Brevet FR3078387A1 — publié le 20190830

DESCRIPTION Cette invention concerne un complexe de traitement d'air avec PAC (pompes à chaleur) conçue pour prélever ou transmettre des calories ou des frigories dans un milieu gazeux, liquide, terreux, et à les transmettre ou à les prélever dans un autre milieu gazeux, liquide, terreux, avec un renouvellement et un traitement complet de l'air, un filtrage, un traitement bioclimatique et biocide, afin d'y créer une ambiance saine et de grand confort, économiquement, en sécurité et en complète autonomie. Les PAC existantes Aérothermiques, Géothermiques, Aquathermiques, prélèvent les calories exclusivement, soit dans l'air, dans la terre, dans l'eau, jamais dans plusieurs milieux simultanément ou en alternance avec la même machine. Les PAC Aérothermiques (captage des calories dans l'air extérieur) leur puissance et leur COP (Coefficient de performance) est satisfaisant par des températures très positives, par contre leurs performances baissent fortement quand la température de l'air extérieur diminue, pour avoisiner un COP nul et une baisse très importante de leur puissance par températures négatives, par contre inversement les besoins de chauffage augmentent fortement, leur puissance ne suffit plus, et leur fonctionnement n'est plus économique. Les points faibles de cette PAC sont, la baisse de sa puissance et du COP, et le dégivrage. Le dégivrage des PAC aérothermiques existantes se fait en inversant le cycle, l'évaporateur devenant le condenseur et inversement, le dégivrage se fait en prélevant des calories dans l'ambiance à chauffer par l'intermédiaire de l'échangeur interne, pendant le dégivrage on refroidit donc au lieu de chauffer, tout en consommant de l'énergie car le compresseur fonctionne, ces Changements brutaux de pressions et de températures à répétitions, finissent par détruire les performances des échangeurs, du compresseur, et à terme leur vie, ce système est très bruyant au niveau de l'échangeur interne, à chaque double inversion (changement brutal de pression) Les PAC Aérothermiques sont. Soit Air/ Air, prise de calories dans l'air extérieur, et restitution par air pulsé dans l'ambiance à Chauffer. Soit ou Air/Eau, prise de calories dans l'air extérieur, et restitution dans l'eau de chauffage. Les PAC Géothermiques (captage des calories par un réseau de tubes enterrés horizontalement ou verticalement) ont une puissance et un COP qui est également satisfaisant pour des températures de la terre en début de campagne avoisinant les 10/12 °C, celle-ci diminuant lentement et parfois fortement au cours de la saison de chauffe, dès l'instant ou elle ne dure pas trop longtemps la puissance et le COP se maintient à une valeur acceptable, quand la demande de chauffage dure longtemps et devient importante la terre gèle au pourtour des tubes faisant office d'isolant, la performance de cette PAC ne permet plus d'assurer un chauffage suffisant et économique. Les points faibles de cette PAC sont, la baisse de sa puissance, et du COP. Les PAC Géothermiques sont. Soit Eau/Air, prise de calories dans le sol, et restitution par air pulsé dans l'ambiance à chauffer. Soit Eau/Eau, prise de calories dans le sol, et restitution dans l'eau de chauffage. 2 DESCRIPTION Les PAC Aquathermiques (captage des calories dans l'eau d'un forage) ont une puissance et un COP pratiquement constant et très supérieur aux deux autres, car la température de la terre varie peu au cours des saisons. Les points faibles de cette PAC sont, les difficultés d'implantation et un coût nettement plus élevé 5 Les PAC Aquathermiques sont. Soit Eau/Air, prise de calories dans l'eau d'un forage, et restitution dans l'ambiance à chauffer par air pulsé. Soit Eau/Eau, prise de calories dans l'eau d'un forage, et restitution dans l'eau de chauffage. Les CTA (caissons de traitement d'air) soit ils réchauffent, ou ils refroidissent, jamais les deux 10 Simultanément ou en alternance, ils ne renouvellent pas l'air des locaux, ne rectifient pas le taux D'hygrométrie et de CO2 avec un traitement BIOCIDE, alliés à la PAC ces éléments disparates ne chauffent pas l'ECS (Eau chaude sanitaire) avec le même équipement, et la même machine. La présente invention gérée par API (automate programmable industriel) et piloté par un programme spécifique, remplace à elle seule les trois types de PAC décris précédemment, et 15 remplis toutes les fonctions permettant avec la même machine d'obtenir des conditions climatiques optimum, simultanément ou en alternance, en sécurité et économiquement. Le dégivrage de l'évaporateur se faisant par circulation du liquide caloporteur commun dans le tube central (3) de l'échangeur évaporateur (figure 2), ces