Brevet FR2959002A1 — publié le 20111021

DISPOSITIF THERMODYNAMIQUE POUR CHAUFFER ET/OU CLIMATISER UN BATIMENT Domaine technique : La présente invention concerne un dispositif thermodynamique du type pompe à chaleur, climatiseur ou similaire, pour chauffer et/ou climatiser un bâtiment et/ou au moins un volume de ce bâtiment, ce bâtiment comportant au moins un ouvrant associé à au moins un volet battant, ledit dispositif comprenant au moins un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène, ledit circuit comportant au moins un premier échangeur thermique appelé condenseur, un détendeur, au moins un second échangeur thermique appelé évaporateur et un compresseur, une partie dudit dispositif étant logée dans au moins un caisson externe disposé à l'extérieur dudit bâtiment pour échanger les calories avec l'air extérieur ambiant, et l'autre partie dudit dispositif étant logée dans au moins une enceinte interne disposée à l'intérieur dudit bâtiment pour échanger les calories avec l'air intérieur ambiant et/ou un dispositif de chauffage et/ou de climatisation à circulation de fluide caloporteur dudit bâtiment, ledit caisson et ladite enceinte étant connectés entre eux par une partie dudit circuit fermé. Technique antérieure : Actuellement pour climatiser et/ou chauffer des bâtiments en ville au moyen d'une pompe à chaleur ou tout dispositif aérothermique équivalent, capable d'utiliser les propriétés thermodynamiques de l'air, il est nécessaire d'accrocher en façade des bâtiments un ou plusieurs échangeurs de chaleur, qui correspondent soit à des évaporateurs pour une application chauffage, soit à des condenseurs pour une application climatisation. Toutefois, les bâtiments sont soumis à des règlements de copropriété et/ou des arrêtés municipaux qui interdisent le montage de telles unités en façade. C'est pourquoi, à ce jour, il est pratiquement impossible d'accrocher en façade de telles unités, qui sont alors disposées au sol dans les cours, ou sur les balcons. Par ailleurs, le fait de concentrer l'ensemble du dispositif thermodynamique dans une même unité, qui est placée à l'extérieur du bâtiment pour capter les calories de l'air ambiant, on obtient une unité volumineuse, encombrante et inesthétique. D'autre part, il est impossible à ce jour d'envisager de chauffer et/ou climatiser un volume contenu dans un bâtiment, tel qu'un ballon d'eau chaude, une chambre froide, ou similaire, en utilisant ce type de solutions thermodynamiques. Exposé de l'invention : La présente invention vise à combler le manque évoqué ci-dessus en proposant un dispositif thermodynamique conçu spécialement pour pouvoir doter les bâtiments existants, notamment situés en ville, de solutions de chauffage et/ou de climatisation écologiques et économiques utilisant les propriétés thermodynamiques de l'air, modulaire et adaptable, tout en respectant les contraintes réglementaires et esthétiques desdits bâtiments. Dans ce but, l'invention concerne un dispositif thermodynamique du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce que seul l'un desdits premier et second échangeur thermique est contenu dans ledit caisson externe, les autres composants dudit dispositif, à savoir l'autre échangeur thermique, le détendeur et le compresseur étant contenus dans ladite enceinte interne, en ce que ledit caisson externe est agencé pour être fixé sur une façade dudit bâtiment et a des dimensions telles qu'il soit intégralement masqué par ledit volet battant en position ouverte. Dans une forme de réalisation avantageuse, le caisson externe comporte une paroi frontale apparente, lorsque ledit volet battant est en position fermée, qui présente un aspect sensiblement identique à celui du volet battant. Dans un exemple de réalisation, ladite paroi frontale peut comporter des lames en claire-voie pour former une persienne. Si l'ouvrant dudit bâtiment est associé à deux volets battants disposés de part et d'autre dudit ouvrant, alors le dispositif de l'invention peut comporter deux caissons externes identiques, respectivement montés de part et d'autre dudit ouvrant, chacun de ces caissons externes présentant une paroi frontale apparente lorsque lesdits volets battants sont en position fermée, qui a un aspect sensiblement identique à celui des volets battants. De manière préférentielle, ce dispositif