Brevet FR3026832A1 — publié le 20160408

La présente invention décrit un nouveau système de transfert de chaleur (SYSTEME DE SONDES) utilisable seul ou conjointement à une pompe à chaleur pour chauffer ou rafraichir un bateau aménagé en LOCAL FLOTTANT à usage privé ou professionnel (habitation, bureaux, restaurant, hôtel...), en transférant de la chaleur entre l'eau et le LOCAL FLOTTANT. Naturellement, cette invention s'adresse également à toute autre construction, ou local situé sur l'eau ou à proximité de l'eau. Traditionnellement, la production de chaleur pour le chauffage des habitations repose sur la combustion de combustibles fossiles (gaz, fuel...) ou de biomasse (bois, Alternativement, le chauffage ou le rafraichissement peuvent reposer sur le transfert de chaleur dans un sens ou dans l'autre, entre l'environnement et l'habitation. Ce transfert peut se faire de manière passive, par simple échange passif de chaleur, comme par exemple avec un puits canadien, ou de manière active, par l'intermédiaire d'une pompe à chaleur. L'art antérieur montre qu'il est possible de capter la chaleur dans l'air pour la transférer dans le système de chauffage (aérothermie), mais aussi dans la terre (géothermie), ou dans l'eau (aquathermie). En géothermie par captage horizontal, le captage de chaleur dans le sol se fait grâce à d'un ou plusieurs tubes serpentant horizontalement, à une profondeur « hors gel », dans le sol, dans lesquels circule un fluide caloporteur, usuellement, de l'eau glycolée. En géothermie par captage vertical, le captage de chaleur dans le sol se fait par l'intermédiaire d'une ou plusieurs sondes verticales. Chaque sonde est constituée d'un ou deux tubes en U plongés verticalement dans le sol, à une grande profondeur (de l'ordre de plusieurs dizaines à une centaine de mètres ou plus), et dans lesquels circule un fluide caloporteur (usuellement de l'eau glycolée). A mi-chemin entre captage vertical et captage horizontal, il existe en géothermie le captage par corbeilles géothermiques. Une corbeille géothermique est constituée d'un tube enroulé en spirale verticale, avec un diamètre de l'ordre du mètre et une profondeur de l'ordre de 2 à 4 mètres. Dans chaque spirale circule un fluide caloporteur (eau glycolée). En géothermie, tant en captage vertical, qu'en captage horizontal ou en captage par corbeilles géothermiques, l'utilisation de l'eau glycolée comme fluide caloporteur permet de prolonger le fonctionnement du système de captage lorsque la température du fluide passe sous les 000, température à laquelle l'eau pure gèle à la pression atmosphérique habituelle. Des variantes comme le captage oblique ont été décrites [FR2817024, FR2820813] En aquathermie, on pompe de l'eau dans l'environnement, en général la nappe phréatique, on fait passer cette eau dans un échangeur à travers lequel un échange de chaleur se fait vers un autre fluide. Le fluide en question peut-être le fluide frigorigène d'une pompe à chaleur (l'échangeur est alors l'évaporateur ou le condenseur de la pompe à chaleur). Le fluide peut également être, et c'est ce qui se pratique le plus souvent, un fluide caloporteur intermédiaire. L'échangeur est dans ce cas un échangeur de barrage, protégeant la pompe à chaleur de l'agressivité de l'eau ou des impuretés qu'elle contient. Dans une variante l'eau est pompée dans un réservoir qui accueille des échangeurs de chaleur [FR2857085]. D'autres brevets d'invention décrivent une pompe à chaleur dont le condenseur ou l'évaporateur est immergé dans l'eau [EP2783978, W02008005320] En habitat fluvial on est naturellement tenté d'utiliser l'aquathermie à des fins de chauffage et rafraichissement. L'aquathermie peut fonctionner, jusqu'à ce que l'eau atteigne une température inférieure à 5°C environs. A partir de cette température, l'eau risque. de geler dans l'échangeur (évaporateur ou échangeur de barrage) en le traversant, avec le risque que le fonctionnement de la pompe à chaleur s'arrête, mais aussi que le l'échangeur soit irrémédiablement endommagé par le gel. Or dans les régions tempérées, la température de l'eau des fleuves et rivières atteint régulièrement des températures hivernales inférieures à 5°C, interdisant du coup l'utilisation à ces périodes là, de l'aquathermie pour se chauffer. Afin de résoudre ce problème, nous proposons en contexte d'habitat fluvial de transposer au captage de chaleur dans l'eau, le captage de chaleur géothermique. Au lieu d'enfouir dans la terre, des serpentins dans lesquels circule un fluide caloporteur protégé contre le gel, on en adapte le facteur de forme pour le captage de chaleur dans l'eau et on les immerge. Nous appellerons ce type de capteurs SONDES FLUVIALES (S). L'immersion de SONDES FLUVIALES (S) dans un cours d'eau, un étang, un lac, ou la mer exposent le système de captage à des contraintes mécaniques, à la salissure par les boues et autres matières charriées par l'eau, au vieillissement. Tous ces problèmes n'existent pas en géothermie. Les SONDES FLUVIALES doivent donc à des fins de maintenance, pouvoir être extraites de l'eau dans laquelle elles sont normalement immergées, et déconnectées du système de chauffage / rafraichissement. L'invention propose de