calories proviennent soit des eaux usées, du stockage, ou de l'échangeur sous terrain, ce type de dégivrage est plus rapide, plus 20 efficace, moins énergivore le compresseur étant à l'arrêt, et ne met pas en péril les échangeurs et le compresseur, et silencieusement. En fonction des paramètres qu'il reçoit des divers capteurs, correspondant aux conditions climatiques extérieures ou intérieures des milieux ambiants, l'API qui gère en permanence le COP et la puissance, choisi le fonctionnement énergétique le mieux adapté, Aérothermique, 25 Géothermique, Aquathermique, les récupérations, ou les stockages, simultanément ou en alternance, ce pilotage permet d'assurer en permanence une performance maximale. La partie PAC de l'invention alliée aux périphériques décris, de par sa conception permet de remplir toutes les conditions requises pour chauffer ou climatiser en Air/Air, Air/Eau, Eau/Air, Eau/Eau, c'est-à-dire qu'elle est à la fois une PAC Aérothermique, Géothermique et Aquathermique en une 30 seule et même machine, en toutes circonstances son COP égale ou est supérieur au COP de la PAC Aquathermique, qui est de loin la plus performante des trois PAC du marché actuel. La PAC Hybride réversible &Polyvalente de cette invention est conçue pour prélever ou transmettre des calories, dans l'air extérieur et intérieur, dans les eaux usées ou de rejets, dans la terre, dans l'eau d'un forage, une pièce d'eau, avec ou sans stockage, simultanément ou en alternance, en 35 fonction de la demande de l'API, et chauffe l'ECS (eau chaude sanitaire) a 65°C par les gaz chaud générés par la haute pression du compresseur de la PAC, avec ou sans appoints électriques, avec le même équipement, et la même machine. 3 DESCRIPTION Le CTA unique ventilé de traitement d'air extrait l'air pollué, fait véhiculer de l'air neuf après filtrage, le réchauffe, le refroidi par PAC, ou par Géocooling (eau froide Géothermique), ou par Free Cooling (air froid extérieur) rectifie le taux d'humidité, le taux de CO2, élimine les odeurs, polluants, champignons, germes, bactéries et virus par un traitement biocide, afin d'obtenir une 5 ambiance saine et de grands conforts, ce caisson est de préférence circulaire, mais il peut être de forme différente carré ou rectangulaire en fonction de l'application, des conditions d'installation, de la puissance de l'installation, et du type de ventilateurs employés. Quand la quantité de calories ou de frigories provenant des sources décrites, est supérieure aux besoins exprimés cet excédent est stocké dans des modules a changement de phase pour en 10 augmenter la capacité, et est donc immédiatement disponible quand les conditions climatiques extérieures sont moins favorables, ou en cas d'insuffisance momentanée. Les échangeurs polyvalents de transferts ou de récupération de calories, de refroidissement et de chauffage ventilés ou statiques, sont des échangeurs à double tubes, comportant un tube (1) à ailettes (2) avec a l'intérieur de celui-ci un tube lisse (3) ou avec ailettes (4) concentrique où 15 excentré, un orifice d'entrée et de sortie du fluide frigorigène (5-7) un orifice d'entrée et de sortie du fluide caloporteur (6-8) (figure 2) ils peuvent échanger des calories dans un flux gazeux ambiant ou confiné, et ou liquide, simultanément ou en alternance, l'air étant en contact avec les ailettes (2) du tube (1) le fluide frigorigène circulant entre les tubes (1-3) le liquide caloporteur circulant à l'intérieur du tube (3) ils sont de base et de préférence circulaires et spiroïdaux, mais peuvent être 20 de toutes architectures adaptées au dispositif, tout en ayant les mêmes caractéristiques techniques de fonctionnement et d'applications, ces échangeurs spécifiques et polyvalents, peuvent également être employés en réfrigération, congélation, ou pour toutes autres applications de climatisations et chauffage. La distribution de l'air de renouvellement, de transfert ou de rejet par ventilateurs, est canalisée 25 dans la bonne direction par des volets motorisés, la partie hydraulique par vannes électriques multivoies, piloté par API en fonction du programme établi au cas par cas, afin de réaliser les différentes phases du processus. L'équipement comporte un module de réserve de froid statique autonome de secours, d'une capacité capable de maintenir les températures de refroidissement, en cas de panne où 30 d'insuffisance momentanée de la partie PAC ou de l'alimentation électrique, pendant le temps nécessaire pour la remise en fonctionnement performant de l'équipement thermodynamique ou électrique. L'équipement de base étant alimenté par des panneaux solaires photovoltaïques et ou une éolienne, il est doté d'un stockage d'énergie électrique permettant de fonctionner la nuit sur le 35 stockage et ou sur l'éolienne, ou sans aucun stockage avec injection des Kilowatts générés dans le circuit EDF, les panneaux photovoltaïques sont dotés d'une récupération de l'énergie calorifique générée par ces panneaux, et un stockage par accumulation de calories ou frigories à l'aide de modules de liquide à changement de phases, installé en sous terrain ou en surface. Pour certains applications, l'équipement peut être alimenté uniquement par le réseau EDF, dans ce 40 cas également il est doté d'un stockage d'énergie électrique d'une capacité capable de permettre de fonctionner avec l'énergie au tarif Heure creuse dans la journée. 