FR3017697A1

FR3017697A1 - Capteur geothermique pour installation de pompe a chaleur et installation de pompe a chaleur equipee d'un tel capteur

Info

Publication number: FR3017697A1
Application number: FR1451239A
Authority: FR
Inventors: Jean Luc Barrault
Original assignee: NEXTHERM
Current assignee: NEXTHERM
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2015-08-21

Description

CAPTEUR GEOTHERMIQUE POUR INSTALLATION DE POMPE A CHALEUR ET INSTALLATION DE POMPE A CHALEUR EQUIPEE D'UN TEL CAPTEUR DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine technique des installations de chauffage et de climatisation, et plus particulièrement les installations de chauffage et de climatisation par pompe à chaleur géothermique utilisant un capteur enterré dans lequel circule un fluide caloporteur sous forme d'un mélange d'un antigel, tel que par exemple du mono propylène glycol, et d'eau. ART ANTERIEUR Le mélange circulant à l'intérieur du capteur géothermique enterré doit être très homogène, 15 dès l'installation du capteur, et bien avant la mise en service du compresseur frigorifique de l'installation de chauffage ou de climatisation pour éviter tout risque de gel partiel dudit mélange. Ainsi, il est d'usage dans l'état actuel de la technique, et lors de la première installation du 20 capteur géothermique, que l'installateur chargé du remplissage du capteur procède lui-même au mélange préalable de l'antigel et de l'eau. Pour ce faire l'installateur utilise un grand bac en plastique, qu'il doit transporter de chantier en chantier, dans lequel il mélange progressivement l'antigel et l'eau. L'opération de mélange se fait soit manuellement, soit à l'aide d'une pompe. Cette opération est efficace pour réaliser un mélange homogène mais 25 celle-ci est très archaïque et prend beaucoup de temps. Le mélange doit également être homogène tout au long de la vie de l'installation de pompe à chaleur, et particulièrement lorsque l'utilisateur, ou la personne chargée de l'entretien, apporte de l'eau au circuit pour compléter une fuite éventuelle. En pratique, cet apport en 30 eau ultérieur résulte en une zone de la tuyauterie du circuit fermé du capteur, dans laquelle il n'y a que de l'eau pure non mélangée à l'antigel. Cette eau est donc susceptible de geler avec tous les inconvénients que cela peut engendrer. Il n'est connu à ce jour aucun dispositif adapté pour pallier aux inconvénients de cette 35 deuxième situation, c'est-à-dire dans le cas d'un apport ultérieur en eau au circuit.

La première solution évoquée avec le bac en plastique ne peut être mise en oeuvre qu'à la première installation et ne règle pas les problèmes des apports en eau ultérieurs. EXPOSE DE L'INVENTION Le problème que se propose de résoudre l'invention est donc d'éviter que circule dans le circuit fermé de fluide caloporteur du capteur géothermique, de l'eau pure c'est à dire non mélangée à de l'antigel.

Un autre objectif de l'invention est de permettre un apport ultérieur en eau dans le circuit fermé du capteur sans rencontrer les problèmes susmentionnés de l'art antérieur. Un autre objectif est de permettre, lors de la première installation du capteur géothermique, l'introduction dans le circuit du capteur enterré à protéger contre le gel, de la bonne 15 quantité d'antigel sans l'aide d'une pompe ni d'un bac en plastique, puis d'ajouter la quantité d'eau pure nécessaire au remplissage correct du circuit. Un autre objectif de l'invention est de permettre d'éviter pendant toute la durée de vie de l'installation, la prise en glace des échangeurs que comprend l'installation de pompe à 20 chaleur en cas d'apport important et ultérieur en eau. Un autre objectif de l'invention est de fournir une solution qui soit de conception simple, fiable, et qui ne consomme aucune énergie. 25 Pour résoudre ces problèmes, il a été mis au point un capteur géothermique pour installation de pompe à chaleur. Le capteur se présente sous la forme d'un circuit fermé de fluide caloporteur sous forme d'eau et d'antigel. Le capteur comprend des moyens de circulation dudit fluide, et est destiné à transférer la chaleur du fluide caloporteur à une pompe à chaleur. 30 Selon l'invention, le capteur géothermique comprend des moyens aptes à mélanger l'eau et l'antigel lors de la circulation du fluide caloporteur dans le capteur. Ainsi, le mélange eau antigel est mélangé lors de sa circulation dans le circuit du capteur 35 géothermique. De cette manière, il ne peut y avoir de portion du circuit qui soit uniquement constituée d'eau. Les problèmes liés au gel sont donc supprimés.

