Brevet FR2954815A1 — publié le 20110701

Chauffe-eau thermodynamique La présente invention se rapporte à un chauffe-eau thermodynamique, ledit chauffe-eau étant notamment destiné au chauffage de l'eau sanitaire. La présente invention se rapporte également à une installation de chauffage équipée d'un tel chauffe-eau. Dans le domaine du chauffage domestique, des recherches sont actuellement menées pour réduire les dépenses énergétiques. Les chauffe-eaux thermodynamiques présentent notamment un bien meilleur rendement énergétique que les chauffe-eaux électriques. Un chauffe-eau thermodynamique est un chauffe-eau muni d'une pompe à chaleur comme moyen de chauffage. Le principe d'une pompe à chaleur est de prélever des calories d'une source de chaleur, par exemple de l'air, pour les transférer à l'eau du chauffe-eau. De manière classique, une pompe à chaleur comporte un circuit, parcouru par un fluide frigorigène. Un fluide frigorigène est une substance capable d'absorber et de restituer de la chaleur, par des changements d'état liquide/gaz ou gaz/liquide. Ce circuit de fluide frigorigène passe notamment par deux échangeurs de chaleur : - un condenseur, qui permet au fluide de céder sa chaleur à l'eau à chauffer ; - un évaporateur, qui permet au fluide de prélever des calories à une source de chaleur, par exemple l'air extérieur au chauffe-eau Dans une habitation, il est connu de placer le chauffe-eau thermodynamique dans une pièce non chauffée, de type cave ou garage. Ainsi, la chaleur prélevée par l'évaporateur du chauffe-eau n'a pas de conséquences directes sur les besoins en chauffage de l'habitation. Cependant, si la cave ou le garage sont accolés à des pièces chauffées, ces dernières subissent indirectement une déperdition de chaleur. Le bilan énergétique global de l'installation de chauffage de l'habitation s'en trouve diminué. Par ailleurs, les habitations de type appartements ne disposent que rarement d'une pièce non chauffée, appropriée à l'installation d'un chauffe-35 eau thermodynamique. Pour résoudre ce problème, il est connu d'installer des gaines traversant un mur extérieur d'une habitation, afin de prélever de la chaleur à l'air extérieur à l'habitation et/ou de rejeter l'air refroidi à l'extérieur de l'habitation. La source de chaleur étant l'air extérieur, le fonctionnement de la pompe à chaleur n'a pas d'impact sur les besoins en chauffage de l'habitation. En revanche, la mise en place de telles gaines nécessite de réaliser plusieurs perforations dans un mur extérieur de l'habitation, ce qui complique l'installation du chauffe-eau thermodynamique. La présente invention permet de simplifier l'installation d'un tel chauffe-eau thermodynamique, tout en permettant à la pompe à chaleur d'utiliser une source de chaleur externe au bâtiment recevant ledit chauffe-eau. En effet, un objet de la présente invention est un chauffe-eau muni d'une pompe à chaleur comportant un circuit parcouru par un fluide frigorigène, ladite pompe à chaleur comportant notamment un évaporateur, ledit évaporateur étant un échangeur de chaleur air/fluide frigorigène, ledit chauffe-eau étant caractérisé en ce qu'il est muni d'une gaine comportant un tube externe et un tube interne, au moins une partie du tube interne étant contenue dans le tube externe, lesdits deux tubes définissant deux circuits d'air, chacun desdits circuits débouchant dans un compartiment, une communication entre lesdits compartiments étant formée par l'évaporateur. Ainsi, l'air entrant par l'un des deux circuits passe par l'évaporateur avant de ressortir par l'autre circuit. Il est donc possible de prélever de l'air extérieur à un bâtiment, ainsi que de rejeter l'air refroidi à l'extérieur, grâce à une gaine unique. Un tel dispositif simplifie l'installation du chauffe-eau et facilite la mise en place de chauffe-eaux thermodynamiques dans des logements de type appartements. Selon une forme