Brevet FR3044512A1 — publié le 20170602

La présente invention concerne un appareil de chauffage incluant des batteries de stockage de l'énergie électrique. Il est connu d'associer un parc de batteries à un appareil de chauffage, ce parc permettant de stocker de l'énergie électrique utilisée par l'appareil, en vue d'espacer la consommation d'électricité dans le temps. Ce parc de batteries permet par conséquent de jouer sur les périodes de tarification préférentielle de l'électricité : les batteries sont en charge au cours des périodes de temps pendant lesquelles l'électricité est moins chère, typiquement de nuit, et l'électricité que contiennent ces batteries est utilisée pour le fonctionnement de l'appareil pendant les périodes de temps au cours desquelles l'électricité est plus chère, typiquement de jour. Un tel appareil de chauffage comprend notamment un corps de chauffe, destiné à produire la chaleur, et ledit parc de batteries. Ce dernier est situé à distance du corps de chauffe, étant situé au plus près d'un compteur électrique, voire à l'extérieur du local devant être chauffé. Un tel appareil présente cependant l'inconvénient de présenter un rendement énergétique faible, résultant d'une déperdition importante d'énergie lors du stockage et du déstockage de cette énergie, pouvant être évaluée à 30 % du contenu des batteries. De plus, l'appareil existant est en général volumineux et relativement complexe à installer, ce qui restreint les possibilités d'usage. La présente invention a pour objectif de remédier à ces inconvénients, en proposant un appareil de stockage dont la structure permet de bénéficier d'une rentabilité énergétique maximale. L'appareil concerné comprend, de manière connue en soi, un corps de chauffe et des batteries de stockage de l'énergie électrique. Selon l'invention, - l'appareil comprend au moins une plaque de convection, dont un premier côté est en contact intime avec au moins un premier côté que forme le parc de batteries, de telle sorte qu'un échange de chaleur soit possible entre ce parc de batteries et la 30 plaque de convection ; - le corps de chauffe est situé en avant d'un deuxième côté du parc de batteries, ou au-dessus de ce parc de batteries, de telle sorte que de la chaleur produite par le parc de batteries s'ajoute à celle produite par le corps de chauffe pour créer une circulation d'air autour de l'appareil, par convection ; 3044512 2 - l'appareil comprend une première plaque d'isolation thermique placée entre le parc de batteries et le corps de chauffe ; et - l'appareil comprend au moins un moyen de fixation à une paroi, situé sur un deuxième côté de la plaque de convection, opposé audit premier côté de cette plaque 5 de convection, ce moyen de fixation permettant de monter l'appareil sur cette paroi de telle sorte que la plaque de convection soit située à distance du sol et à distance de ladite paroi, afin qu'un écoulement d'air soit possible, par convection, au travers de l'espace aménagé en dessous de l'appareil et de l'espace aménagé entre ladite plaque de convection et ladite paroi. 10 Ainsi, selon l'invention, le parc de batteries n'est pas séparé de l'appareil de chauffage mais est au contraire intimement intégré à la structure de l'appareil de chauffage, en étant en contact avec la plaque de convection et en étant situé à proximité du corps de chauffe. Lorsque l'appareil est en fonctionnement et que les batteries sont en état de 15 rechargement sur le secteur, c'est-à-dire typiquement de jour, l'échauffement de ces batteries dû à la décharge et à la recharge se communique à la plaque de convection, et augmente donc l'effet de convection produit par celle-ci. Du fait de la proximité entre le parc de batteries et le corps de chauffe, ce même échauffement des batteries s'ajoute à la chaleur produite par le corps de chauffe, augmentant par conséquent la 20 chaleur émise globalement par l'appareil. De plus, la circulation de l'air par convection autour du parc de batteries permet de dissiper activement l'échauffement que subit ce parc de batteries, et améliore donc le rendement énergétique de l'appareil. Lorsque les batteries sont en état de rechargement, c'est-à-dire typiquement de nuit, l'échauffement de ces batteries dû à la recharge se transmet de la même façon à 25 la plaque de convection et s'ajoute de la même façon à la chaleur produite par le corps de chauffe, de sorte que l'appareil permet un chauffage dans