comporte un nombre N de caissons externes, ce nombre N étant déterminé en fonction de la puissance thermique dudit dispositif thermodynamique, les N caissons externes étant raccordés en parallèle audit circuit fermé. Dans une forme de réalisation préférée, le caisson externe comporte au moins une paroi arrière pourvue au moins d'une zone ajourée par laquelle entre un flux d'air, des moyens de circulation forcée agencés pour aspirer le flux d'air entrant, ledit échangeur thermique dans lequel circule ledit fluide frigorigène et une paroi frontale fermant ledit caisson externe et pourvue au moins d'une zone ajourée par laquelle sort ledit flux d'air, lesdites zones ajourées étant disposées de manière opposée et sensiblement superposée. Le caisson externe comporte avantageusement des cales s'étendant de la paroi arrière pour délimiter entre la façade dudit bâtiment et ledit caisson externe un intervalle permettant le passage dudit flux d'air entrant. Les moyens de circulation forcée peuvent comporter une batterie de micro-ventilateurs montée sur une plaque de support adjacente à ladite paroi arrière et disposée au moins en regard de ladite zone ajourée, ladite batterie s'étendant sur une surface sensiblement équivalente à ladite zone ajourée. Ledit échangeur thermique peut comporter plusieurs serpentins raccordés en parallèle audit circuit fermé par des orifices d'entrée et de sortie, raccordés audit circuit fermé par des raccords disposés de préférence dans la partie inférieure dudit caisson externe. En complément, le caisson externe peut comporter dans sa partie inférieure un bac de récupération des condensats et/ou des moyens de dégivrage. En variante, le caisson externe peut comporter sur un de ses côtés des gonds pour accrocher ledit volet battant associé audit ouvrant. Description sommaire des dessins : La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: 20 - les figures lA et lB sont des vues de face d'une fenêtre d'un bâtiment équipée de deux volets battants, respectivement en position ouverte et en position fermée, et de deux caissons externes fixés sur la façade dudit bâtiment à l'arrière des volets battants, - la figure 2 est une vue en coupe de la fenêtre de la figure 1 selon la ligne de 25 coupe II-II, - la figure 3 est une vue en coupe du caisson externe de la figure 1 montrant les flux d'air entrant et sortant, - la figure 4 est une vue de face de l'échangeur thermique contenu dans le caisson externe de la figure 3, et 15 - la figure 5 est une vue de face des moyens de circulation forcée contenus dans le caisson de la figure 3. Illustrations de l'invention et meilleure manière de la réaliser : En référence aux figures, le dispositif thermodynamique selon l'invention est du type pompe à chaleur, climatiseur ou similaire, et utilise les propriétés thermodynamiques de l'air extérieur pour chauffer et/ou climatiser un bâtiment et/ou au moins un volume de ce bâtiment tel qu'un ballon d'eau chaude, une chambre froide, ou similaire. On entend par « bâtiment » toute construction à usage domestique et/ou professionnel, existants ou neufs, en ville ou en campagne, ce bâtiment comportant au moins un ouvrant, tel qu'une fenêtre 2, une porte, une porte-fenêtre, une baie vitrée, etc., cet ouvrant étant associé à au moins un volet du type volet battant 3 notamment, ou pouvant être équipé d'un tel volet. Le dispositif thermodynamique comporte de manière connue et non représentée dans les figures au moins un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène, comme par exemple un gaz non polluant du type R410 ou similaire, ce circuit comportant au moins un premier échangeur thermique appelé condenseur, un détendeur, au moins un second échangeur thermique appelé évaporateur et un compresseur. De manière connue également, une partie des composants de ce dispositif est couramment logée dans un caisson externe disposé à l'extérieur du bâtiment pour capter les calories de l'air extérieur ambiant et l'autre partie des composants du dispositif est logée dans une enceinte interne disposée à l'intérieur du bâtiment pour restituer les calories captées à l'air intérieur ambiant et/ou à un dispositif de chauffage et/ou de climatisation à circulation de fluide caloporteur du bâtiment. Le caisson externe et l'enceinte interne sont connectés entre eux par une partie du