Brevet FR3012209A1 — publié le 20150424

INSTALLATION DE PRODUCTION D'EAU CHAUDE THERMODYNAMIQUE. L'invention se rapporte à une installation de production d'eau chaude par récupération de calories dite installation thermodynamique. Pour produire de l'eau chaude, on connait le ballon de production d'eau chaude qui consiste en un réservoir isolé thermiquement contenant un volume d'eau que l'on chauffe au moyen d'un générateur de thermies. Ce générateur de thermies est souvent une résistance électrique alimentée par le courant électrique distribué par un fournisseur. Un tel ballon fonctionne selon deux modes. Dans le premier cas un capteur mesure la température de l'eau dans le réservoir et commande le fonctionnement d'une résistance électrique pour maintenir l'eau à une température donnée. Dans le second cas, une horloge horaire pilote la résistance qui n'est autorisée à fonctionner que pendant une plage horaire durant laquelle plage le coût du courant consommé est réduit. Il est connu de remplacer la résistance électrique par un bruleur à gaz. On connait également, comme source de chaleur, les panneaux solaires qui utilisent un fluide caloporteur pour chauffer l'eau du ballon via un échangeur. Le fluide caloporteur est véhiculé au moyen d'une pompe alimentée par du courant électrique provenant d'un distributeur. Au lieu et place des panneaux solaires, il est connu d'utiliser une pompe à chaleur récupérant les calories dans l'eau d'un puits ou dans l'air, la pompe à chaleur étant alimentée par du courant provenant d'un fournisseur. Pour le pompage des calories dans l'air, lorsqu'il fait froid la capacité de la pompe à chaleur se réduit. L'invention vise à créer une installation de production d'eau chaude par récupération de calories dans l'air mettant en oeuvre un réservoir destiné à contenir de l'eau et un échangeur de chaleur qui soit autonome. A cet effet l'invention a pour objet une installation de production d'eau chaude 5 par récupération de calories dans l'air mettant en oeuvre un réservoir destiné à contenir de l'eau et une pompe à chaleur prélevant des calories dans l'air cette installation étant caractérisé en ce que l'installation comprend au moins un panneau photovoltaïque lequel produit du courant qui alimente directement les moyens électriques de l'installation et un circuit d'air qui pour alimenter la 10 pompe à chaleur le prélève à l'extérieur , le fait circuler au contact du panneau photovoltaïque pour refroidir le dit panneau et par la même réchauffer l'air envoyé dans l'échangeur de la pompe à chaleur. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci après faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin qui représente : 15 FIG 1 une installation selon l'invention FIG 2 : un panneau photovoltaïque FIG 3 : une variante d'une installation En se reportant au dessin, on voit, dans une habitation, une installation de production d'eau chaude par récupération de calories dans l'air mettant en 20 oeuvre un réservoir (2) destiné à contenir de l'eau et une pompe 3 à chaleur destinée à chauffer l'eau contenue dans le réservoir. Ce réservoir est encore appelé ballon thermodynamique. La pompe à chaleur est un dispositif qui extrait la chaleur d'un fluide provenant d'une source ici de l'air et la restitue à l'eau du ballon grâce à un échangeur. L'air est acheminé vers l'échangeur par un extracteur/souflfeur, contenu dans un caisson dit de mélange, créant une dépression. Ce caisson est déporté. Avantageusement, l'installation comprend d'une part, au moins un panneau (1) photovoltaïque lequel produit du courant qui alimente directement les moyens électriques de l'installation tel le compresseur de la pompe à chaleur ainsi que l'extracteur /souffleur contenu, ici dans un caisson et d'autre part, un circuit d'air qui, pour alimenter la pompe à chaleur, le prélève à l'extérieur , le fait circuler au contact du panneau 1 photovoltaïque pour refroidir le dit panneau et par la même réchauffer l'air envoyé dans l'échangeur de la pompe à chaleur. Lorsqu'il est dit que le courant alimente directement le compresseur et l'extracteur, il est sous entendu que le courant produit par le panneau photovoltaïque est cependant mis en forme par un onduleur 5. Le propriétaire consomme son propre courant. Le panneau photovoltaïque (1) présente une paroi (1A) constituée par les éléments photosensibles produisant du courant et sous cette paroi et à distance de celle ci, une paroi inférieure (1B) délimitant un canal (1C) dans lequel est introduit de l'air extérieur à réchauffer. Cette introduction se fait à la base du panneau et l'air réchauffé est prélevé en haut dudit panneau. Dans un panneau solaire, le courant électrique est produit par les rayons du soleil frappant les éléments sensibles. Le rayonnement solaire fourni non seulement de l'énergie aux cellules photovoltaïques (les photons) mais également de l'énergie infra-rouge qui élève la température des cellules. Malheureusement les cellules photovoltaïques sont sensibles à la chaleur et leurs rendements diminuent lorsqu'elles dépassent une température de l'ordre de 25° Celsius. En prévoyant un canal sous la paroi lA composée des cellules photovoltaïques non seulement on diminue la température des cellules photovoltaïques et donc on augmente leurs rendements, mais on vient réchauffer de l'air qui est dirigé vers la pompe à chaleur. L'air entrant dans cette pompe à chaleur étant plus chaud que l'air ambiant, le différentiel de température améliore l'efficacité de l'échange surtout l'hiver. Plus l'air acheminé à l'évaporateur de la pompe à chaleur est chaud, moins le compresseur consomme de l'énergie électrique pour en extraire les calories. L'installation consomme donc à la fois le courant produit par les cellules photovoltaïques et l'air réchauffé par le panneau. Elle est donc autonome sous réserve du dimensionnement des panneaux photovoltaïques et du volume d'eau à chauffer. Le chauffage de l'eau ne peut se faire que le jour sauf si on a prévu des batteries chargées par le ou les panneaux photovoltaïques. L'air est