (26), un évaporateur (28), un détendeur (30) et un circuit (32) frigorigène comprenant un échangeur (34) destiné à être piqué sur le circuit (22) principal, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (36) de transfert comprenant un circuit (38) récupérateur par condensation, dans lequel circule un fluide caloporteur, ledit circuit (38) récupérateur passant à travers ledit foyer (16) de la chaudière (10) du premier circuit de chauffage d'une part et à travers l'évaporateur (28) du second circuit de chauffage d'autre part.
2. Dispositif de chauffage hybride selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur (34) est un échangeur à plaques.
3. Dispositif de chauffage hybride selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de retour chaudière du circuit (36) de transfert est comprise entre 3 et 10°C.
4. Dispositif de chauffage hybride selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'évaporateur (28) est un évaporateur à détente directe.
5. Dispositif de chauffage hybride selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit (36) detransfert comporte un circulateur (40) interposé sur le circuit (38) récupérateur par condensation, dans lequel circule le fluide caloporteur.