un certaine mesure et qu'il se produit également une dissipation active de l'échauffement subi par le parc de batteries. Pour le cas où l'appareil fonctionnerait uniquement sur les batteries, 30 l'échauffement de ces batteries dû à la décharge se communiquerait à la plaque de convection et s'ajouterait à la chaleur produite par le corps de chauffe, de la même façon. Selon une possibilité, le parc de batteries présente une forme telle que sa hauteur soit proche de son épaisseur, ce parc ayant ainsi la forme d'un bloc allongé ; dans ce 3044512 3 cas, le corps de chauffe est situé au-dessus de ce parc, et à proximité de la plaque de convection. Il sera compris que les termes "hauteur" et "épaisseur" sont à considérer en référence à la paroi sur laquelle l'appareil est destiné à être monté : "hauteur" désigne 5 la dimension de l'appareil selon une direction allant du bas au haut de cette paroi et "épaisseur" désigne la dimension de l'appareil selon une direction perpendiculaire à la paroi. Selon une autre possibilité, le parc de batteries présente une forme telle que sa hauteur est au moins cinq fois supérieure à son épaisseur, le parc ayant ainsi la forme 10 d'une plaque épaisse ; dans ce cas, le corps de chauffe est situé sur le côté antérieur du parc de batteries tandis que la plaque de convection est située sur le côté postérieur de ce parc. Il sera compris que les termes "antérieur" et "postérieur" se réfèrent à des côtés de l'appareil tel qu'il est situé vis-à-vis de ladite paroi, "antérieur" désignant un côté 15 comparativement plus éloigné de cette paroi et "postérieur" désignant un côté plus proche de cette paroi. Dans le cas de cette autre possibilité, le parc de batteries forme de préférence une première et une deuxième faces principales, opposées l'une à l'autre ; la plaque de convection s'étend le long de la première face principale, et ladite première plaque 20 d'isolation thermique s'étend le long la deuxième face principale du parc de batteries ; le corps de chauffe s'étend le long ladite première plaque d'isolation thermique, du côté de cette plaque opposé au parc de batteries. Ladite première plaque d'isolation thermique peut s'étendre contre ladite deuxième face principale du parc de batteries et le corps de chauffe peut s'étendre 25 contre cette première plaque d'isolation thermique. Alternativement, un espace d'air est aménagé entre le parc de batteries et le corps de chauffe, ladite première plaque d'isolation thermique s'étendant soit contre le parc de batteries soit contre le corps de chauffe, ou encore l'appareil comprend une deuxième plaque d'isolation thermique, l'une des deux plaques d'isolation thermique s'étendant contre le parc de batteries et l'autre de ces deux plaques d'isolation thermique s'étendant contre le corps de chauffe. De préférence, l'appareil comprend un élément d'isolation thermique placé entre la plaque de convection et chaque moyen de fixation précité, afin d'éliminer tout pont thermique entre cette plaque de convection et ce moyen de fixation. Lorsque les moyens de fixation sont des vis, ces éléments d'isolation thermique peuvent 3044512 4 notamment être des rondelles de matériau isolant interposées entre la plaque de convection et ces vis. De préférence, une pâte de jonction est mise en place entre la plaque de convection et le parc de batteries, afin de réaliser une liaison pleine, c'est-à-dire 5 dépourvue d'espaces d'air, entre les surfaces de cette plaque de convection et de ce parc de batteries qui sont mutuellement en contact. Une telle pâte de jonction permet de favoriser l'échange thermique entre ce parc et cette plaque. Il peut s'agir d'une pâte dite "thermique", notamment constituée d'un polymère (p.ex. silicone) et chargé de particules métalliques (p.ex. d'argent), 10 notamment utilisée dans le domaine de l'électronique de puissance ou de la microélectronique. Lorsqu'un espace d'air est prévu entre le parc de batteries et le corps de chauffe, et qu'une plaque d'isolation thermique s'étend contre ladite deuxième face principale que forme le parc de batteries, une pâte de jonction identique peut être mise en place 15 de la même façon entre cette deuxième face principale et la plaque d'isolation thermique. De préférence, la plaque de convection est structurée de façon à faciliter son échange thermique avec l'air, et donc pour favoriser la création de la circulation d'air par convection. Elle peut notamment être perforée et/ou pourvue d'ailettes. 