Brevet FR2985222A1 — publié le 20130705

APPAREIL DE CLIMATISATION - CHAUFFAGE La présente invention concerne de manière générale un appareil de climatisation-chauffage destiné à de multiples usages, comme un usage domestique ou un usage sur un véhicule automobile par exemple. Il est connu dans l'art antérieur des dispositifs de climatisation utilisant des modules thermoélectriques ou modules Peltier. En particulier, le document W099/10191 décrit un climatiseur pour véhicule utilisant un module thermoélectrique alimenté avec un boîtier électronique spécifique pour transférer de la chaleur depuis un circuit d'air en communication avec l'habitacle vers un circuit extérieur. En contrepartie, ce système présente notamment l'inconvénient de nécessiter un échangeur de chaleur important entre le module thermoélectrique et l'air de l'habitacle. En effet, afin de refroidir efficacement l'air, l'échangeur représenté est de grande taille et donc d'un coût important et il faut implanter plusieurs modules thermoélectriques le long du trajet d'air pour le refroidir. Il en résulte un système onéreux, et qui de plus ne présente pas un coefficient d'efficacité avantageux sans le boîtier électronique qui alimente le module thermoélectrique avec une fréquence particulière. Le document 3 817 043 présente également un appareil de climatisation pour un véhicule utilisant un module thermoélectrique. Les modules thermoélectriques utilisés pour climatiser l'habitacle sont exposés à un flux d'air prélevé dans l'habitacle et renvoyé vers ce dernier. On retrouve le même inconvénient que précédemment, à savoir que pour augmenter le refroidissement de l'air, il faut augmenter la surface d'échange thermique entre l'air et les modules thermoélectriques, ce qui résulte en une augmentation de la taille et du coût de cet échangeur. Enfin, aucune précaution n'est prise pour la partie de climatisation de l'habitacle, de sorte que le coefficient de performance de cet ensemble ne sera pas avantageux. Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients des documents de l'art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un appareil de climatisation-chauffage utilisant des modules thermoélectriques et assurant un bon échange entre les modules thermoélectrique et l'espace à climatiser-chauffer. Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un appareil de climatisation-chauffage comprenant : - un circuit intérieur agencé au moins partiellement dans un espace à climatiser-chauffer, - un circuit extérieur agencé au moins partiellement dans un espace extérieur, - au moins un module thermoélectrique agencé pour transférer de la chaleur entre le circuit intérieur et le circuit extérieur, caractérisé en ce que le circuit intérieur et le circuit extérieur sont chacun parcourus par un liquide caloporteur et en ce que ledit au moins un module thermoélectrique est agencé pour transférer la chaleur entre les liquides caloporteurs de chaque circuit. L'appareil selon l'invention présente une solution de transfert de chaleur efficace entre le module thermoélectrique et l'espace à climatiser chauffer. En effet, utiliser un circuit intérieur avec un liquide caloporteur permet de réduire la résistance thermique entre le module thermoélectrique et le circuit intérieur de sorte qu'il n'est plus nécessaire d'allonger la surface d'échange entre le module thermoélectrique et le circuit intérieur. De manière avantageuse, l'appareil comprend des moyens de court-circuit agencés pour faire communiquer le circuit intérieur avec le circuit extérieur en court-circuitant ledit au moins un module thermoélectrique. Cette mise en oeuvre de l'invention offre la possibilité de court-circuiter le module thermoélectrique pour améliorer le rendement. En d'autres termes, si les températures de l'espace à climatiser-chauffer et de l'espace intérieure sont dans des plages telles que l'on n'a pas besoin de la fonction de pompe à chaleur du module thermoélectrique pour climatiser-chauffer l'espace intérieur, le module thermoélectrique est court-circuité et il n'y a plus qu'un seul circuit pour le liquide caloporteur qui transfère directement la chaleur entre l'espace à climatiser-chauffer et l'espace extérieur. L'efficacité de l'appareil selon la présente invention est améliorée car il tire parti des conditions de température de chaque espace et permet de réguler la température de l'espace à climatiser-chauffer sans