préférentielle de l'invention, le chauffe-eau comporte un ventilateur permettant une circulation d'air, en direction de l'évaporateur, dans un premier circuit d'air compris entre le tube interne et le tube externe. De cette manière, l'air entre par un circuit externe de la gaine. Il traverse ensuite l'évaporateur et sort par un circuit interne, formé par l'intérieur du tube de plus faible diamètre. Selon une forme préférentielle de l'invention, à l'extrémité de la gaine opposée à l'évaporateur, une section du tube interne de la gaine est inférieure à la section annulaire de l'espace compris entre les deux tubes. Plus précisément, la section du circuit de sortie de l'air est inférieure à la section du circuit d'entrée. Ce mode de réalisation diminue les risques de recyclage d'air refroidi dans le circuit d'entrée. Par ailleurs, selon une forme préférentielle de l'invention, à l'extrémité de la gaine opposée à l'évaporateur, le tube externe est en retrait par rapport au tube interne de la gaine. En effet, un décalage de longueur des tubes diminue également les risques de recyclage d'air refroidi dans le circuit d'entrée. Selon une forme préférentielle de l'invention, le compartiment dans lequel débouche le circuit d'air entrant contient des appareils dont le fonctionnement produit de la chaleur. Ces appareils peuvent être un compresseur de la pompe à chaleur et/ou un moteur actionnant le ventilateur. Ainsi, l'air entrant dans ledit compartiment récupère la chaleur dégagée par lesdits appareils, avant de traverser l'évaporateur. L'invention a également pour objet une installation de chauffage, notamment pour un bâtiment, comportant un chauffe-eau tel que décrit précédemment. Selon une forme préférentielle de l'invention, le chauffe-eau comporte une cuve située à l'intérieur d'un bâtiment et l'extrémité de la gaine opposée à l'évaporateur est située à l'extérieur dudit bâtiment. Selon une forme préférentielle de l'invention, une extrémité du tube interne, située proche de l'évaporateur, est à l'extérieur du tube externe. L'invention a également pour objet un procédé de montage d'une installation selon l'invention, comprenant le raccordement du tube externe à un conduit existant du bâtiment et la mise en place d'une partie du tube interne dans ledit conduit existant. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - Figure 1 : vue schématique en coupe d'un chauffe-eau selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - Figure 2: vue schématique d'un élément du chauffe-eau représenté à la figure 1 ; - Figure 3 : vue de détail d'un chauffe-eau selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - Figure 4 : vue de détail d'un chauffe-eau selon un troisième mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente une vue schématique d'un chauffe-eau 1 selon un mode de réalisation de l'invention. Le chauffe-eau 1 comporte notamment une cuve 2, reliée à un circuit d'eau sanitaire (non représenté). Le chauffe-eau 1 est muni d'un système 3 de pompe à chaleur destiné à chauffer l'eau de la cuve 2. Le système 3 comporte notamment un circuit (non représenté) parcouru par un fluide frigorigène. Ledit circuit passe notamment par un évaporateur 4, un compresseur 5, un condenseur qui chauffe l'eau de la cuve 2 et un détendeur. L'évaporateur 4 est un échangeur de chaleur air/fluide frigorigène. Afin d'augmenter le transfert thermique entre l'air et les parois de l'évaporateur 4, le système 3 est équipé d'un ventilateur 6, qui crée une convection forcée d'air à travers l'évaporateur 4. Le chauffe-eau 1 fait partie d'une installation de chauffage d'une habitation 7. La plupart des éléments du chauffe-eau 1, notamment la cuve 2, sont installés à l'intérieur de l'habitation 7. Cependant, le système 3 de pompe à chaleur a pour source de chaleur principale l'air extérieur à l'habitation 7. Ainsi, le fonctionnement dudit système 3 ne fait pas augmenter les