20 L'invention sera bien comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes de réalisation possibles de l'appareil de chauffage concerné. La figure 1 est une vue de cet appareil selon une première forme de réalisation, 25 alors qu'il est monté sur une paroi ; la figure 2 est une vue de l'appareil similaire à la figure 1, selon une deuxième forme de réalisation ; la figure 3 montre des courbes comparant les performances des appareils selon les figures 1 et 2 avec celles d'un appareil conforme à la technique antérieure ; et 30 la figure 4 est une vue en perspective de l'appareil selon une troisième forme de réalisation. La figure 1 représente un appareil de chauffage 1 monté sur une paroi 100 telle qu'un mur, au-dessus d'un plancher 101. L'appareil 1 comprend, de son côté antérieur (c'est-à-dire plus éloigné de la paroi 100) à son côté postérieur (c'est-à-dire plus proche de cette paroi 100), un corps 3044512 5 de chauffe 2, une plaque 3 d'isolation thermique, un parc de batteries 4, une plaque de convection 5 et des vis 6 d'ancrage à la paroi 100. Le corps de chauffe 2 présente la forme d'une plaque ; il est constitué par un boîtier ayant des parois en un matériau thermiquement conducteur, notamment 5 métallique, et par une résistance logée à l'intérieur de ce boîtier, alimentée par les batteries 7 du parc 4. Bien entendu, devant ce corps de chauffe 2, l'appareil 1 présente une grille ou un garde-corps adapté, non représenté, évitant tout risque de contact direct d'un utilisateur avec ce corps de chauffe. 10 La plaque 3 est en un matériau thermiquement isolant, par exemple un matériau expansé courant (organique ou inorganique) ou aérogel thermique. Elle est en contact, par l'ensemble de la surface de ses faces principales, avec une face principale postérieure 2p que forme le boîtier du corps de chauffe 2 et avec une face principale antérieure 4a que forme le parc de batteries 4. 15 Ce dernier présente la forme d'une plaque épaisse, c'est-à-dire a une hauteur au moins cinq fois supérieure à son épaisseur. Il est constitué par un boîtier ayant des parois en un matériau thermiquement conducteur, notamment métallique, qui loge une pluralité de batteries 7 d'accumulation d'énergie électrique, telles que des batteries au lithium. Ce boîtier forme une face principale postérieure 4p, par laquelle le parc de 20 batteries 4 est en contact avec la face antérieure 5a de la plaque de convection 5, par l'ensemble de la surface de cette face postérieure. La plaque de convection 5 est constituée par une plaque par exemple en aluminium. Elle comprend une pluralité de perforations recevant des bagues 8 en un matériau thermiquement isolant, ces bagues recevant elles-mêmes les vis 6. 25 Une pâte de jonction dite "pâte thermique" est appliquée avant assemblage de l'appareil 1 sur l'une et/ou l'autre des faces de la plaque de convection 5 et du parc de batteries 4 destinées à être en contact l'une avec l'autre, afin de réaliser une liaison pleine, c'est-à-dire dépourvue d'espaces d'air, entre ces faces, permettant un bon échange thermique entre le parc 4 et la plaque 5. 30 Les vis 6 sont insérées dans la paroi 100 et permettent un montage de l'appareil 1 sur cette paroi 100 de telle sorte qu'il existe un espace d'air 10 entre l'appareil 1 et le plancher 101 et un espace d'air 11 entre la paroi 100 et la plaque de convection 5. À titre d'exemple, la hauteur de l'appareil 1 peut aller de 10 et 100 cm ; l'épaisseur du parc de batteries 4 peut aller de 1 à 20 cm et les espaces 10, 11 peuvent aller 35 chacun de 3 à 10 cm. 3044512 6 Ainsi, le parc de batteries 4 est intimement intégré à la structure de l'appareil 1, en étant en contact avec la plaque de convection 5 et en étant situé à proximité du corps de chauffe 2. Lorsque l'appareil 1 est en fonctionnement et que les batteries 7 sont en état de 5 rechargement sur le secteur, c'est-à-dire typiquement de jour, l'échauffement de ces batteries 7 dû à la décharge et à la recharge se communique à la plaque de convection 5, et augmente donc l'effet de convection produit par celle-ci. Du fait de la proximité entre le parc de batteries 4 et le corps de chauffe 2, ce même échauffement s'ajoute à la chaleur produite par le corps de chauffe 2, augmentant par conséquent la chaleur 10 émise globalement par l'appareil. La circulation de l'air par convection autour du parc de batteries 4 permet en outre de