faire fonctionner le module thermoélectrique. Une réalisation particulièrement intéressante consiste en ce que le module thermoélectrique comporte lors du transfert de chaleur une face chaude à une première température et une face froide à une deuxième température, et en ce que le circuit intérieur et le circuit extérieur sont agencés pour limiter la différence de température entre la face chaude et la face froide en dessous d'une différence de température prédéterminée. Le demandeur s'est aperçu que faire fonctionner un module thermoélectrique dans un domaine de différence température limitée était particulièrement avantageux pour obtenir le fonctionnement des modules thermoélectriques avec un coefficient de performance (COP) supérieur à 1. On peut mentionner que le circuit intérieur et le circuit extérieur sont parcourus par un flux de liquide caloporteur à contre courant. On obtient en plus une différence de température homogène tout le long de l'échange au niveau des modules thermoélectriques. Avantageusement, la différence de température prédéterminée est inférieure à 20°C. Idéalement, la différence de température entre la face froide et la face chaude est de 15°C maximum. De manière avantageuse, le module thermoélectrique présente une puissance d'alimentation électrique maximale, et il est alimenté lors du transfert de chaleur avec une puissance d'utilisation inférieure à 20% de la puissance maximale. Le demandeur s'est aperçu que ce domaine d'utilisation était particulièrement avantageux pour obtenir le fonctionnement des modules thermoélectriques économe avec un coefficient de performance (COP) supérieur à 1. Avantageusement, le circuit intérieur comprend un échangeur air-eau agencé dans l'espace à climatiser-chauffer. Cet échangeur peut être une plaque métallique en contact avec le fluide caloporteur, qui améliore la régulation de la température, tout en restant d'un encombrement limité et aisée à positionner le long d'un mur par exemple. Avantageusement, l'appareil comprend au moins un ventilateur forçant un passage de l'air sur l'échangeur air-eau. L'efficacité du transfert thermique par convection est améliorée. Avantageusement, l'appareil comprend des moyens de régulation de l'hygrométrie dans l'espace à climatiser-chauffer. Cela peut être un brumisateur sur le ventilateur de l'échangeur air-eau. En plus de réguler la température, l'appareil selon la présente invention permet de réguler l'hygrométrie pour augmenter le confort de l'utilisateur. On peut envisager que le brumisateur comprenne un réservoir d'eau avec une lampe à UV pour aseptiser l'eau destinée à être vaporisée dans l'espace à climatiser-chauffer. On peut également utiliser les modules thermoélectriques eux-mêmes pour réguler l'hygrométrie. En effet, en faisant passer de l'air de l'espace à climatiser-chauffer sur la face froide, on peut provoquer une condensation qui assèche l'air, et en aspergent d'eau la face chaude avec un courant d'air de l'espace à climatiser-chauffer, on peut augmenter le taux d'eau dans cet air. Avantageusement, le circuit extérieur comprend un échangeur air-eau extérieur. L'échange de chaleur est amélioré. Avantageusement, l'échangeur extérieur est agencé dans un conduit d'expulsion d'air d'une ventilation forcée (VMC) domestique. L'invention propose de minimiser les pertes d'énergie en utilisant comme milieu d'échange l'air qui est expulsé de l'espace à climatiser-chauffer et qui par définition est à une température proche de celle qui est désirée. La différence de température entre la face chaude et la face froide du module thermoélectrique est donc réduite. En alternative de ce premier mode de réalisation, le circuit extérieur comprend un conduit souterrain. Le sous sol est d'une température stable et convient aussi bien pour une utilisation de l'appareil en mode de climatisation lorsque la température de l'air de l'espace à climatiser-chauffer est 5 importante, qu'en une utilisation en mode chauffage lorsque qu'il fait froid, tout en limitant la différence de température entre la face froide et la face chaude du module thermoélectrique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit 10 d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente un appareil selon la présente invention en fonctionnement, avec des modules thermoélectriques alimentés ; - la figure 2 représente l'appareil de la figure 1 en fonctionnement, 15 avec les modules