Brevet FR2408098A1 — publié le 19790601

La présente invention concerne les industries de conception, de construction de matériels et d'installation de Chauffage, de Climatisation, d' Economie d'Energie. Elle intéresse tous locaux et ensembles dans l'habitat, l'industrie, l'Agriculture et autres secteurs, nécessitant l'application des techniques du Génie Climatique Actuellement, les dispositifs visant les mêmes buts utilisent directement les sources d'énergie traditionnelles (fuel,gaz, électricité, par exemple) Depuis quelques temps, des recherches et des études ont été entreprises pour utiliser les Energies dites Nouvelles (Géothermie, Energie Solaire, Energie Eolienne) et des procédés et systèmes permettant d'économiser l'Energie (isolation, régulation, récupérateurs, pompes à chaleur, etc...) En ce qui concerne les pompes à chaleur ou unités thermodynamiques ou thermofrigopompes, il est le plus souvent nécessaire d'effectuer la sélection des matériels pour les conditions climatiques les plus défavorables, ou bien de prévoir des dispositifs d'appoint, de mettre en place des échangeurs thermiques et une régulation poussée, d'isoler soigneusement les réseaux de tuyauteries raccordant des différents organes des installations. De plus, les matériels commercialisés actuellement ne travaillent que sur une seule source froide (air extérieur ou air extrait ou air repris ou eau de ville ou eau de nappe phréatique ou eau de lac ou eau de rivière ou eau de mer, ou eaux usées ou eaux de rejets ou fluide gazeux ou fluide liquide ou terre ou eau solaire stockée ou eau géothermale, etc ...) et sur une seule source chaude (air ou gaz, eau ou liquide) ; enfin il est très rare que lton ait recherché à diminuer les puissances installées en faisant intervenir des stockages pour écreter des pointes et constituer des réserves entre jour et nuit, entre périodes à températures variables ou différentes. Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces limites d'utilisation, ces lacunes et leurs inconvénients. Dans celui-ci en effet il est possible de réaliser à volonté des combinaisons multiples d'UNITES assurant: - captage dans une ou plusieurs sources froides récupération maximale - diminution importante des puissances de pompes à chaleur à installer et donc du prix de revient - conservation de l'Energie (stockages - réserves-tampons) - réduction de la fréquence des mises en route du comprésseur - échanges thermiques simultanés - transferts internes, anti-pertes - mélanges directs possibles (par wvertuAes aménagées et non-étanchéité volontaire) - restitution maximale de 1' Energie dans une ou plusieurs sources chaudes réversibilité pour utilisation toute l'année (hiver, demi-saisons, été) - applications à tous fluides, à toutes températures, à tous lieux géogra phiques. suppréssion ou limitation d'isolation et de régulation. - possibilité d'adjonction de dispositifs complémentaires (par exemple capteurs solaires) équivalence des dépenses relatives aux pompes de circulation, ventilateurs des systèmes traditionnels. augmentation du pourcentage des besoins calorifiques ou frigorifiques couverts par rapport aux besoins totaux et corrélativement, amélioration des coefficients de performances. Les caractéristiques de base des UNITES sont les suivantes - les UNITES pourront entre soit enterrées (permettant une récupération par la terre jusqutà obtention d'un niveau d'équilibre de température) soit apparentes (sur un toit, sur une terrasse, sur terre-plein, etc...) - réalisation de "volumest' qui peuvent être soit des espaces -annulaires (Fig. 1), soit des compartiments (Fig 2) soit des bacs empilés (Fig 3) soit d'autres constructions. Les transferts et échanges thermiques peuvent s'effectuer (Fig -1,2 et 3) de A vers B ou de B vers, de B vers C ou de C vers B, etc...S'il se réalise un état d'équilibre de température entre deux volumes, les échanges thermiques continuent à s'éffectuer vers un troisième ou un quatrième volume, sans perte d'Energie. Le nombre de volumes est variable