besoins en chauffage de ladite habitation. L'air extérieur est mis en contact avec l'évaporateur 4 par l'intermédiaire d'une gaine 8, qui traverse un mur extérieur 9 de l'habitation 7. La gaine 8 comporte deux tubes concentriques. Dans la description qui suit, on considère pour simplifier que ces deux tubes sont de section circulaire. Cependant, d'autres formes de section sont envisageables. La gaine 8 comporte un premier tube 10 externe, à l'intérieur duquel est situé un second tube 11 interne, de plus faible diamètre que le tube 10. Les diamètres respectifs des tubes (10, 11) sont tels qu'il existe un espace 16 compris entre les deux tubes. Une extrémité 12 du tube 10 externe débouche sur un premier compartiment 13 du système 3 de pompe à chaleur. Une extrémité 14 du 35 tube 11 interne débouche sur un second compartiment 15 du système 3. L'évaporateur 4 est situé entre les compartiments 13 et 15, de sorte que l'air puisse passer de l'un à l'autre compartiment en traversant ledit évaporateur. Préférentiellement, le tube 10 externe et le tube 11 interne de la gaine 8 sont les seules communications des compartiments 13 et 15 avec l'extérieur. Préférentiellement, l'unique communication directe entre les compartiments 13 et 15 est formée par l'évaporateur 4. Le ventilateur 6 est placé dans le second compartiment 15, à l'extrémité 14 du tube 11 interne. Préférentiellement, son sens de rotation est tel que l'air passant dans le tube 11 va de l'évaporateur 4 vers l'extérieur de l'habitation 7. La dépression ainsi provoquée à l'intérieur du premier compartiment 13 conduit à l'aspiration de l'air extérieur dans l'espace 16 compris entre le tube 10 externe et le tube 11 interne. Les tubes 10 et 11 forment donc deux circuits (16, 17) d'air parallèles, dans lesquels l'air circule en sens opposé. Le circuit 17 est formé par l'intérieur du tube 11 interne. Lorsque le ventilateur 6 fonctionne, l'air extérieur à l'habitation 7 est donc aspiré dans le circuit 16, situé entre les tubes 10 et 11. L'air arrive dans le premier compartiment 13. De manière préférentielle, ce compartiment contient un ou des appareils susceptibles de dégager de la chaleur, comme le compresseur 5 et/ou un moteur entraînant le ventilateur 6. L'air traverse ensuite l'évaporateur 4 où il cède sa chaleur au fluide frigorigène. Il passe ensuite dans le second compartiment 15 où se trouve le ventilateur 6. Après un passage dans le circuit 17 formé par l'intérieur du tube 11 interne, l'air est enfin rejeté à l'extérieur de l'habitation 7. Sur la figure 1, le trajet de l'air est représenté par des flèches. La figure 2 représente une vue schématique, en coupe, de l'extrémité de la gaine 8 opposée à l'évaporateur 4, selon le mode de réalisation représenté à la figure 1. Plus précisément, la figure 2 représente une partie de la gaine 8 traversant le mur 9 et débouchant à l'extérieur de l'habitation 7. L'extrémité 18 du tube externe 10 et l'extrémité 19 du tube interne 11, opposées à l'évaporateur 4, se trouvent donc à l'extérieur du bâtiment 7. Comme décrit précédemment, l'air extérieur est aspiré dans le circuit 16, situé entre les tubes 10 et 11. Après avoir transféré de sa chaleur à l'évaporateur 4, il est rejeté par le circuit 17 situé à l'intérieur du tube 11 interne. L'air circulant dans le circuit 16 est donc généralement à une température plus élevée que l'air circulant dans le circuit 17. Par exemple, une différence de température d'environ 5 °C peut exister entre les deux circuits. En conséquence, le tube 11 interne est préférentiellement élaboré de manière à minimiser l'échange thermique entre les circuits 16 et 17. De manière préférentielle, le tube 11 interne est constitué d'un matériau ayant une faible conductance thermique, par exemple un matériau plastique de type PVC. De même, préférentiellement, le tube 11 présente une épaisseur relativement importante, par exemple d'au moins 