regrouper les sondes unitaires dans un SYSTEME DE SONDES (51), qui en assurera l'assemblage mécanique, afin qu'elles puissent être suspendues, immergées et relevées au besoin. Le SYSTEME DE SONDES (S2) pourra éventuellement pourra en plus, comprendre le collecteur (COL) et le distributeur (DIS) par l'intermédiaire desquels les SONDES FLUVIALES sont raccordées au système de chauffage / rafraichissement. Le bateau habitation également, ayant ses propres contraintes de vérification et maintenance périodique de la coque doit pouvoir être déplacé ou extrait de l'eau, imposant comme préalable d'extraire de l'eau le SYSTEME DE SONDES immergé. Pour rendre possible l'immersion et la sortie d'eau du SYSTEME DE SONDES (51), son raccordement au système de chauffage se fera grâce à des tubes souples (2). Si le SYSTEME DE SONDES (S2) comprend le collecteur (COL) et le distributeur (DIS), ce sont ces derniers qui seront raccordés par des tubes souples au système de chauffage, pour permettre l'immersion et la sortie d'eau du SYSTEME DE SONDES. Le SYSTEME DE SONDES (Si ou S2) sera suspendu à la paroi du LOCAL FLOTTANT par un système de treuils et câbles (ou cordes) qui permettra son levage et son immersion. Son raccordement au système de chauffage / rafraichissement par des tubes souples (1) ou (2) en facilitera l'immersion et le levage. Pour compléter les possibilités offertes pour la maintenance, on pourra avantageusement intercaler des vannes aux extrémités des tubes de raccordement (1) ou (2). On pourra même doubler ces vannes, en mettant une vanne coté tube souple et une vanne coté sondes, ce qui permet une fois les vannes fermées de démonter le système totalement sans perdre le fluide caloporteur contenu dans les sondes. Le SYSTEME DE SONDES pourra utiliser une sonde seule mais aussi, lorsque la puissance de chauffage/refroidissement le requiert, il pourra rassembler une multiplicité de sondes (3 sur la figure) connectées en parallèle derrière des collecteurs (COL) et distributeurs (DIS), constituant ainsi un SYSTEME DE SONDES modulaire. Pour réduire l'encombrement du SYSTEME DE SONDES, les SONDES pourront avoir une forme qui leur permet de s'emboiter les unes dans les autres, comme par exemple sur la figure, une spirale, plus resserrée à sa base. Nous avons déjà vu que le transfert de chaleur par un SYSTEME DE SONDES était utilisable même lorsque l'eau atteignait des températures basses, proches de 000. En outre ce système présente également d'autres avantages par rapport à l'aquathermie. Du fait que le fluide caloporteur circule en circuit fermé, sans contact avec l'eau, le système présente une fiabilité accrue. Il n'y a plus besoin de filtres pour débarrasser l'eau de ses impuretés, il plus de risques de corrosion dus à la chimie de l'eau, et enfin on fait des économies d'énergie, puisqu'il n'y a plus besoin de pomper l'eau, mais seulement de faire circuler le fluide caloporteur en circuit fermé. Dans une variante de l'invention, on pourra appliquer les techniques de détente directe, et ainsi utiliser le SYSTEME DE SONDES comme évaporateur immergé ou comme condenseur immergé de la pompe à chaleur. Cette invention divulgue la réalisation les principes et dispositifs suivants : 1. Un système de transfert de chaleur (51 ou S2) immergeable caractérisé en ce qu'il comprend un système de suspension qui permet de l'extraire de l'eau et de l'immerger dans l'eau. 2. Un système de transfert de chaleur immergeable, raccordé au système de chauffage / rafraichissement par des tubes souples 3. Un système de transfert de chaleur immergeable raccordé au système de chauffage / refroidissement par des tubes souples, avec des vannes coté tube souple et/ou des vannes coté sondes 4. Un système de transfert de chaleur constitué de plusieurs sondes interconnectées 5. Un système de transfert de chaleur immergeable constitué de plusieurs sondes dont la forme leur permet de s'emboiter les unes dans les autres pour en réduire l'encombrement 6. Un système de transfert de chaleur immergeable utilisé comme évaporateur ou condenseur d'une pompe à chaleur REVENDICATIONS1. Un système de transfert de chaleur (Si ou S2), véhiculant un fluide caloporteur, raccordé à un système de chauffage et/ou refroidissement par transfert de chaleur et caractérisé en ce qu'il comprend un système de suspension qui permet de l'immerger dans l'eau et de l'en extraire 2. Un système de transfert de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est raccordé au système de chauffage et/ou rafraichissement par des tubes souples 15 3. Un système de transfert de chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des vannes qui permettent de l'isoler du système de chauffage et/ou rafraichissement et de l'en dissocier sans perdre de fluide caloporteur. 4. Un système de transfert de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs sondes interconnectées 25 5. Un système de transfert de chaleur selon la revendication 4 caractérisé en ce que la forme des sondes leur permet de s'emboiter pour réduire l'encombrement de l'ensemble 6. Un système de transfert selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il joue le rôle d'évaporateur ou de condenseur d'une pompe à chaleur 35