Brevet FR2414173A1 — publié le 19790803

La présente invention se préfère aux installations de chauffage d'enceintes, locaux ou analogues, dans lesquelles on utilise un dispositif de création d'une différence de température du genre dit pompe à chaleur ou amplificateur thermique et elle vise plus parti culiêrement le cas où ce dispositif fonctionne par effet Peltier. On sait que cet effet est basé sur le fait que les couples thermo-électriques constituent des systèmes réversibles en ce sens que si au lieu de créer une différence de température entre les deux soudures pour obtenir une différence de potentiel électrique, on fait positivement passer un courant dans le couple considéré, l'on observe, indépendamment des phénomènes ohmiques, l'apparition d'une telle différence de température, c' est-à-dire un transfert de chaleur d'une soudure à l'autre.Une batterie de couples thermo-électriques ainsi utilisée est donc l'équivalent d'une pompe à chaleur thermodynamique, mais avec l'avantage considérable d'entre purement statique, donc de ne comporter aucune pièce mécanique en mouvement sujette à l'usure et à des risques d'avarie, et de n'émettre rigou creusement aucun bruit parasite. L'invention vise à permettre de réaliser une installation de chauffage à pompe à chaleur, plus particulièrement du type à effet Peltier, qui fonctionne dans d'excellentes conditions de rendement. Conformément à l'invention une installation de chauffage d'une enceinte ou analogue par le moyen d'un dispositif d'amplification thermique du genre pompe à chaleur dont la source échauffe de l'air recyclé à partir de l'enceinte, tandis qu'on extrait de celle-ci de l'air vicié qu'on remplace par de l'air neuf prélevé à l'extérieur, est remarquable en ce qu'elle comporte en combinaison les dispositions ci-après - l'air vicié extrait de l'enceinte réchauffe la source froide de la pompe à chaleur, laquelle est de préférence du type à effet Peltier - l'air refroidi sortant de cette source froide traverse un échangeur, préférablement à tubes concentriques, dans lequel il cède sa chaleur résiduelle par rapport à l'atmosphère extérieure, à l'air neuf introduit dans l'enceinte. On peut en outre avantageusement faire comporter à cette ins tallation une canalisation de dérivation entre la sortie d'air neuf tiède de l'échangeur et l'entrée de la source chaude de la pompe à chaleur. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est un premier schéma indiquant les dispositions essentielles de l'invention. Fig. 2 à 4 correspondent à des variantes. Fig. 5 montre schématiquement la constitution d'une pompe à chaleur à effet Peltier avec deux sources chaudes entourant une source froide unique. En fig. 1 on a représenté les divers constituants par des rectangles ou des cercles et les canalisations d'air par des traits, le tout de façon à aboutir à un schéma plus clair. Le rectangle 1 correspond au local à chauffer, tandis que le rectangle en traits discontinus 2 indique la batterie d'amplification thermique à effet Peltier qui doit assurer le chauffage, cette batterie comprenant ce qu'il est convenu dgappeler la source chaude T et la source froide t, représentées par des rectangles en traits pleins intérieurs au précédent. Il est entendu que ces sources sont constituées par les soudures respectives des divers thermo-couples de la batterie et qu'elles sont agencées pour constituer échangeurs de chaleur entre ces soudures et de l'air qui s'écoule à leur contact, chacune d'elles comportant à cet effet une entrée et une sortie. Du local 1 part une canalisation de recyclage 3 qui aboutit à l'entrée de la source chaude T. La sortie de celle-ci est reliée par une canalisation 4 à un ventilateur 5 qui renvoie l'air ainsi échauffé au local l à travers une canalisation 6. Du local 1 part également une canalisation 7 d'évacuation d'air vicié qui aboutit à la source froide t de la batterie 2. La sortie de cette source est reliée par une canalisation 8 à l'entrée du premier circuit d'un échangeur 9. Celui-ci est préférablement du type à tubes concentriques décrit au brevet français 76 08 578. La sortie de ce premier circuit de l'échangeur 9 est reliée par une canalisation 10 à un ventilateur d'évacuation 11. Le second circuit dudit échangeur reçoit de l'air extérieur neuf par une canalisation 12 et il l'amène par une canalisation 13 à une vanne à trois voies 14 disposée sur la canalisation 3 en amont de la source chaude T. Lorsque l'installation fonctionne, le ventilateur 5 aspire par la canalisation 3 à partir du local 1 de l'air à recycler auquel vient se mélanger une certaine proportion d'air neuf prélevé à l'extérieur par la canalisation 12 l'échangeur 9, la canalisation 13 et la vanne 14, le mélange ainsi réalise étant refoulé dans le local 1. En même temps le ventilateur d'évacuation 11 extrait de l'air vicié du local 1 et le rejette à l'extérieur à travers la canalisation 7, la source froide t, la canalisation 8, l'échangeur 9 et la canalisation 10. Cet air, initialement à la température du local, se refroidit dans la source t dont il sort à une température encore supérieure à celle de l'atmosphère extérieure.Dans l-'échan- geur 9 il cède la majeure partie de sa chaleur résiduelle relative à l'air neuf aspiré par 12 et qui arrive donc à la canalisation 3 à l'*tat tiède. On réalise ainsi simultanément une augmentation du débit d'air qui traverse la source chaude T et un abaissement de sa température, toutes conditions favorables à un fonctionnement op tical de la batterie 2. La vanne 14 permet de régler cette addition d'air tiède en fonction des divers facteurs intéressés (température extérieure, débit d'air vicié extrait du local, etc...). La