dissiper activement l'échauffement que subit ce parc de batteries, et améliore donc le rendement énergétique de l'appareil 1. Lorsque les batteries 7 sont en état de rechargement, c'est-à-dire typiquement de nuit, l'échauffement de ces batteries dû à la recharge se transmet de la même façon 15 à la plaque de convection 5 et s'ajoute de la même façon à la chaleur produite par le corps de chauffe 2, de sorte que l'appareil 1 permet un chauffage dans un certaine mesure et qu'il se produit également une dissipation active de l'échauffement subi par le parc de batteries 4. Pour le cas où l'appareil 1 fonctionnerait uniquement sur les batteries 7, 20 l'échauffement de ces batteries dû à la décharge se communiquerait à la plaque de convection 5 et s'ajouterait à la chaleur produite par le corps de chauffe 2, de la même façon. Dans la deuxième forme de réalisation de l'appareil 1 représenté sur la figure 2, le corps de chauffe 2, la plaque 3 d'isolation thermique, le parc de batteries 4, la plaque 25 de convection 5 et les vis 6 se retrouvent de façon identique ou très similaire à ce qui vient d'être décrit. Par simplification, les éléments déjà décrits qui se retrouvent dans cette deuxième forme de réalisation, et dans la troisième forme de réalisation décrite plus loin, seront désignés par les mêmes références numériques. Dans le cas de cette deuxième forme de réalisation, un espace d'air 15 est 30 aménagé entre le parc de batteries 4 et le corps de chauffe 2, et l'appareil 1 comprend une deuxième plaque d'isolation thermique 16, qui s'étend entre contre la face antérieure 4a du parc de batteries 4, la plaque 3 s'étendant contre le corps de chauffe 2 de la même façon que précédemment. 3044512 7 Le montage du corps de chauffe 2 et de la plaque 3 sur le boîtier du parc de batteries 4 est réalisé au moyen de vis 17, de façon identique ou similaire au montage réalisé par les vis 6. L'espace d'air 15 peut avoir une épaisseur allant de 3 à 10 cm entre les faces 5 des plaques 3 et 16 qui sont en regard l'une de l'autre. Dans l'appareil 1 selon cette deuxième forme de réalisation, une double circulation d'air par convection est réalisée au travers des espaces 10, 11 et 10, 15, de part et d'autre du parc de batterie 4, maximisant ainsi l'effet d'augmentation de la convection et de l'échauffement de l'air produit par l'appareil, et dissipant d'autant plus 10 l'échauffement du parc de batteries 4, donc améliorant encore le rendement énergétique de l'appareil 1. La figure 3 est un repère comprenant en abscisse les puissances dégagées par le parc de batteries 4 et en ordonnée le rendement énergétique de l'appareil de chauffage 1. Sur ce repère sont portées une courbe 20 relative à un appareil selon l'art 15 antérieur, dans lequel le parc de batteries est séparé du corps de chauffe et dans lequel il n'existe pas de plaque de convection, et une courbe 30 relative à l'appareil 1 selon l'une ou l'autre des deux formes de réalisation décrites plus haut. Il apparaît que le rendement énergétique de l'appareil connu plafonne à environ 75% tandis que celui de l'appareil 1 selon la présente demande de brevet 20 dépasse 95%. Dans le cas de l'appareil 1 selon la troisième forme de réalisation, visible sur la figure 4, le parc de batteries 4 a une hauteur proche de son épaisseur, de sorte qu'il présente une forme en bloc allongé. Dans ce cas, le corps de chauffe 2 est situé au-dessus de ce parc 4 et à proximité de la plaque de convection 5, et la plaque 25 d'isolation thermique 3 est placée sur la face supérieure du corps de chauffe 2. Sur cette figure 4, sont en outre représentées des flèches épaisses qui représentent la circulation de l'air autour de l'appareil 1. Ainsi que cela apparaît de ce qui précède, l'appareil de chauffage 1 selon la présente invention remédie aux inconvénients des appareils homologues existants, en 30 fournissant un appareil dont la structure permet de bénéficier d'une rentabilité énergétique maximale. L'invention a été décrite plus haut en référence à des formes de réalisation fournies à titre d'exemples ; il va de soi qu'elle n'est pas limitée à ces formes de réalisation. 