Brevet FR3002309A1 — publié le 20140822

L'invention concerne un appareil de chauffage et de production d'un fluide de stockage d'énergie, qui comporte un réservoir dans lequel est contenu ledit fluide, une source thermique pour chauffer ce fluide, ainsi qu'une enceinte isolante dans laquelle est placé le réservoir. Généralement, le fluide dont il s'agit est de l'eau et c'est l'exemple qui sera pris dans l'ensemble de la présente demande. Dans le langage courant, un tel appareil est généralement désigné sous l'expression "ballon d'eau chaude". Un tel réservoir, dont la contenance peut être de quelques dizaines à quelques centaines de litres, permet de disposer d'eau chaude sanitaire. Généralement, ce réservoir est ceinturé par une enceinte thermiquement isolante, afin de réduire au maximum les pertes de 15 chaleur. Le réservoir peut aussi être utilisé pour chauffer un espace tel qu'une pièce de vie et utilise à cet effet un échangeur de chaleur hydraulique. L'échangeur de chaleur transfère la chaleur du réservoir vers des "émetteurs" de chaleur, à savoir des radiateurs, via un réseau de 20 tubes, une pompe, etc. Ce système est complexe et d'un prix de revient élevé. De plus, sa performance est faible en raison des pertes de chaleur et le radiateur. Et ceci est d'autant plus aberrant lorsque l'on a à chauffer 25 une petite surface telle qu'une chambre, un bureau ou un studio. Par ailleurs, on connaît notamment par les documents US 6,237,544, US 7,337,753, US 5,146,911 et US 6,318,304 des structures de ballons d'eau chaude dont l'eau est chauffée par un brûleur à gaz disposé sous le ballon et à l'intérieur de l'enceinte thermiquement isolé. Il 30 existe un espace entre la paroi externe du ballon et la paroi interne de l'enceinte, afin que la chaleur et les éventuelles fumées circulent. De tels dispositifs sont dangereux, tout particulièrement en raison de la présence d'un brûleur à gaz dans l'enceinte isolante. Partant de cet état de la technique, la présente invention a pour but de pallier les inconvénients énumérés ci-dessus. En d'autres termes, elle vise à fournir un appareil de chauffage et de production d'eau chaude qui soit de structure simple, 5 économique et qui permette d'utiliser le réservoir d'eau chaude comme appareil de chauffage. Ainsi, la présente invention se rapporte à un appareil de chauffage et de production d'un fluide de stockage d'énergie tel que de l'eau chaude, qui comporte un réservoir dans lequel est contenu ledit 10 fluide, une source thermique pour chauffer ce fluide, ainsi qu'une enceinte isolante dans laquelle est placé le réservoir, caractérisé en ce que ladite source thermique est placée à l'intérieur du réservoir ou à l'extérieur de ladite enceinte, et en ce que la paroi de l'enceinte est en contact avec ledit réservoir à l'exception d'au moins une région constituée 15 d'un canal formé dans la paroi de ladite enceinte, les extrémités opposées de ce canal communiquant respectivement avec une entrée et une sortie d'air. Selon d'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de l'invention : 20 - ledit au moins un canal a une forme hélicoïdale, - ledit canal comporte des tronçons parallèles généralement verticaux, dont les extrémités haute et basse communiquent avec des tronçons annulaires, - l'entrée d'air extérieur est située en partie basse de ladite 25 enceinte, tandis que la sortie d'air est placée en partie haute de ladite enceinte, - ladite source thermique est notamment choisie dans la liste suivante : résistance électrique, pompe à chaleur intégrée dans le réservoir, chaudière, brûleur, panneau solaire, chaudière ou pompe à 30 chaleur déportée à l'extérieur du réservoir, poêle à bois, biomasse ou une combinaison quelconque d'au moins certains de ceux-ci, - l'appareil comporte un outil de forçage d'air tel qu'un ventilateur, apte à forcer le passage de l'air dans le canal, - la sortie d'air est connectée à un échangeur de chaleur 35 