suivant que la source principale est l'air ou l'eau, suivant que l'on recherche ou non récupérer sur les eaux usées ou des rejets, sur l'air extrait ou l'air repris, ou encore à restituer dans l'air neuf ou l'eau de ville pour préchauffer l'eau chaude sanitaire ou enfin suivant qu'on utilise ou non l'Energie Solaire. Remarque : il est toujours possible de garder des volumes vides qui pourrait ête utilisés ultérieurement pour la circulation d'un fluide inéxistant à l'origine ou non encore raccordé. - les dimensions des volumes peuvent varier en fonction de la nature des fluides liquides ou gazeux à traiter ou à utiliser, de leurs niveaux de tem pératures, des calostockages ou frigostockages à maintenir. A titre d'exemple seulement : le stockage pour un centre commercial ou pour un local à occupation discontinue (restaurent, cinéma, école, etc...) sera plus important que pour des locaux d'habitation car la réserve pourra être constituée ou reconstituée pendant les heures de non occupation (nuits, fins de semaines, etc...) il est possible dans certains cas, de réaliser des cloisonnements tels que ceux représentés en D et E de la Fig. 1 - les surfaces d'échanges définies par les- séparations ou surfaces de contact entre deux ou plusieurs volumes necéssaires sont bien sur moins sophisti quées et moins coûteuses que des échangeurs classiques. - - la position des volumes n'est pas figée. En d'autres termes tel volume constituant le stockage d'eau chaude, par exemple, peut être situé ou bien en A ou bien en B ou bien en-C, etc...- (voir Fig. 1) I - la composition des espaces annulaires (Fig. 1) ou la situation des compartiments (Fig. 2) ou l'empilage des bacs (Fig. 3) de-meme que le choix de l'une de ces trois constructions ou de toutes autres constructions ainsi que de la nature et l'épaisseur des matériaux (tubes, ttle roulée, tôle pliée, en acier, en cuivre, en plastique, etc..) dépendent essentiellement des problèmes à résoudre et de différents paramètres nature des fluides liquides ou gazeux, niveaux et gradients de températures, pressions, importances relatives des différentes sources, puissances calorifiques et frigorifiques, capacités des stockages necessaires, risque -éventuel de corrosion,importance et dimensions d'une UNITE (pour une villa -ou pour un ensemble industriel) positionnement choisi par l'Architecte, le Mattre d'Ouvrage ou le Mettre d'Oeuvre. - - Les UNITES peuvent donc être construitessous forme de cylindre bar exemple : diamètre 1m - longueur 4 mètres) se présentant extérieurement comme un échangeur thermique classique avec piquages, brides, plaques ou couvercles démontables, etc... ou sous forme de parallélépipède rectangle (par exemple 1,5 x 1,8 x 8 mètres pour 20 logements) comportant également piquages, brides, portes de visite, etc... - suivant les applications, ltévaporatbur et le condenseur de la machine frigorifique peuvent être incorporés dans les volumes ou extérieurs à l'UNITE et fixés sur le dessus de celle-ci, comme peuvent l'être d'autres organes tels que : compresseur frigorifique, armoire électrique pompes batteries de chauffe dites "extérieures" ou "sur l'air batteries de froid ) extrait" ou "de préchauffage" ou de "prérefroidissement" etc... ventilateurs panneaux-capteurs solaires vannes et composants divers Remarques : a) parmi ces composants divers, il peut être prévu un bipassage automatique de la batterie extérieure ou encore son utilisation pour évacuer des calories excédentaires lorsque la puissance calorifique résultant de l'emploi d'une batterie de deshumidification devient surabondante. b) dans certains cas, par exemple de distance entre une UNITE et les locaux à traiter, tel ou tel organe ne sera pas fixé sur l'UNITE mais raccordé par des réseaux de tuyauteries. - suivant les applications, la nature des fluides, l'importance des quantités de chaleur à échanger, des serpentins ou autres surfaces d'échanges peuvent être soit incorporés à un ou plusieurs volumes ou encore ajoutés aux circuits hydrauliques, extérieurement à