3 mm. Le tube 10 externe peut également être réalisé en matériau plastique. Afin d'éviter un retour d'air dans la gaine, l'extrémité 18 du tube externe est préférentiellement en retrait par rapport à l'extrémité 19 du tube interne. Ainsi, l'air est rejeté par le tube 11 interne à une certaine distance de l'entrée 18 du tube 10 externe. L'air refroidi n'est donc pas réaspiré par la gaine 8. De manière préférentielle, une distance 20 entre les extrémités 18 et 19 est égale à au moins 50% d'un diamètre 21 du tube 11 interne. Par ailleurs, de manière préférentielle, une section du tube 11 à son extrémité 19 est plus faible qu'une section annulaire du circuit 16 à son extrémité 18. L'air étant plus froid à l'intérieur du tube 11 qu'autour dudit tube, de l'humidité est susceptible de se condenser sur une paroi externe du tube 11. De manière préférentielle, dans une installation de chauffage, la gaine 8 est installée de manière à éviter l'accumulation d'humidité en l'un de ses points. Plus précisément, selon un axe vertical, on évite de disposer la gaine 8 en U, avec une partie d'altitude minimale qui serait susceptible de collecter la condensation. Il est préférable de disposer la gaine 8 avec une pente de signe constant entre ses deux extrémités. Il est également possible de disposer la gaine 8 en U renversé, avec une partie d'altitude maximale. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, la gaine 8 comporte une partie sensiblement verticale à proximité de l'évaporateur 4 et une partie sensiblement horizontale qui traverse le mur 9. Il est également possible d'incliner la partie qui traverse le mur 9, afin de favoriser l'écoulement de l'humidité. Dans l'exemple représenté à la figure 1, le système 3 de pompe à chaleur est placé au-dessus de la cuve 2 et la gaine est située au-dessus du système 3. Si on choisit d'incliner la gaine 8 vers le chauffe-eau 1, il est possible de prévoir des moyens de récupérer et d'évacuer la condensation près de l'extrémité 14 du tube 11. Selon un autre mode de réalisation, la gaine 8 est inclinée vers l'extérieur, tout en conservant une pente de signe constant sur toute sa longueur. Cette disposition est par exemple possible lorsque le système 3 de pompe à chaleur est placé plus bas que la cuve 2, la gaine 8 étant elle- même située plus bas que le système 3. La figure 3 représente une vue de détail d'un autre mode de réalisation de l'invention. On distingue un chauffe-eau 101 équipant une habitation 107. Le chauffe-eau est muni d'une gaine 108, ladite gaine étant représentée en coupe. La gaine 108 comporte un tube 110 externe qui débouche sur un conduit 109 de l'habitation 107. En l'espèce, le conduit 109 est un conduit de cheminée, sensiblement vertical et débouchant sur le toit de l'habitation 107. La gaine 108 comporte en outre un tube 111 interne, dont une partie est contenue dans le tube 110 externe et une autre partie 122 est contenue dans le conduit 109. Une extrémité de la partie 122 débouche au niveau du toit de l'habitation 107, comme le conduit 109. Comme dans l'exemple représenté à la figure 1, l'air sort par le circuit 117 formé par l'intérieur du tube 111 interne. Une partie du circuit 116 d'entrée d'air est constituée par l'espace compris entre la partie 122 du tube 111 et le conduit 109. Ce mode de réalisation permet de tirer parti de conduits existants, comme des cheminées, lors de la mise en place de chauffe-eaux selon l'invention dans des habitations. La figure 4 représente une vue de détail d'un autre mode de réalisation de l'invention. Il s'agit d'une variante du mode de réalisation représenté à la figure 1. On distingue un chauffe-eau 201 équipant un bâtiment 207. Le chauffe-eau est muni d'une gaine 208, ladite gaine étant représentée en coupe. La gaine 208 comporte un premier tube 210 et un second tube 211. Une partie 223 du tube 210 traverse un mur 209 du bâtiment 207, par une ouverture