thermoélectriques éteints. La figure 1 représente un appareil de climatisation-chauffage selon la présente invention. Un premier circuit intérieur 10 est agencé pour réguler la température d'un espace 11 à climatiser-chauffer. Un deuxième circuit extérieur 30 est agencé pour échanger de la chaleur avec un espace 20 extérieur 31. Le circuit intérieur 10 forme un conduit 17 contenant un liquide caloporteur, de l'eau par exemple et circulant de la manière indiquée par les flèches représentées entre un échangeur de chaleur 15 et des modules thermoélectriques 25. De manière similaire, le circuit extérieur 30 forme un conduit 37 qui contient le même liquide caloporteur que le circuit intérieur 10, 25 et qui circule dans le sens indiqué par les flèches. Des pompes non représentées assurent les circulations dans chaque circuit. Deux vannes 41 et 42 séparent les circuits 10 et 30, de sorte que chaque circuit est en contact avec une face des modules thermoélectriques 25. Ces modules thermoélectriques 25 sont agencés entre les circuits 10 et 30, pour opérer un 30 échange de chaleur entre les liquides caloporteurs de chaque circuit. Si par exemple comme représenté, l'espace à climatiser-chauffer est trop chaud, alors les modules thermoélectriques sont alimentés de sorte à transférer de la chaleur depuis le circuit intérieur 10 vers le circuit extérieur 30. Chaque module thermoélectrique 25 présente une face chaude et une face froide. Dans le cas présent, la face froide est en contact avec le circuit intérieur 10 et la face chaude est en contact avec le circuit extérieur 30. Pour obtenir un coefficient de performance supérieur à 1, il faut imposer une différence de température entre la face chaude et la face froide inférieure à 20°C. Le coefficient de performance représente l'énergie fournie au liquide caloporteur du circuit extérieur 30 par les modules thermoélectriques 25, divisée par l'énergie électrique fournie aux modules thermoélectriques 25. S'il est supérieur à 1, cela indique que les modules thermoélectriques 25 fournissent au liquide caloporteur du circuit extérieur 30 plus d'énergie qu'ils n'en consomment eux même. A cet effet, comme chaque circuit est parcouru par un liquide caloporteur, la résistance thermique entre chaque face du module thermoélectrique 25 et le liquide caloporteur est faible, de sorte que la chaleur est correctement échangée et les faces du module thermoélectrique 25 ont une température voisine de la température du liquide caloporteur. Dans le cadre d'une utilisation domestique, afin de limiter la différence de température entre les faces des modules thermoélectriques, le circuit extérieur 30 comporte un échangeur de chaleur 35 qui peut être agencé dans un conduit d'expulsion d'une ventilation forcée qui présentera un air expulsé plus froid que l'air extérieur de la maison. On peut également dans le cas de l'application domestique utiliser un échangeur de chaleur 35 partiellement enterré afin de refroidir le liquide caloporteur du circuit extérieur 30 dans le sol. Ces deux alternatives procurent un moyen de limiter en deçà de 20°C la différence de température entre les deux faces du module thermoélectrique dans le cas d'une utilisation domestique. Dans le cadre d'une utilisation sur un véhicule automobile, on peut implanter l'échangeur 35 sur l'évacuation forcée de l'air hors de l'habitacle, afin de garantir que la différence de température entre les deux faces du module thermoélectrique 25 sera inférieure à 20°C. Tel que représenté par les flèches, la quantité de chaleur Q est absorbée par l'échangeur interne 15, transférée du circuit intérieur 10 par les modules thermoélectriques 25 vers le circuit extérieur 30 et évacuée vers l'espace extérieur 31 par l'échangeur extérieur 35. D'une manière générale, si au contraire, l'espace 31 est trop froid et qu'il faut le chauffer, il suffit d'inverser la polarité d'alimentation aux bornes des 5 modules thermoélectriques afin de transférer la chaleur depuis le circuit extérieur vers le circuit intérieur. Les agencements spécifiques de l'échangeur 35 décrits ci-dessus dans un conduit d'évacuation forcée ou dans le sol permettent de la même manière de limiter la différence de température entre les faces des modules thermoélectriques 25 afin de 10 garantir un coefficient de performance supérieur à 1. La figure 2 représente une utilisation particulière de l'appareil de la figure 1. Dans certaines