circuit fermé au moyen de conduits de type frigorifique. Ces conduits sont par exemple réalisés en cuivre et isolés. La présente invention se distingue de l'état de la technique par le fait que seul un des échangeurs thermiques, soit le condenseur, soit l'évaporateur, est contenu dans au moins un caisson externe 10. Les autres composants du dispositif thermodynamique, à savoir l'autre échangeur thermique, le détendeur et le compresseur sont contenus dans l'enceinte interne, qui peut être fixée au mur, en lieu et place par exemple d'une chaudière à gaz. Cette enceinte interne sera capotée pour être isolée phoniquement afin de limiter les nuisances sonores dues au compresseur. Comme représenté sur les figures lA et lB, le caisson externe 10 est destiné à être fixé sur la façade 1 du bâtiment à proximité de l'ouvrant 2 et à l'arrière du volet battant 3 associé à cet ouvrant 2. Pour ce faire, le caisson externe 10 a des dimensions telles qui lui permettent d'être intégralement masqué par le volet battant 3 en position ouverte (cf. fig. lA). Notamment, sa profondeur est réduite par rapport à ses deux autres dimensions. A titre d'exemple, sa profondeur est de l'ordre de la dizaine de centimètres. Dans l'exemple représenté à la figure 2, les volets battants 3 sont accrochés directement sur le cadre 11 du caisson externe 10, pour ménager un espace suffisant à l'arrière du volet battant 3. A cet effet, les gonds 6 sont fixés sur le côté du cadre 11 adjacent à l'ouvrant 2 et les volets battants 3 comportent des ferrures 5 pivotant dans les gonds 6, ces ferrures 5 pouvant avoir une forme en L de sorte que les volets battants 3 se logent à l'intérieur de l'embrasure 4 de l'ouvrant 2 en position fermée (cf. fig. lB). De manière classique, les gonds 6 peuvent être fixés directement dans la maçonnerie et les volets battants 3 accrochés à la façade 1 du bâtiment. Dans l'exemple représenté, les caissons externes 10 comportent une paroi frontale 12 qui présente un aspect et des dimensions similaires au volet battant 3 équipant l'ouvrant 2 pour assurer une continuité esthétique et éviter tout effet disgracieux. Lorsque les volets battants 3 sont en position ouverte (cf. fig. lA), les caissons externes 10 sont intégralement masqués et lorsque les volets battants 3 sont en position fermée, les caissons externes 10 sont visibles et créent un effet trompe l'oeil. La taille du volet battant 3 et l'espace de circulation d'air à l'arrière du volet battant 3 limitent la puissance du caisson externe 10. En conséquence, il est nécessaire de multiplier le nombre de caissons externes 10, qui seront raccordés en parallèle sur le circuit fermé, pour atteindre la puissance thermique demandée par le dispositif thermodynamique. A titre d'exemple, pour une pompe à chaleur capable de fournir une puissance de chauffe de 6,lkw, il faut récupérer une puissance froide de 4,lkw. Si chaque caisson externe 10 a des dimensions telles qu'il permet de récupérer 1,1kw, il faut installer quatre caissons externes 10 identiques, disposés par paire, de part et d'autre de deux ouvrants 2. Dans l'exemple représenté à la figure 3, le caisson externe 10 comporte au moins une paroi arrière 13 pourvue au moins d'une zone ajourée 13a par laquelle entre un flux d'air E, des moyens de circulation forcée 14 pour aspirer le flux d'air entrant E, échangeur thermique 15 pour échanger les calories du flux d'air avec le fluide frigorigène, et une paroi frontale 12 fermant le caisson externe 10 et pourvue au moins d'une zone ajourée 12a par laquelle sort ledit flux d'air S. Selon le mode d'utilisation du dispositif thermodynamique, l'échangeur thermique 15 constitue un évaporateur en mode chauffage et un condenseur en mode climatisation. Si le dispositif thermodynamique est réversible ou inversible, cet échangeur thermique 15 peut remplir les deux fonctions selon le sens de circulation du fluide frigorigène. Pour permettre le passage du flux d'air entrant E par la paroi arrière 13, le caisson externe 10 est décalé de la façade 1 du bâtiment d'un intervalle I grâce à des cales 16 s'étendant de la paroi arrière 13, cet intervalle I pouvant être de l'ordre de quelques centimètres. Ces cales 16 peuvent être fixes ou réglables. Les zones ajourées 12a et 13b prévues respectivement dans la paroi frontale 12 et la paroi arrière 13 sont