l'unité. - suivant également les applications, la nature des fluides, l'importance des quantités de chaleur à échanger et aussi suivant l'importance des stockages ou réserves à réaliser, des réservoirs ou ballons peuvent être ajoutés, en série ou en parallèle, sur les circuits des fluides. Le dispositif suivant l'invention présente un large éventail de combinaisons : 1'UNITE peut comporter deux volumes seulement ou trois, ou quatre, etc... ou plus de douze. Cette non-limitation de composition permet à un Constructeur de présenter plusieurs gammes d'UNITES aux dimensions physiques bien déterminees sur catalogues commerciaux avec notices techniques pour sélection du modèle adéquat, pour un grand nombre de domaines d'application : - Chauffage - chauffage et eau chaude sanitaire - climatisation - chauffage et climatisation - chauffage-eau chaude sanitaire et climatisation - chauffage des piscines (hall, annexex, bassins, ECS) - chauffage des piscines (hall, annexes, bassins, ECS) et traitement de l'ambiance etc..., cette liste n'est pas limitative, avec plusieurs options - suivant le positionnement de l'UNITE, enterrée ou non - suivant le nombre et les caractéristiques des diverses récupérations d'Energie possibles ou souhaitées. etc.. Cette non-limitation de composition permet aussi à un Ingénieur, à un Concepteur, à un Architecte, à un Martre d'0euvre, à un Mettre d'Ouvrage, individuellement ou en équipe, étudiant un ou plusieurs problèmes à résoudre pour telle opération, de raisonner à partir de ces procédés et dispositif et de combiner la ou les UNITES optimales à faire fabriquer, sur plans, pour cette opération. A titre indicatif et pour illustrer des procédés liés au dispositif, il est présenté quatre planches référencées PL.II, PL.III, PL.IV, et PL.V. En partie basse de chacune de celles-ci une UNITE est figurée par un rectangle renfermant plusieurs carrés représentant des volumes. Comme indiqué précédemment, le nombre de ceux-ci peut varier de même que leur forme physique, leur situation dam l'espace les uns par rapport aux autres, leur destination, leur construction matérielle. C'est encore pour illustration que des indications de natures de fluides, et de circuits divers (dont le nombre peut être plus petit ou plus important) sont portées sur ces planches PL.II, PL.IT;,PL.IV, et PL.V. Les compresseurs, détendeurs, vannes, pompes de circulation et autres organes constructifs ne sont pas représentés. Les symboles et références employés sont les suivants : PL. II : Principe de fonctionnement avec air comme principale source, en hiver BC : batterie de chauffe BE : batterie extérieure BD : batterie de deshumidification C : condenseur D1 : départ vers batterie extérieure BE et batterie de deshumidifi cation BD D2 : départ vers utilisations UT (surfaces d'échanges SE, échangeurs EC, batterie de chauffe BC, etc...) E : évaporateur EC : échangeur(s) ECS: eau chaude sanitaire EG : égout ou évacuation des eaux usées ou de rejets divers EL : électricité (appoint éventuel) EU : eux usées ou rejets divers EV : eau de ville L : locaux PN : panneaux-capteurs solaires (éventuels) R1 : retour depuis batterie extérieure BE et batterie de deshumidifi cation BD. R2 : retour depuis utilisations UT S : sol ou terre (éventuellement) SE : surfaces d'échanges U : UNITE UT : utilisation(s) PL. III: Principe de fonctionnement avec air comme principale source en B1- BCL: batterie de climatisation BE : batterie extérieure BP ; batterie de préchauffage (d'eau chaude sanitaire, par exemple) C : condenseur D1 : départ vers utilisation(s) UT et batterie de climatisation BCL D2 : départ vers batterie extérieure BE et éventuelles utilisations chauffage D3 : départ vers batterie de préchauffage BP E :: évaporateur EC : échangeur(s) ECS: eau chaude sanitaire EG : égout ou évacuations des eaux usées ou de rejets divers EL : électricité (appoint éventuel) EU : eaux usées ou rejets divers EV : eau de ville L : locaux PN : panneaux-capteurs solaires (éventuels) R1 : retour depuis utilisations UT et batterie de climatisation BCL R2 : retour depuis batterie extérieure BE et éventuelles utilisations chauffage R3 : retour depuis batterie de préchauffage BP S : sol ou terre (éventuellement) SE : surfaces d'échanges U : UNITE UT : utilisation(s) PL:. 