Selon une forme de réalisation particulière, les moyens de mélange comprennent, une canalisation de dérivation en communication avec le circuit fermé, des agencements aptes à dériver dans ladite canalisation une partie du fluide en circulation dans le circuit, et des 5 agencements aptes à réintroduire dans le circuit ladite partie de fluide dérivée. De cette manière, les moyens de mélange permettent de dériver une partie du fluide caloporteur circulant dans le capteur. Cette partie dérivée est ensuite réintroduite lentement dans le fluide circulant dans le capteur de sorte à être mélangée audit fluide. Ainsi, si un 10 tronçon d'eau pure circule dans le circuit fermé du capteur, une partie de celui-ci va se sera dérivée dans la canalisation de dérivation et réintroduite petit à petit dans le fluide caloporteur en circulation, et notamment dans la partie de fluide déjà mélangée. Plusieurs tours de circuit fermé peuvent être nécessaires pour réaliser un mélange parfait du fluide caloporteur, mais à terme le fluide est correctement mélangé et continu d'être mélangé tout 15 au long de la durée de vie de l'installation de pompe à chaleur. De préférence, les agencements sont aptes à réintroduire lentement la partie de fluide dérivée dans le circuit fermé, c'est-à-dire avec un débit relativement faible par rapport au débit du fluide circulant dans le circuit fermé du capteur. Par exemple le débit de 20 réintroduction peut être compris entre 10 et 30 % du débit du fluide circulant dans le circuit du capteur. Ces valeurs ne sont pas limitatives, il est seulement essentiel que le débit de réintroduction permette la réintroduction d'une partie du fluide dérivé dans le flux de fluide circulant dans le circuit du capteur de sorte à mélanger les deux fluides. 25 Selon une forme de réalisation particulière, les agencements de dérivation se présentent sous la forme d'un coude de canalisation présentant, une entrée de fluide disposée à l'intérieur du circuit fermé, et orientée en sens inverse par rapport au sens de circulation du fluide dans le capteur, et une sortie de fluide reliée à la canalisation de dérivation. 30 Ainsi, le coude de canalisation, dont l'entrée est orientée en sens inverse par rapport au sens de circulation de fluide, permet de recevoir une partie dudit fluide et de la dériver vers la canalisation de dérivation. Cette forme de réalisation est relativement simple à mettre en oeuvre et fiable. 35 Les agencements de réintroduction peuvent aussi se présenter sous la forme d'un coude de canalisation. Cependant, le coude de canalisation présente, une sortie de fluide disposée à l'intérieur du circuit fermé, et orientée dans le sens de circulation du fluide dans le capteur, et une entrée de fluide reliée à la canalisation de dérivation.