opposées et sensiblement superposées pour garantir un flux d'air traversant, c'est à dire dont les flux d'air entrant E et sortant S sont séparés physiquement pour éviter de ré-aspirer le flux d'air sortant, ce flux d'air traversant étant maximal, sans perte de charge. Ces zones ajourées 12a, 13b peuvent s'étendre sur une toute ou partie des parois 12 et 13. Dans l'exemple représenté aux figures, la zone ajourée 12a de la paroi frontale 12 comporte des lames en claire-voie pour rappeler l'aspect d'un volet du type persienne, ces lames pouvant être fixes ou mobiles pour modifier leur inclinaison. Bien entendu toute autre forme de réalisation équivalente est possible. Dans l'exemple représenté aux figures 3 et 4, l'échangeur thermique est constitué d'au moins un et, dans l'exemple représenté, de quatre serpentins 15 raccordés en parallèle et dans lesquels circule le fluide frigorigène entre un orifice d'entrée 15a et un orifice de sortie 15b. Ce nombre n'est pas exhaustif et est déterminé en fonction de surface d'échange à couvrir pour éviter les pertes de charge. Les serpentins 15 sont fixés dans un cadre de support 15c et les conduits d'alimentation de ces serpentins 15 descendent le long d'un des côtés du cadre de support 15c vers la partie inférieure 10a du caisson externe 10 où ils sont raccordés au circuit fermé par des raccords adaptés, les conduits du circuit fermé traversant la maçonnerie à l'arrière du caisson externe 10 en partie inférieure des volets battants. Dans l'exemple représenté aux figures 3 et 5, les moyens de circulation forcée 14 comportent une batterie de micro-ventilateurs 14a montée sur une plaque de support 14b disposée entre l'échangeur de chaleur 15 et la paroi arrière 13, en regard de la zone ajourée 13a. Les micro-ventilateurs 14a sont disposés cote à cote pour couvrir une surface au moins sensiblement équivalente à la zone ajourée 13a dans le but d'homogénéiser la puissance d'aspiration pour obtenir un flux d'air entrant maximal. Dans un exemple de réalisation, la batterie comporte quinze micro-ventilateurs 15 de diamètre 120mm et ayant un débit d'air en vitesse maximale de 96m3/h chacun. Comme la batterie a un besoin de 635m3/h pour son fonctionnement en puissance nominale, il est possible de diviser la vitesse des micro-ventilateurs par deux. Ainsi, le bruit engendré par le fonctionnement de ces micro-ventilateurs sera très faible et ne créera pas de nuisance. La partie inférieure l0a du caisson externe 10 peut comporter en complément un bac de récupération des condensats (non représenté), par exemple en forme de V ou incliné en direction d'un orifice d'évacuation des condensats ouvert ou raccordé à un circuit de récupération des condensats. Cette partie inférieure 10a peut également comporter des moyens de dégivrage (non représenté), par exemple sous la forme d'une petite résistance électrique alimentée dès que la température extérieure descend sous un seuil prédéfini, pour éviter la formation de gel dans les raccords de l'échangeur de chaleur 10 et dans le bac de condensats. Il ressort clairement de cette description que l'invention permet d'atteindre les buts fixés, à savoir un dispositif thermodynamique, modulaire et configurable, lui permettant d'équiper des bâtiments existants même situés en ville, dans la mesure où ces bâtiments sont déjà équipés de volets battants ou peuvent être équipés de volets battants. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier tout en restant dans l'étendue de la protection définie dans les revendications annexées. Revendications1. Dispositif thermodynamique du type pompe à chaleur, climatiseur ou similaire, pour chauffer et/ou climatiser un bâtiment et/ou au moins un volume de ce bâtiment, ce bâtiment comportant au moins un ouvrant (2) associé à au moins un volet battant (3), ledit dispositif comprenant au moins un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène, ledit circuit comportant au moins un premier échangeur thermique appelé condenseur, un détendeur, au moins un second échangeur thermique appelé évaporateur et un compresseur, une partie dudit dispositif étant logée dans au moins un caisson externe disposé à l'extérieur dudit bâtiment pour échanger les calories avec l'air extérieur ambiant, et l'autre partie dudit dispositif étant logée dans au moins une enceinte