disposition de fig. 2 se distingue de celle de fig. 1 en ce qu'on y a prévu une canalisation supplémentaire 15 qui, partant de la sortie d'air tiède de l'échangeur 9 (c'est-à-dire de la canalisation 13) aboutit à une seconde vanne à trois voies 16 insérée sur la canalisation 4. On peut ainsi assurer une reprise suffisante d'air tiède sans avoir à faire passer le plein débit de celle-ci dans la source chaude T, lorsque cela n'est pas désirable. On pourrait mênie éventuellement n'utiliser que la canalisation 15 et la vanne 16 pour assurer cette reprise. Dans la variante de fig. 3 une fraction de l'air neuf attiédi sortant de l'echangeur 9 est amené par une canalisation 17 à un ventilateur 18 qui le refoule dans le local 1. Comme montré la canalisation de refoulement 19 de ce ventilateur se raccorde préférablement à celle 6 du ventilateur 5 pour aboutir à une canalisation commune 20 dans laquelle les deux courants d'air sont mélangés avant d'être répartis dans le local 1, cette canalisation 20 pouvant d' ailleurs être en fait constituée par un caisson. Les deux ventilateurs 5 et 18 sont préférablement réalisés sous la forme d'un ventilateur double. Là encore on pourrait éventuellement se dispenser de la canalisation 13 et de la vanne 14. Fig. 4 représente une disposition dans laquelle la batterie 2 est établie de manière à comporter deux sources chaudes T1 et T2 associées à une source froide t unique. La canalisation de recycla- ge 3 aboutit à la source chaude élémentaire T1 dont la sortie est reliée à la canalisation 4. L'air vicié traverse là encore la sour ce froide t par les canalisations 7 et 8 pour aboutir à l'échangeur 9. Quant à l'air neuf tiède sortant de ce dernier. La canalisation 13 l'amène à la seconde source chaude élémentaire T2 d'où il aboutit par une canalisation 21 à une vanne à trois voies 22 insérée sur la canalisation 4. Si l'on compare cette variante à celle de fig. 1, on s'aperçoit qu'elle ne s'en distingue qu'en ce que l'air neuf tiède ne traverse pas la source chaude en mélange avec l'air recyclé. Mais là encore on retrouve cette caractéristique que l'air vicié sortant de la source froide cède sa chaleur résiduelle à l'air neuf. Fig. 5 indique de façon très schématisée comment on peut réaliser une batterie à effet Peltier comportant deux sources chaudes élémentaires. Sur deux tiges isolantes 23 parallèles et convenablement espacées sont empilés des couples thermo-électriques annulaires 24 à semi-conducteurs. Les soudures chaude et froide de chaque couple sont respectivement solidaires d'ailettes 25 et 26. Les ailettes chaudes 25 sont orientées en sens inverse pour les deux groupes de couples, tandis que celles froides 26 sont imbriquées. Des connexions 27, 28 relient les groupes d'ailettes à une borne négative 29 et à une borne positive 30. Le tout est enfermé dans un caisson indiqué en traits discontinus en 31 et dont l'intérieur est divisé en trois espaces 32, 33, 34 par des cloisons appropriées 35 s' étendant suivant l'axe des tiges en étant convenablement découpées pour recevoir les éléments 24. On remarquera que les espaces 32 et 34 renferment les ailettes chaudes 25 et l'espace central 33 celles froides 26. En faisant circuler l'air perpendiculairement au plan de fig. 5 dans lesdits espaces on réalise donc bien la batterie à deux sources chaudes de fig. 4. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E N D I C A T I O N S 1. Installation de chauffage d'une enceinte, local ou équivalent par le moyen d'un dispositif d'amplification thermique du genre pompe à chaleur, dont la source chaude échauffe de l'air recyclé à partir de l'enceinte, tandis qu'on extrait de celle-ci de l'air vicié qu'on remplace par de l'air frais prélevéà l'extérieur, ca caractérisée par la combinaison des dispositions suivantes - l'air vicié extrait de l'enceinte réchauffe la source froide de la pompe à chaleur - l'air refroidi sortant de la source froide de la pompe à chaleur traverse un échangeur dans lequel il-cède sa chaleur résiduelle par rapport à l'atmosphère extérieure à l'air neuf introduit dans l'enceinte. 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe à chaleur ou amplificateur thermique est réalisé sous la forme d'une batterie à effet Peltier. 3. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'échangeur est du type à tubes concentriques. 4. Installation suivant l'une quelconque des revendications pré cédantes, caractérisée en ce que l'air neuf pré-chauffé dans l'échangeur est mélangé à l'air recyclé en amont de la source chaude. 5. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'air neuf pré-chauffé est mélangé à l'air recyclé en aval de la source chaude. 6. Installation suivant 1'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'air neuf pré-chauffé est mélangé à l'air recylcé en partie en amont de la source chaude, en partie en aval de celle-ci. 7. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'air neuf pré-chauffé est directement introduit dans l'enceinte. 8. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'air neuf pré-chauffé est en partie mélangé à l'air recyclé en amont de la source chaude, en partie directement introduit dans l'enceinte. 9. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la pompe à chaleur comporte deux sources chaudes élémentaires associées à une source froide unique, l'air recyclé traversant l'une de ces sources chaudes élémentaires et l'air neu pré-chauffé l'autre. 10. Batterie à effet Peltier pou installation suivant l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisée en ce que les ailettes associées à ses soudures chaudes sont réparties dans deux passages propres à être traversés par deux courants d'air séparés.