35 REVENDICATIONS1. Appareil de chauffage (1) comprenant un corps de chauffe (2) et des batteries (7) de stockage de l'énergie électrique, caractérisé : - en ce qu'il comprend au moins une plaque de convection (5), dont un premier 5 côté (5a) est en contact intime avec au moins un premier côté (4p) que forme le parc de batteries (4), de telle sorte qu'un échange de chaleur soit possible entre ce parc de batteries (4) et la plaque de convection (5) ; - en ce que le corps de chauffe (2) est situé en avant d'un deuxième côté (4a) du parc de batteries (4), ou au-dessus de ce parc de batteries (4), de telle sorte que de la 10 chaleur produite par le parc de batteries (4) s'ajoute à celle produite par le corps de chauffe (2) pour créer une circulation d'air autour de l'appareil (1), par convection ; - en ce que l'appareil (1) comprend une première plaque d'isolation thermique (3) placée entre le parc de batteries (4) et le corps de chauffe (2) ; et - en ce que l'appareil (1) comprend au moins un moyen (6) de fixation à une paroi 15 (100), situé sur un deuxième côté de la plaque de convection (5), opposé audit premier côté (5a) de cette plaque de convection, ce moyen de fixation (6) permettant de monter l'appareil (1) sur cette paroi (100) de telle sorte que la plaque de convection (5) soit située à distance du sol (101) et à distance de ladite paroi (100), afin qu'un écoulement d'air soit possible, par convection, au travers de l'espace (10) aménagé en dessous 20 de l'appareil (1) et de l'espace (11) aménagé entre ladite plaque de convection (5) et ladite paroi (100). 2. Appareil (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - le parc de batteries (4) présente une forme telle que la hauteur de ce parc est proche de l'épaisseur de ce parc, le parc (4) ayant ainsi la forme d'un bloc allongé ; 25 et en ce que - le corps de chauffe (2) est situé au-dessus de ce parc, et à proximité de la plaque de convection (5). 3. Appareil (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - le parc de batteries (4) présente une forme telle que la hauteur de ce parc 30 est au moins cinq fois supérieure à l'épaisseur de ce parc, le parc (4) ayant ainsi la forme d'une plaque épaisse ; et en ce que - le corps de chauffe (2) est situé sur le côté antérieur du parc de batteries (4) tandis que la plaque de convection (5) est située sur le côté postérieur de ce parc. 3044512 9 4. Appareil (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que : - le parc de batteries (4) forme une première et une deuxième faces principales (4a, 4p), opposées l'une à l'autre ; - la plaque de convection (5) s'étend le long de la première face principale (4p), et ladite première plaque d'isolation thermique (3) s'étend le long la deuxième face principale (4a) du parc de batteries (4) ; - le corps de chauffe (2) s'étend le long ladite première plaque d'isolation thermique (3), du côté de cette plaque opposé au parc de batteries (4). 5. Appareil (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite première plaque d'isolation thermique (3) s'étend contre ladite deuxième face principale (4a) du parc de batteries (4) et en ce que le corps de chauffe (2) s'étend contre cette première plaque d'isolation thermique (3). 6. Appareil (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un espace d'air (15) est aménagé entre le parc de batteries (4) et le corps de chauffe (2), et en ce que ladite première plaque d'isolation thermique (3) s'étend soit contre le parc de batteries (4) soit contre le corps de chauffe (2). 7. Appareil (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un espace d'air (15) est aménagé entre le parc de batteries (4) et le corps de chauffe (2), et en ce que l'appareil (1) comprend une deuxième plaque d'isolation thermique (16), l'une des deux plaques d'isolation thermique (16) s'étendant contre le parc de batteries (4) et l'autre de ces deux plaques d'isolation thermique (3) s'étendant contre le corps de chauffe (2). 8. Appareil (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un élément (8) d'isolation thermique placé entre la plaque de convection (5) 25 et chaque moyen de fixation (6). 9. Appareil (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une pâte de jonction est mise en place entre la plaque de convection (5) et le parc de batteries (4), afin de réaliser une liaison pleine, c'est-à-dire dépourvue d'espaces d'air, entre les surfaces de cette plaque de convection (5) et de ce parc de batteries (4) qui 30 sont mutuellement en contact. 3044512 10 10. Appareil (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la plaque de convection (5) est structurée de façon à faciliter son échange thermique avec l'air, notamment perforée et/ou pourvue d'ailettes.