donc aspiré au travers du panneau photovoltaïque et acheminé vers l'échangeur de chaleur au moyen d'un circuit d air lequel présente un module 4 dite de mélange et de distribution tel une boite comportant une arrivée (8) d'air frais provenant de l'extérieur, une arrivée 9 de l'air réchauffé, une sortie (10) vers l'échangeur et une sortie (11) pour insuffler de l'air dans l'habitat. Des volets situés sur les entrées et sorties contrôlent la section de passage des conduites et donc les volumes ou débits d'air transitant dans les conduites e parallèle avec la vitesse de rotation de l'extracteur turbine. Des capteurs de température localisés dans le ballon d'eau chaude à différents niveaux, en amont des entrées d'air et en aval informent un calculateur qui pilote les volets selon des consignes établies. Une première consigne vise à ce que l'air envoyé à la pompe à chaleur ne dépasse pas 40°Celsius, l'air réchauffé est donc éventuellement mélangé avec de l'air froid. Avantageusement, la pompe à chaleur présente, en sortie, un bipasse qui est placé en position active lorsque le ballon ne demande pas d'apport calorique ainsi que l'habitation. Cela permet de continuer à refroidir les panneaux photovoltaïques. L'air est rejeté à l'extérieur. s Le réservoir comprend des capteurs de température à différent niveaux. On a donc réalisé une installation autonome qui est simple à mettre en oeuvre. Pour la gestion de l'installation, la priorité est donnée au réservoir d'eau à chauffer. Ainsi si le réservoir est en demande de calories, on fait fonctionner la pompe à chaleur en optimisant la température de l'air adressé à la pompe. io Lorsque la demande du réservoir est stoppée, on adresse l'air vers l'intérieur de l'habitat. Si aucune demande n'est faite, l'air continue cependant de circuler mais est rejeté par le bipasse et le courant va soit charger des batteries soit être injecté sur le réseau pour être vendu. On utilise donc un pilote de gestion de l'énergie. 15 En été, la production d'air froid en sortie du ballon thermodynamique peut être insufflée dans l'habitat pour le rafraichir et valoriser ainsi les frigories. Pour se faire, le ballon est équipé en option d'une vanne trois voies aéraulique (13) qui oriente cet air froid vers l'habitat ou l'évacue s'il n'y a pas de demande de rafraichissement en été (Figure 3). Le module de ventilation étant équipé d'un 20 clapet anti-retour, l'air froid ne peut pas revenir vers celui-ci. Le ballon d'eau chaude comprend donc un échangeur de chaleur intégré dans une enveloppe commune au réservoir sans la présence d'un moyen de circulation de l'air, celui-ci étant déporté et présente des bornes de connexion pour y raccorder un pilote venant au moins prendre la température de l'eau. 25 Par enveloppe commune, on inclut deux enveloppes superposées. REVENDICATIONS1. Installation de production d'eau chaude sanitaire par récupération de calories dans l'air mettant en oeuvre un réservoir (2) destiné à contenir de l'eau et une pompe (3) à chaleur cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend d'une part, au moins un panneau (1) photovoltaïque lequel produit du courant qui alimente directement les moyens électriques de l'installation et, d'autre part, un circuit d'air qui, pour alimenter la pompe à chaleur, le prélève à l'extérieur , le fait circuler au lo contact du panneau (1) photovoltaïque pour refroidir le dit panneau et par la même réchauffer l'air envoyé dans l'échangeur de la pompe à chaleur. 2. Installation de production d'eau chaude selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit d'air comprend un canal (1C) sous la paroi (1A) formée des éléments photosensibles du panneau photovoltaïque, un 15 module ( 4) dite de mélange et de distribution comportant une arrivée (8) d'air frais provenant de l'extérieur, une arrivée (9) de l'air réchauffé, une sortie (10) vers l'échangeur et une sortie (11) pour insuffler de l'air dans l'habitat ainsi que des volets pour contrôler la section de passage des dites entées et sorties. 20 3. Installation de production d'eau chaude sanitaire selon la revendication 2 caractérisée en ce que la pompe (3) à chaleur présente un bipasse qui est placé en position active lorsque le ballon ne demande pas d'apport calorique. 4. Installation de production d'eau chaude selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes caractérisée en ce que le réservoir comprend des capteurs de température à différent niveaux. 5. Installation de production d'eau chaude selon l'une quelconque des revendications précédente caractérisée en ce qu'elle comprend un pilote de gestion des besoins en énergie. 6. Installation de production d'eau chaude selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens électriques de l'installation comprennent un compresseur et un extracteur. 7. Installation de production d'eau chaude selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'une vanne trois voies équipe la sortie de la pompe à chaleur pour diriger le flux soit dehors soit dans l'habitat. 8. Installation de production d'eau chaude selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un échangeur de chaleur est intégré dans une enveloppe commune au réservoir sans la présence d'un moyen de circulation de l'air, celui-ci étant déporté et le réservoir présente des bornes de connexion pour y raccorder un pilote venant au moins prendre la température de l'eau.ABREGE Installation de production d'eau chaude sanitaire par récupération de calories dans l'air mettant en oeuvre un réservoir (2) destiné à contenir de l'eau et une pompe (3) à chaleur cette installation étant caractérisée en ce qu'elle s comprend d'une part, au moins un panneau (1) photovoltaïque lequel produit du courant qui alimente directement les moyens électriques de l'installation et, d'autre part, un circuit d'air qui, pour alimenter la pompe à chaleur, le prélève à l'extérieur , le fait circuler au contact du panneau (1) photovoltaïque pour refroidir le dit panneau et par la même réchauffer l'air envoyé dans l'échangeur 1.0 de la pompe à chaleur. Fig 1