Ainsi, le coude de canalisation, dont la sortie est orientée dans le sens de circulation du fluide dans le capteur, permet de réintroduire du fluide provenant de la canalisation de dérivation, dans le flux de fluide circulant dans le capteur. Cette réintroduction se fait dans effort particulier, au contraire, le flux de fluide circulant dans le capteur créé un effet d'aspiration du fluide provenant de ces agencements de réintroduction. Selon une autre forme de réalisation, les agencements de dérivation peuvent également se présenter sous la forme d'une ouverture ménagée dans le circuit et communiquant avec la canalisation de dérivation, et d'un volet apte à diriger une partie du fluide circulant dans le 10 capteur dans ladite ouverture. Les agencements de réintroduction peuvent aussi se présenter sous la forme d'une ouverture ménagée dans le circuit et communiquant avec la canalisation de dérivation, et d'un volet apte à diriger la partie de fluide provenant de la canalisation de dérivation dans 15 le circuit du capteur et dans le sens de circulation du fluide. Les agencements de réintroduction peuvent encore se présenter simplement sous la forme d'un orifice ménagé dans le circuit fermé du capteur et communiquant avec la canalisation de dérivation. 20 Selon une autre forme de réalisation, la canalisation de dérivation entoure et renferme une portion du circuit fermé. La portion du circuit comprend notamment les agencements de dérivation et de réintroduction. 25 Ainsi, la canalisation de dérivation forme une enceinte étanche autour d'une portion du circuit. La partie de fluide dérivée par les agencements de dérivation pénètre dans cette enceinte étanche et occupe son volume. L'enceinte étanche entour une portion du circuit de fluide comprenant les agencements de dérivation et de réintroduction. De cette manière, la partie de fluide dérivée présente à l'intérieure de l'enceinte est apte à être réintroduite dans 30 le circuit du capteur par les agencements de réintroduction qui communiquent avec la canalisation de dérivation. Par ailleurs, l'invention s'étend également à une installation de pompe à chaleur équipée d'un capteur géothermique tel décrit ci-avant. 35 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'un capteur géothermique pour installation de pompe à chaleur selon une première forme de réalisation ; - la figure 2 est une représentation schématique illustrant en détail les moyens de mélange du capteur géothermique selon l'invention ; - la figure 3 est une représentation schématique illustrant une autre forme de réalisation des moyens de mélange du capteur géothermique selon l'invention. EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTION L'invention concerne un capteur géothermique (1) pour une installation de pompe à chaleur (non représentée), et une installation de pompe à chaleur équipée d'un tel capteur géothermique (1). 20 Un capteur géothermique (1) se présente sous la forme d'un circuit fermé (2) de fluide caloporteur. Il se présente par exemple sous la forme de tubes en polyéthylène ou en cuivre gainé. Ces tubes sont déroulés et enterré dans le sol, soit verticalement, soit horizontalement, et sont destinés à capter la chaleur du sol pour la transmettre à une pompe à chaleur. 25 Le capteur (1) comprend, d'une manière connue, des moyens de circulation (C) du fluide caloporteur. Ces moyens (C) sont par exemple une pompe de circulation. Le fluide caloporteur circulant dans le circuit fermé (2) du capteur (1) est sous forme d'eau 30 et d'antigel et doit être mélangé d'une manière homogène pour éviter les risques ultérieurs de gel. Le capteur (1) selon l'invention est apte à réaliser lui-même le mélange notamment lors de la première installation du capteur (1), mais également tout au long de la durée de vie de 15 l'installation de pompe à chaleur, même lors d'apports ultérieurs en eau dans le circuit fermé (2) en cas de fuite. A cet effet, le capteur géothermique (1) selon l'invention, et en référence aux figures 1 à 3, 5 comprend des moyens (3) aptes à mélanger l'eau et l'antigel lors de la circulation du fluide caloporteur dans le capteur (1). Ces moyens de mélange (3) comprennent notamment des agencements (4) aptes à dériver une partie du fluide en circulation dans le capteur (1), vers une canalisation de dérivation 10 (5). Ces agencements de dérivation (4) sont situés en un premier point du circuit fermé (2), dit point de dérivation (D). Les moyens de mélange (3) comprennent ensuite des agencements (6) aptes à réintroduire la partie de fluide dérivée dans le capteur (1) pour mélanger ladite partie de fluide dérivée avec ledit fluide en circulation dans le capteur (1). Lesdits agencements de réintroduction (6) sont situés en un second point du circuit fermé 15 (2), dit point de réintroduction (R). Sur les figures 1 à 3, le point de réintroduction (R) est situé sur le circuit fermé (2) en aval par rapport au point de dérivation (D), mais il peut très bien être envisagé qu'il soit situé en amont, sans sortir du cadre de l'invention. 20 En référence à la figure 1, les agencements de dérivation (4) se présentent selon une première forme de réalisation, sous la forme d'une ouverture (6) ménagée dans le circuit (2) et communiquant avec la canalisation de dérivation (5), et d'un volet (7) apte à diriger une partie du fluide circulant dans le capteur (1) dans ladite ouverture (6). Dans cette forme 25 de réalisation, les agencements de réintroduction (6) sont réalisés de la même manière, cependant ceux-ci comprennent un volet (7) orienté en sens inverse, c'est-à-dire de manière à diriger la partie de fluide provenant de la canalisation de dérivation (5) dans le circuit (2) du capteur (1) et dans le sens de circulation du fluide. 30 Une partie du fluide est donc dérivée et mélangée ensuite avec le fluide circulant dans le circuit fermé (2) du capteur (1). Ainsi, si un tronçon d'eau pure, c'est-à-dire non mélangée avec de l'antigel, circule dans le circuit fermé (2), il sera réintroduit au fur et à mesure dans le mélange eau antigel en circulation dans le circuit fermé (2) du capteur (1).