interne disposée à l'intérieur dudit bâtiment pour échanger les calories avec l'air intérieur ambiant et/ou un dispositif de chauffage et/ou de climatisation à circulation de fluide caloporteur dudit bâtiment, ledit caisson et ladite enceinte étant connectés entre eux par une partie dudit circuit fermé, caractérisé en ce que seul l'un desdits premier et second échangeur thermique (15) est contenu dans ledit caisson externe (10), les autres composants dudit dispositif, à savoir l'autre échangeur thermique, le détendeur et le compresseur étant contenus dans ladite enceinte interne, en ce que ledit caisson externe (10) est agencé pour être fixé sur une façade (1) dudit bâtiment et a des dimensions telles qu'il soit intégralement masqué par ledit volet battant (3) en position ouverte. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit caisson externe (10) comporte une paroi frontale (12) apparente, lorsque ledit volet battant (3) est en position fermée, qui présente un aspect sensiblement identique à celui du volet battant. 3. Dispositif selon la revendication 1, l'ouvrant (2) dudit bâtiment étant associé à deux volets battants (3) disposés de part et d'autre dudit ouvrant, caractérisé en ce qu'il 10comporte deux caissons externes (10) identiques, respectivement montés de part et d'autre dudit ouvrant (2), chacun de ces caissons externes (10) présentant une paroi frontale (12) apparente lorsque lesdits volets battants (3) sont en position fermée, qui a un aspect sensiblement identique à celui des volets battants. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre N de caissons externes (10), ce nombre N étant déterminé en fonction de la puissance thermique dudit dispositif thermodynamique, les N caissons externes (10) étant raccordés en parallèle audit circuit fermé. 10 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit caisson externe (10) comporte au moins une paroi arrière (13) pourvue au moins d'une zone ajourée (13a) par laquelle entre un flux d'air (E), des moyens de circulation forcée (14) agencés pour aspirer le flux d'air entrant, ledit échangeur 15 thermique (15) dans lequel circule ledit fluide frigorigène et une paroi frontale (12) fermant ledit caisson externe (10) et pourvue au moins d'une zone ajourée (12a) par laquelle sort ledit flux d'air (S). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de 20 circulation forcée (14) comportent une batterie de micro-ventilateurs (14a) montée sur une plaque de support (14b) adjacente à ladite paroi arrière (13) et disposée au moins en regard de ladite zone ajourée (13a). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite batterie de micro-25 ventilateurs (14a) s'étend sur une surface sensiblement équivalente à ladite zone ajourée (13a).5 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les zones ajourées (12a, 13a) desdites parois frontale (12) et arrière (13) sont opposées et sensiblement superposées. 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur comporte plusieurs serpentins (15) raccordés en parallèle audit circuit fermé par des orifices d'entrée (15a) et de sortie (15b). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'au moins la zone ajourée (12a) de ladite paroi frontale (12) comporte des lames en claire-voie pour former une persienne. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que ledit caisson externe (10) comporte des cales (16) s'étendant de la paroi arrière (13) pour délimiter entre la façade (1) dudit bâtiment et ledit caisson externe (10) un intervalle (I) permettant le passage du flux d'air entrant (E). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 1l, caractérisé en ce que ledit caisson externe (10) comporte dans sa partie inférieure (l0a) un bac de récupération des condensats. 13. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit caisson externe (10) comporte dans sa partie inférieure (l0a) des raccords pour relier lesdits orifices d'entrée (15a) et de sortie (15b) des serpentins (15) audit circuit fermé. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que ledit caisson externe (10) comporte dans sa partie inférieure (l0a) des moyens de dégivrage.25 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit caisson externe (10) comporte sur un de ses côtés des gonds (6) pour accrocher ledit volet battant (3) associé audit ouvrant (2).