4 DESCRIPTION La fonctionnalité et la modularité de cet équipement permet de n'installer en priorité que les éléments essentiels aux besoins exprimés au moment de l'étude, et de satisfaire aux attentes des clients, mais pouvant être complétés facilement par la suite sans modifications de la partie déjà installée, les divers raccordements nécessaires aux extensions étant en attentes et prévus dès la 5 conception afin de répondre aux impératifs indispensables à un équipement performant et de qualité, et ceci dans l'éventualité d'une installation en plusieurs phases. Ce complexe unique de climatisation traitant tous les composants de l'air ambiant des diverses constructions ou il serait installé, de par ses qualités et ses performances intrinsèques exceptionnelles en toutes saisons, son autonomie, sa polyvalence, a sa place dans tous types de 10 constructions habitées, ou d'applications tertiaires et industrielles. Et en particulier, comme étant essentiel dans le contrôle et le maintien d'ambiances saines et de grand confort comme les habitations de personnes âgées, les maisons de retraites, les cliniques, hôpitaux, dans les salles à atmosphère contrôlées, dans les applications de conservation de produits délicats et très fragiles. 15 Cet équipement compte tenu de ses performances et de son haut niveau de sécurité, convient parfaitement dans le maintiens des températures et à la récupération des énergies dans les installations de Data Center. Cette PAC Hybride - réversible et Polyvalente, est unique, très performante, pérenne et écologique car fonctionnant avec les fluides frigorigènes naturels, R744 (CO2) R290 20 (Propane) R717 (Ammoniac). La figure 1 illustre schématiquement l'ensemble de l'équipement de l'invention et ses composants Les panneaux solaires (1) L'éolienne (2) La source d'électricité EDF (3) Le stockage d'électricité (4) l'armoire électrique avec API de régulation et de télégestion (5) Récupération d'énergies sur les panneaux solaires (6) pompe a chaleur Hybride (7) Récupération de calories sur les eaux usées (8) 25 Prise de calories sur l'air extérieur (9) prise de calories sur géothermie (10) stockage par accumulation de calories (11) stockage par accumulation de frigories (12) CTA de climatisation par air pulsé (13) Chauffage par plancher chauffant ou ventilos convecteurs (14) le ballon d'ECS (15) stock de frigories statique (16) La figure 2 illustre schématiquement un des échangeurs à ailettes à double tubes (présenté en 30 élément droit non cintré et spiralé pour plus de clarté). Le tube à ailettes extérieur (1-2) ailettes du tube extérieur (2) le tube intérieur lisse (3) ou à ailettes (3-4) ailettes du tube intérieur si présentes (4) entrée et sortie du fluide frigorigène(5-7) entrée et sortie du fluide caloporteur (6-8). 5 REVENDICATIONS(1/ Complexe de traitement de l'air ambiant dans tous ses composants par CTA unique, comprenant, une PAC Hybride réversible et polyvalente, fonctionnant en Aérothermique, Géothermique et Aquathermique, simultanément ou en alternance, des échangeurs polyvalents double tubes, un module biocide spécifique, une régulation par API piloté par des programmes spécifiques, associée à des stockages de calories et de frigories par modules à changement de phases, un module de réserve de froid statique de secours, un ballon d'ECS, des récupérateurs d'énergies sur les eaux usées et Géothermiques et Aquathermiques, une source électrique par panneaux solaires photovoltaïques et une éolienne, et un stockages d'énergies électrique. (2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce complexe comporte une PAC 10 Hybride réversible et polyvalente puisant les calories et ou les frigories ou les restituant en Aérothermie, Géothermie, Aquathermie, avec la même et unique machine, ces phases cycliques se faisant simultanément ou en alternance, en fonction du programme spécifique de l'API. (3) Dispositif selon la revendication 1-2, caractérisé en ce que le processus de dégivrage ne se fait pas par inversion