En référence à la figure 2, les agencements de dérivation (4) et de réintroduction (6) se présentent sous la forme de coudes de canalisation (8). Les deux coudes (8) présentent une entrée (8a) et une sortie (8b) de fluide.

En ce qui concerne le coude de canalisation (8) des agencements de dérivation (4), l'entrée de fluide (8a) est disposée à l'intérieur du circuit fermé (2), et orientée en sens inverse par rapport au sens de circulation du fluide dans le capteur (1). La sortie de fluide (8b) est quant à elle reliée à la canalisation de dérivation (5).

En ce qui concerne le coude de canalisation (8) des agencements de réintroduction (6), la sortie de fluide (8b) est disposée à l'intérieur du circuit fermé (2), et orientée dans le sens de circulation du fluide dans le capteur (1), et l'entrée de fluide (8a) est reliée à la canalisation de dérivation (5).

Ainsi, en pratique, une partie du fluide en circulation dans le capteur (1) pénètre dans la canalisation de dérivation (5) par l'intermédiaire du coude de dérivation (8), et cette partie de fluide dérivée est réintroduite au fur et à mesure dans le flux de fluide en circulation dans le capteur (1) de sorte à y être mélangée avec ledit flux de fluide.

En référence aux figures 1 et 2, les agencements (4) permettent de dériver une partie de fluide vers une canalisation de dérivation (5). Cette canalisation (5) se présente sous la forme d'un circuit de dérivation. Cependant, en référence à la figue 3, cette canalisation de dérivation (5) peut également se présenter sous la forme d'une enceinte étanche (5a) entourant et enfermant une portion du circuit fermé (2) du capteur (1).

La partie de fluide dérivée par les agencements (4) pénètre dans cette enceinte étanche (5a) et occupe son volume. L'enceinte étanche (5a) entour une portion du circuit de fluide comprenant les points de dérivation (D) et de réintroduction (R). De cette manière, la partie de fluide dérivée présente à l'intérieur de l'enceinte (5a) est apte à être réintroduite par les agencements (6) qui se trouvent au point de réintroduction (R) et qui communiquent avec la canalisation de dérivation (5). Les agencements de dérivation (4) représentés à la figure 3 sont sous la forme d'une ouverture (6) ménagée dans le circuit et communiquant avec la canalisation de dérivation (5), et d'un volet (7) apte à diriger une partie du fluide circulant dans le capteur (1) dans ladite ouverture (6). Quant aux agencements de réintroduction (6), ceux-ci sont simplement sous la forme d'un 5 orifice (9) ménagée dans le circuit fermé (2) du capteur (1) et communiquant avec la canalisation de dérivation (5). La circulation du fluide dans le circuit fermé (2) du capteur (1) favorise la réintroduction et créé un effet d'aspiration de la partie de fluide se trouvant dans la canalisation de dérivation (5) par ledit orifice (9).

10 Dans tous les cas de figures mentionnés ci-avant, les agencements (6) sont aptes à réintroduire lentement la partie de fluide dérivée dans le circuit fermé (2), c'est-à-dire avec un débit relativement faible par rapport au débit du fluide circulant dans le circuit fermé (2) du capteur (1). Par exemple le débit de réintroduction peut être compris entre 10 et 30 % du débit du fluide circulant dans le circuit (2) du capteur (1). Ces valeurs ne sont pas 15 limitatives, il est seulement essentiel que le débit de réintroduction permette la réintroduction d'une partie du fluide dérivé dans le flux de fluide circulant dans le circuit (2) du capteur (1) de sorte à mélanger les deux fluides. Les débits de dérivation et de réintroduction peuvent être identiques ou différents sans sortir du cadre de l'invention.