1V1 Principe de fonctionnement avec eau- comme principale source, en hiMerz BC : batterie de chauffe BD : batterie de deshumidification BR : batterie de récupération C : condenseur D1 : départ vers batterie de deshumidification BD et batterie de récupération BR D2 : départ vers utilisations UT et batterie de chauffe BC D3 : départ air neuf préchauffé vers locaux L. E : évaporateur EC : échangeur(s) ECS: eau chaude sanitaire EG : égout ou évacuations des eaux usées ou de rejets divers EL : électricité (appoint éventuel) EU : eaux usées ou rejets divers EV : eau de ville L : locaux PN : panneaux-cepteurs solaires (éventuels) R1 : retour depuis batterie de deshumidification BD et batterie de récupération BR R2 : retour depuis utilisations UT et batterie de chauffe BC S : sol ou terre (éventuellemen) SE : surfaces d'échanges U :UNITE UT : utilisation(s) PL. Y * Principe de fonctionnement avec eau comme principale source, ensété BCL: batterie de climatisation BP : batterie de préchauffage (d'eau chaude sanitaire par exemple) BR : batterie de récupération pour, - par exemple, - prérefroidissement de l'eau du condenseur C D1 : départ vers utilisations UT et, éventuellement, batterie de climatisation BCL D2 : départ vers utilisation UT et, éventuellement, batterie de climatisation BCL D3 : départ vers -éventuelles utilisations chauffage D4 : départ vers batterie de préchauffage BP E : évaporateur EC : échangeur(s) ECS: eau chaude sanitaire EG : égout ou évacuations des eaux usées ou de rejets divers EL : électricité (appoint éventuel) EU : eaux usées ou rejets divers EV : eau de ville L : locaux PN : panneaux-capteurs solaires (éventuels) R : rejet RI : retour depuis utilisations UT et éventuellement batterie de climatisation BCL R2 : retour depuis utilisations UT et éventuellement batterie de climatisation BCL R3 : retour depuis éventuelles utilisations chauffage R4 : retour depuis batterie de préchauffage BP S : sol ou terre (éventuellement) SE : surfaces d'échanges U : UNITE UT : utilisation(s) Le dispositif suivant l'invention concerne les Economies d'Energie dans tous les domaines du Génie Climatique. A partir de l'inventaire des différentes sources froides et sources chaudes, du choix des captages des différents fluides utilisés nécessairement ou utilisables, le dispositif permet de regrouper, de centraliser en une UNITE tous les éléments d'échanges thermiques et tous les stockages et de simplifier ou de supprimer des circuits, des réseaux de tuyauteries, des isolations, des régulations, des pertes thermiques, des surpuissances, des surfaces -d'échanges. Il en résulte d'une part des diminutions des prix de revient des matériels et des installations et d'autre part des récupérations et des Economies-d'Energie. L'invention peut ette appliquée à tous locaux, en toutes saisons et en tous lieux REVENDICATIONS 1 - Dispositif permettant de centraliser des fluides et leurs contenants en une seule unité, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens destinés à récupérer, transférer et conserver la chaleur. g - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens destinés i récupérer, transférer et conserver la chaleur sont les parois des volumes contenant les fluides utilisées comme surfaces d'échanges et réserves de stockage. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les volumes sont des espaces annulaires entre des tubes cylindriques dont le nombre et les diaètres ne sont pas limités. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les volumes sont des compartiments parallel-e- pipédiques dont le nombre et les dimensions ne sont pas limités. 5 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les volumes sont des bacs paraîlélepipédiques empilés dont le nombre et les dimensions ne sont pas limités.