du cycle frigorifique, mais par le passage d'un fluide caloporteur dans le tube 15 central de l'échangeur évaporateur, ces calories provenant des diverses sources stockées. (4) Dispositif selon la revendication 1-2-3, caractérisé en ce qu'il possède et fonctionne avec des échangeurs à ailettes polyvalents à double tubes ventilés ou statiques (1-2-3-4-5-6-7-8 figure 2) pour la récupération ou le transfert de calories ou frigories par fluide gazeux ou liquide, Aérauliquement et ou hydrauliquement, en fonction du programme spécifique de l'API. 20 (5) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en qu'il possède un élément BIOCIDE de traitement des ambiances, pour l'élimination des polluants, odeurs, champignons, germes, bactéries, virus, filtration et rectification du taux d'humidité et de CO2 de l'air ambiant, en fonction du programme spécifique de l'API. (6) Dispositif selon la revendication 1-2-3-4, caractérisé en ce qu'il possède un ballon d'ECS 25 thermodynamique d'eau à 65°C, chauffé par les gaz de refoulement du compresseur de la PAC, avec ou sans appoint électrique. (7) Dispositif selon la revendication 1-2-3-4, caractérisé en ce qu'il possède des stockages de calories ou de frigories, sous forme de modules à changement de phase, enterré ou en surface, fonctionnant en accumulation ou déstockage, en fonction du programme spécifique de l'API. 30 (8) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il possède un module statique de Froid autonome dont la mise en oeuvre est permise grâce au stockage électrique, destiné à pallier un besoin de refroidissement exceptionnel, a une panne de l'alimentation électrique, ou de la PAC. (9) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il possède une source électrique autonome, sous forme de panneaux solaires photovoltaïques et une éolienne, et un 35 stockage d'énergies électrique, ce stockage permettant d'accumuler également pendant les heures creuses EDF, en fonction du programme spécifique de l'API. 6 REVENDICATIONS (10) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il possède des récupérateurs de calories sur les eaux usées, le refroidissement des panneaux solaires photovoltaïques, l'air ambiant extérieur, l'air extrait, un module enterré et sur un forage d'eau. (11) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il renouvelle après 5 filtrage l'air ambiant des constructions ou tout autres volumes, le réchauffe par PAC, par la récupération d'énergies ou le stockage, ou le refroidis par PAC, par Géocooling ou Free-Cooling , Simultanément ou en alternance, en fonction du programme spécifique de l'API. (12) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que ce complexe possède un CTA unique de ventilation et de traitement de l'air ambiant, et y étant incorporé la PAC réversible Hybride et polyvalente, et les éléments décris tel que, filtres, ventilateurs, volets motorisés, échangeurs, élément Biocide, conduits de reprise et de distribution, et leurs accessoires. Associée à des stockages de calories et de frigories par modules à changement de phases, un module de réserve de froid statique de secours, un ballon d'ECS, des récupérateurs d'énergies sur les eaux usées et Géothermiques et Aquathermiques, une source électrique par panneaux solaires photovoltaïques et une éolienne, et un stockages d'énergies électrique. 6 REVENDICATIONS (10) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il possède des récupérateurs de calories sur les eaux usées, le refroidissement des panneaux solaires photovoltaïques, l'air ambiant extérieur, l'air extrait, un module enterré et sur un forage d'eau. (11) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il renouvelle après 5 filtrage l'air ambiant des constructions ou tout autres volumes, le réchauffe par PAC, par la récupération d'énergies ou le stockage, ou le refroidis par PAC, par Géocooling ou Free-Cooling , Simultanément ou en alternance, en fonction du programme spécifique de l'API. (12) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que ce complexe possède un CTA unique de ventilation et de traitement de l'air ambiant, et y étant incorporé la PAC 10 réversible Hybride et polyvalente, et les éléments décris tel que, filtres, ventilateurs, volets motorisés, échangeurs, élément Biocide, conduits de reprise et de distribution, et leurs accessoires. Associée à des stockages de calories et de frigories par modules à changement de phases, un module de réserve de froid statique de secours, un ballon d'ECS, des récupérateurs d'énergies sur les eaux usées et Géothermiques et Aquathermiques, une source électrique par 15 panneaux solaires photovoltaïques et une éolienne, et un stockages d'énergies électrique.