20 Les agencements (4, 6) peuvent présenter d'autres formes qui permettent de réaliser les mêmes fonctions de dérivation et de réintroduction sans sortir du cadre de l'invention. Il peut également être envisagé de combiner les différents modes de réalisation, c'est-à-dire de mettre en oeuvre un coude de canalisation (8) en tant qu'agencement de dérivation 25 (4), et un volet (7) combiné avec une ouverture (6), ou simplement un orifice en tant qu'agencement de réintroduction (6). De la même manière, il est possible de mettre en oeuvre un coude de canalisation (8) ou un volet (7) combiné avec une ouverture (6), avec une canalisation de dérivation (5) se 30 présentant sous la forme d'une enceinte étanche (5a) entourant la portion précitée du circuit fermé (2) du capteur (1). Il est à noter que l'invention permet le mélange du fluide caloporteur circulant à l'intérieur du capteur (1) sans aucune pièce en mouvement qui risquerait de dérégler l'installation de pompe à chaleur. Aucune panne n'est susceptible de se produire dans ce capteur (1) qui est fiable, simple et efficace. Le mélange se fait sans aucune consommation d'énergie. Les agencements (4,6) ne créent aucune perte de charge dans le système et n'augmentent 5 pas la consommation d'énergie dudit capteur géothermique (1) nécessaire à la circulation du fluide dans l'ensemble du capteur (1) Les agencements (4, 6) sont présents dans le circuit fermé (2) du capteur (1) et permettent de mélanger en continu le fluide caloporteur en circulation, même lorsque le fluide 10 caloporteur est bien homogène. Il peut cependant être envisagé que les agencements (4, 6) soient actionnables à distance, d'une manière électrique par exemple pour s'ouvrir et se fermer de sorte que le mélange peut être commandé ponctuellement.

Claims

REVENDICATIONS1. Capteur géothermique (1) pour installation de pompe à chaleur, ledit capteur (1) se présentant sous la forme d'un circuit fermé (2) de fluide caloporteur sous forme d'eau et d'antigel, ledit capteur (1) comprenant des moyens de circulation (C) dudit fluide et est destiné à transférer la chaleur du fluide caloporteur à une pompe à chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (3) aptes à mélanger l'eau et l'antigel lors de la circulation du fluide caloporteur dans le capteur (1). 10
2. Capteur géothermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mélange (3) comprennent, une canalisation (5) de dérivation en communication avec le circuit fermé (2), des agencements (4) aptes à dériver dans ladite canalisation (5) une partie du fluide en circulation dans le circuit (2), et des agencements (6) aptes à réintroduire dans le circuit (2) ladite partie de fluide dérivée. 15
3. Capteur géothermique (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les agencements (6) sont aptes à réintroduire la partie de fluide dérivée dans le circuit fermé (2) avec un débit compris entre 10 et 30 % du débit du fluide circulant dans le circuit (2) du capteur (1). 20 Capteur géothermique (1) selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que les agencements (4) se présentent sous la forme d'un coude de canalisation (8) présentant, une entrée de fluide (8a) disposée à l'intérieur du circuit fetiné (2), et orientée en sens inverse par rapport au sens de circulation du fluide dans le capteur 25 (1), et une sortie de fluide (8b) reliée à la canalisation de dérivation (5). 5. Capteur géothermique (1) selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que les agencements (6) se présentent sous la forme d'un coude de canalisation (8) présentant, une sortie de fluide (8b) disposée à l'intérieur du circuit fermé (2), et 30 orientée dans le sens de circulation du fluide dans le capteur (1), et une entrée de fluide (8a) reliée à la canalisation de dérivation (5). 6. Capteur géothermique (1) selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé les agencements (4) se présentent sous la forme d'une ouverture (6) ménagée dans le 35 circuit (2) et communiquant avec la canalisation de dérivation (5), et d'un volet (7) apte à diriger une partie du fluide circulant dans le capteur (1) dans ladite ouverture (6).7. Capteur géothermique (1) selon l'une de revendications 2 à 3, caractérisé en ce que les agencements (6) se présentent sous la forme d'une ouverture (6) ménagée dans le circuit (2) et communiquant avec la canalisation de dérivation (5), et d'un volet (7) apte à diriger la partie de fluide provenant de la canalisation de dérivation (5) dans le circuit (2) du capteur (1) et dans le sens de circulation du fluide. 8. Capteur géothermique (1) selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé les agencements (6) se présentent sous la forme d'un orifice (9) ménagé dans le circuit fermé (2) du capteur (1) et communiquant avec la canalisation de dérivation (5). 10 9. Capteur géothermique (1) selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la canalisation de dérivation (5) entoure et renferme une portion du circuit fermé (2), ladite portion comprenant les agencements de dérivation (4) et de réintroduction (6). 15 10. Installation de pompe à chaleur géothermique équipée d'un capteur géothermique (1) selon l'une des revendications 1 à 9.