air/air, tel qu'un sèche-serviette ou un radiateur à échange air/air. 3002 309 3 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre. Elle sera faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue simplifiée, en coupe longitudinale 5 verticale, d'un premier mode de réalisation de l'appareil de chauffage et de production d'eau chaude conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, d'un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale de la 10 variante de la figure 2, selon le plan de coupe III, III ; - enfin, la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un troisième mode de réalisation de l'appareil conforme à l'invention. En se reportant à la figure 1, est représentée une première forme de réalisation de l'invention. 15 Cet appareil 1 comprend un réservoir 2 de fluide de stockage d'énergie (par exemple eau chaude), de type connu, par exemple en métal et d'une contenance d'une centaine de litres. Il pourrait, bien entendu, être de contenance supérieure ou inférieure. Ses faces supérieure et inférieure sont respectivement 20 référencées 20 et 21, tandis que sa surface latérale, ici cylindrique, est référencée 22. Bien entendu, toute autre forme de réservoir (ou "ballon") peut être envisagée. Toujours de manière connue, le réservoir est disposé à l'intérieur et ceinturé par une enceinte 3 en matériau qui est un isolant 25 thermique, ceci, afin de perdre le minimum de calories emmagasinées par l'eau. Le fluide contenu dans le réservoir 2 est chauffé par une source thermique 4, placée à l'intérieur du réservoir 2 (comme représenté sur les figures) ou à l'extérieur de l'enceinte 3. 30 Le sommet de l'enceinte 3 est référencé 30, tandis que sa base est référencée 31. Elle repose sur un socle S. Sa paroi latérale 32 présente une surface interne généralement complémentaire de celle 22 du réservoir 2. Bien entendu, l'enceinte pourrait directement reposer au 35 sol ou être fixée à un mur. A titre d'exemple, le matériau qui constitue l'enceinte isolante 3 est de la mousse de polyuréthane. On peut bien entendu faire usage d'autre matériaux tels que du Neopor (marque déposée), du polypropylène, du polystyrène extrudé ou expansé, de la mousse phénolique ou tout type de matériau qui a une faible conductivité thermique (À inférieure à 0.1 W/(m.K)). Le sommet de l'enceinte 3 supporte une pompe à chaleur 7 de type connu en soi, qui est connectée à un échangeur de chaleur hélicoïdal non représenté, également de type connu, placé dans le réservoir 2. Dans un mode de réalisation non représenté, il pourrait être placé autour de la paroi extérieure du réservoir. La paroi du réservoir 2 de la figure 1 touche à la face interne de l'enceinte 3. Cependant, cette face interne présente une région en creux formant un canal ou rigole 33, de sorte que ce canal n'est pas en 15 contact avec le réservoir 2. La section du canal 33 est semi circulaire. Toutefois, toute autre forme peut être envisagée. A titre indicatif, il pourrait s'agir d'une section rectangulaire, elliptique, rectangulaire aux coins arrondis, triangulaire, trapézoïdal, ou une combinaison de ces formes. 20 Le canal 33 présente la particularité d'avoir une forme hélicoïdale (voir les flèches de la figure 1) dont les extrémités basse et haute communiquent respectivement avec des ouvertures 321 et 322. L'ouverture 321 fait office d'entrée d'air extérieur, tandis que l'ouverture 322 fait office de sortie. 25 Dans la pratique, l'ouverture 321 fait office d'entrée d'air extérieur. Cet air est libre de circuler dans l'espace E, tout en léchant la paroi du réservoir 2. Lors de ce mouvement généralement ascendant, il se réchauffe et ressort de l'appareil par l'ouverture 322 formant sortie. Dans cet exemple, un seul canal hélicoïdal est représenté. 