pratiquée dans ledit mur. Une partie du tube 211 est contenue dans la partie 223 du tube 210. Par ailleurs, à l'intérieur du bâtiment 207, une extrémité 224 du tube 211 et une extrémité 225 du tube 210 sont raccordées à un corps du chauffe- eau 201, à proximité de l'évaporateur équipant la pompe à chaleur dudit chauffe-eau. L'extrémité 224 du tube 211 est externe au tube 210. Plus précisément, une paroi du tube 210 comporte une ouverture 226, dans laquelle passe le tube 211. L'ouverture 226 est située entre l'extrémité 225 et la partie 223 du tube 210, donc à l'intérieur du bâtiment 207. Ainsi, une partie du tube 211 est interne au tube 210, ce qui permet de ne percer qu'un trou dans le mur 209 pour installer la gaine 208. Par ailleurs, une autre partie du tube 221, notamment son extrémité 224, est externe au tube 210. Ladite extrémité 224 est donc plus accessible que celle du tube interne 11 représenté à la figure 1. Ce mode de réalisation de l'invention facilite le raccordement indépendant de chaque tube de la gaine 208 au système de pompe à chaleur du chauffe-eau 201. Afin de faciliter le raccordement des tubes 210 et 211 au corps du chauffe-eau, les parties desdits tubes proches des extrémités 224 et 225 peuvent être réalisées en matériau de type plastique souple.20 REVENDICATIONS1.- Chauffe-eau (1) muni d'une pompe (3) à chaleur comportant un circuit parcouru par un fluide frigorigène, ladite pompe à chaleur comportant notamment un évaporateur (4), ledit évaporateur étant un échangeur de chaleur air/fluide frigorigène, ledit chauffe-eau étant caractérisé en ce qu'il est muni d'une gaine (8) comportant un tube externe (10) et un tube interne (11), au moins une partie du tube interne étant contenue dans le tube externe, lesdits deux tubes définissant deux circuits (16, 17) d'air, chacun desdits circuits débouchant dans un compartiment (13, 15), une communication entre lesdits compartiments étant formée par l'évaporateur. 2.- Chauffe-eau selon la revendication 1, comportant un ventilateur (6) permettant une circulation d'air, en direction de l'évaporateur, dans un premier circuit d'air (16) compris entre les deux tubes (10, 11). 3.- Chauffe-eau selon la revendication 1 ou la revendication 2, tel qu'à une extrémité (18, 19) de la gaine opposée à l'évaporateur, une section du tube interne (11) de la gaine est inférieure à la section annulaire d'un espace (16) compris entre le tube interne et le tube externe. 4.- Chauffe-eau selon l'une des revendications précédentes, tel qu'à une extrémité (18, 19) de la gaine opposée à l'évaporateur, le tube externe (10) est en retrait par rapport au tube interne (11). 5.- Chauffe-eau selon l'une des revendications 2 à 4, tel qu'un compresseur (5) de la pompe à chaleur et/ou un moteur actionnant le ventilateur (6) sont situés dans un compartiment (13) dans lequel débouche le premier circuit d'air. 6.- Chauffe-eau selon l'une des revendications précédentes, tel que le tube interne et/ou le tube externe sont réalisés en matériau plastique. 7.- Installation de chauffage comportant un chauffe-eau selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le chauffe-eau comporte une cuve (2) située à l'intérieur d'un bâtiment (7) et en ce qu'une extrémité (18, 19) de la gaine opposée à l'évaporateur est située à l'extérieur dudit bâtiment. 8.- Installation selon la revendication 7, telle que, selon une direction verticale, la gaine est disposée selon une pente de signe constant. 9.- Installation selon l'une des revendications 7 à 8, telle qu'une extrémité (224) du tube (211) interne, située proche de l'évaporateur, est à l'extérieur du tube (210) externe. 10.- Procédé de montage d'une installation selon l'une des revendications 7 à 9, comprenant le raccordement du tube (110) externe à un conduit (109) existant du bâtiment (107) et la mise en place d'une partie (122) du tube (111) interne dans ledit conduit existant.