conditions de température, il peut être avantageux de transférer directement de la chaleur entre l'espace à climatiser-chauffer et l'espace extérieur. En effet, s'il faut chauffer l'espace 11 et que la 15 température y est inférieure à la température de l'espace extérieur 31, il n'y a pas besoin d'utiliser les modules thermoélectriques 25 comme pompe à chaleur. Une circulation directe du liquide caloporteur entre l'échangeur de chaleur 15 intérieur et l'échangeur de chaleur 35 extérieur permet un échange de chaleur qui assure un chauffage de l'espace 11. A cet effet, les 20 vannes 41 et 42 sont actionnées pour court-circuiter les modules thermoélectriques 25 et faire circuler le liquide caloporteur directement antre les échangeurs 15 et 35 en mettant en communication les circuits intérieur et extérieur. L'énergie requise pour chauffer l'espace 11 est alors minimale car elle se réduit à l'énergie nécessaire pour faire circuler le liquide caloporteur 25 dans le circuit obtenu en court-circuitant les modules thermoélectriques. De la même manière, s'il faut refroidir l'espace intérieur 11 et que la température du milieu extérieur 31 est inférieure à la température de l'espace intérieur 11, court-circuiter les modules thermoélectriques 25 permettra de climatiser cet espace intérieur sans faire fonctionner les modules thermoélectriques. 30 Comme représenté par les flèches, la quantité de chaleur Q est captée par l'échangeur extérieur 35 et fournie à l'espace intérieur 11 par l'échangeur intérieur 15 pour le chauffer, si la température de l'espace intérieur est inférieure à la température de l'espace extérieur, tout cela sans alimenter les modules thermoélectriques 25. On comprendra que diverses modifications etiou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents 5 modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS1. Appareil de climatisation-chauffage comprenant : - un circuit intérieur (10) agencé au moins partiellement dans un espace à climatiser-chauffer (11), 5 - un circuit extérieur (30) agencé au moins partiellement dans un espace extérieur, - au moins un module thermoélectrique (25) agencé pour transférer de la chaleur entre le circuit intérieur (10) et le circuit extérieur (30), caractérisé en ce que le circuit intérieur (10) et le circuit extérieur (30) sont chacun 10 parcourus par un liquide caloporteur et en ce que ledit au moins un module thermoélectrique (25) est agencé pour transférer la chaleur entre les liquides caloporteurs de chaque circuit (10, 30). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de court-circuit (41, 42) agencés pour faire 15 communiquer le circuit intérieur (10) avec le circuit extérieur (30) en court-circuitant ledit au moins un module thermoélectrique (25). 3. Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le module thermoélectrique (25) comporte lors du transfert de chaleur une face chaude à une première température et une face froide à une 20 deuxième température, et en ce que le circuit intérieur (10) et le circuit extérieur (30) sont agencés pour limiter la différence de température entre la face chaude et la face froide en dessous d'une différence de température prédéterminée. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la 25 différence de température prédéterminée est inférieure à 20°C. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le module thermoélectrique (25) présente une puissance d'alimentation électrique maximale, et en ce qu'il est alimenté lors du transfert de chaleur avec une puissance d'utilisation inférieure à 20% de la puissance maximale.-10- 6. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit intérieur (10) comprend un échangeur air-eau (15) agencé dans l'espace à climatiser-chauffer (11). 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il 5 comprend au moins un ventilateur forçant un passage de l'air sur l'échangeur air-eau (15). 8. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de régulation de l'hygrométrie dans l'espace à climatiser-chauffer (11). 10 9. Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit extérieur (30) comprend un échangeur air-eau (35) extérieur. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'échangeur extérieur (35) est agencé dans un conduit d'expulsion d'air d'une ventilation forcée (VMC) domestique. 15 11. Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit extérieur (30) comprend un conduit souterrain.