30 Toutefois, on peut envisager de faire usage de plusieurs canaux disposés en parallèle. Bien entendu, aussi bien l'ouverture 321 que l'ouverture 322 peuvent être équipée d'une grille ou de toute autre moyen équivalent formant filtre, de manière à ce que des polluants et/ou des insectes ne 35 s'infiltre à l'intérieur de l'appareil. On dispose, grâce à cet agencement compact qui ne nécessite pas la pose de tubes ou de radiateurs, d'une source de chauffage très pratique. L'emplacement des ouvertures 321 et 322 peut être 5 différent de celui qui a été décrit plus haut. Toutefois, l'ouverture 322 sera préférentiellement à une hauteur plus élevée que l'ouverture 321, en raison de la capacité de l'air chaud à s'élever naturellement. Un tel agencement est particulièrement efficace car le flux d'air qui s'engouffre dans le canal 33 parcourt un long chemin pour 10 déboucher au niveau de l'ouverture de sortie, le long duquel l'échange thermique est maximal. Le mode de réalisation des figures 2 et 3 s'inspire du même concept. On a ici affaire à canal constitués de tronçons verticaux 34 15 formés dans la paroi interne de l'enceinte 3, lesquels communiquent, par leurs extrémités basse et haute, avec des tronçons annulaires 36, respectivement 35. Ces derniers se raccordent, bien entendu, aux ouvertures d'entrée 321 et de sortie 322 précitées. Là encore, on constate qu'avec une telle architecture, 20 l'échange thermique entre la paroi du réservoir et les veines d'air est particulièrement efficace. Dans un mode de réalisation non représenté, on peut envisager que le dispositif soit équipé d'un outil de forçage d'air tel qu'un ventilateur, apte à forcer le passage de l'air dans le canal. Ceci vaut 25 également pour le canal hélicoïdal décrit plus haut. On peut également prévoir de connecter l'ouverture 322 de sortie d'air à un échangeur de chaleur air/air 5, tel qu'un sèche-serviette ou un radiateur à échange air/air, comme représenté sur la figure 4. En période de non utilisation, on peut condamner les 30 ouvertures 321 et 322 en plaçant contre elles un volet amovible. REVENDICATIONS1. Appareil (1) de chauffage et de production d'un fluide de stockage d'énergie tel que de l'eau chaude, qui comporte un réservoir (2) dans lequel est contenu ledit fluide, une source thermique (4) pour chauffer le fluide, ainsi qu'une enceinte isolante (3) dans laquelle est 5 placé le réservoir (2), caractérisé en ce que ladite source thermique (4) est placée à l'intérieur du réservoir (2) ou à l'extérieur de ladite enceinte (3), et en ce que la paroi de l'enceinte (3) est en contact avec ledit réservoir (2) à l'exception d'au moins une région constituée d'un canal (33) formé dans la paroi de ladite enceinte (3), les extrémités opposées de ce 10 canal communiquant respectivement avec une entrée (321) et une sortie d'air (322). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit au moins un canal (33) a une forme hélicoïdale. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait 15 que ledit canal comporte des tronçons (34) parallèles généralement verticaux, dont les extrémités haute et basse communiquent avec des tronçons annulaires (35, 36). 4. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'entrée d'air (321) extérieur est située en partie basse de 20 ladite enceinte (3), tandis que la sortie d'air (322) est placée en partie haute de ladite enceinte (3). 5. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite source thermique (4) est notamment choisie dans la liste suivante : résistance électrique, pompe à chaleur 25 intégrée dans le réservoir, chaudière, brûleur, panneau solaire, chaudière ou pompe à chaleur déportée à l'extérieur du réservoir, poêle à bois, biomasse ou une combinaison quelconque d'au moins certains de ceux-ci. 6. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un outil de forçage d'air tel qu'un 30 ventilateur, apte à forcer le passage de l'air dans le canal (33,34,35,36). 7. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la sortie d'air (322) est connectée à unéchangeur de chaleur air/air (5), tel qu'un sèche-serviette ou un radiateur à échange air/air.