Brevet FR3093555A1 — publié le 20200911

Description Titre de l'invention : Canal de circulation d'air en double flux, notamment pour installation de chauffage d'eau [0001] La présente invention concerne le domaine des équipements en relation avec la cir- culation de fluides gazeux, notamment d'air, en particulier dans un contexte de transfert de calories entre deux milieux, et a pour objets un canal de circulation d'air en double flux inversé (deux flux parallèles de sens opposés) et une installation de chauffage d'eau comprenant un tel canal. [0002] De nombreuses réalisations de conduits de circulation d'air sont déjà connus dans l'état de la technique, en particulier des arrangements dc deux conduits pour assurer une circulation d'air bidirectionnelle entre une enceinte fermée et le milieu extérieur, à travers une paroi, telle qu'un mur, l'enceinte étant disposée dans un local, par exemple d'une habitation ou d'un immeuble. [0003] Il est également connu de regrouper les deux conduits côte à côte ou de les arranger de manière concentrique pour constituer un canal et ainsi ne nécessiter qu'un seul trou pour traverser la paroi considérée, préférentiellement de dimension réduite et avantageusement dc forme circulaire. [0004] Toutefois, dans les réalisations à double flux antagonistes connues, les phénomènes de condensation liés à de possibles différences de températures notables entre l'air entrant et l'air sortant et accentués par une consistance métallique des deux conduits accolés, n'ont pas été considérés de manière pertinente. [0005] En outre, il existe une demande pour une optimisation de la circulation de l'air au niveau des deux extrémités des conduits et à travers ces derniers, résultant le cas échéant en une aggravation des phénomènes de condensation précités. [0006] Lc but principal de l'invention est de fournir une solution au problème complexe précité. [0007] A cet effet, l'invention a pour objet un canal de circulation d'air en double flux, en particulier canal d'aspiration et d'évacuation d'air pour module de pompe à chaleur, notamment d'une installation dc chauffage d'eau, canal caractérisé en ce qu'il comprend deux conduits en un matériau à faible conduction thermique, juxtaposés longitudinalement côte à côte, assemblés mutuellement et dont chacun est équipé à ses extrémités opposées de structures aérauliques spécifiques dirigeant les flux d'air entrant et sortant, et en ce que les deux conduits sont assemblés mutuellement avec formation ou interposition d'au moins une couche thermiquement isolante entre eux. [0008] L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des 2 modes de réalisation préférés, donné à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : [0009] [fig.1] est une représentation schématique en élévation latérale et en coupe d'une installation de chauffage d'eau comprenant un canal de circulation d'air selon l'invention ; [0010] [fig.2] est une représentation partielle de dessus d'un module de pompe à chaleur associé à un canal de circulation d'air selon l'invention et faisant partie d'une installation de chauffage d'eau selon l'invention ; [0011] [fig.3] est une vue partielle et en perspective de la section courante d'un canal de circulation d'air selon un premier mode de réalisation de l'invention ; [0012] [fig.4] est une vue de dessus d'un canal de circulation d'air selon un second mode de réa- lisation de l'invention ; [0013] [fig.5] est une vue en coupe et partiellement éclatée des canaux des figures 3 et 4 ; [0014] [fig.6] est une vue éclatée en perspective d'un canal à structure modulaire en accord avec le second mode de réalisation de l'invention ; [0015] [fig.7A] et [0016] [fig.7B] sont respectivement des vues en perspective et en coupe longitudinale d'une structure aéraulique reliant la sortie de la turbine (soufflante) du module de pompe à chaleur de l'installation de chauffage d'eau au canal de circulation d'air selon l'invention ; [0017] [fig.8] est une vue en coupe d'une structure aéraulique sous forme de grille équipant l'extrémité extérieure du canal de circulation d'air selon l'invention, et, [0018] [fig.9] est une représentation schématique partielle illustrant le montage de structures aé- rauliques selon la figure 8 sur les ouvertures extérieures des deux conduits formant le canal de circulation d'air représenté sur l'une quelconque des figures 1 à 4. [0019] Les figures 1 à 6 illustrent toutes un canal 1 de circulation d'air en double flux inversé, en particulier canal d'aspiration et d'évacuation d'air pour module de pompe à chaleur 2, notamment d'une installation 3 de chauffage d'eau. [0020] Conformément à l'invention, le canal 1 comprend deux conduits 4 et 4' en un matériau à faible conduction thermique, juxtaposés longitudinalement côte à côte, 3 assemblés mutuellement et dont chacun est équipé à ses extrémités opposées de structures aérauliques 5, 5', 6, 6' spécifiques dirigeant les flux d'air entrant FE et sortant FS, et les deux conduits 4 et 4' sont assemblés mutuellement avec formation ou interposition d'au moins une couche 7 thermiqucment isolante entre eux. Cette couche 7 peut être matérielle ou être constituée par une lame d'air. [0021] En prévoyant des structures aérauliques 5, 5', 6, 6' qui font la jonction entre les conduits 4, 4' et les deux milieux MI et ME et qui sont spécifiquement adaptées, d'une part, aux sens de circulation des flux d'air (entrant/sortant) au niveau des différentes extrémités de conduits 4, 4' et, d'autre part, à l'environnement alentour, le transfert desdits flux dans le et en dehors du canal 1 est optimisé, ainsi que leur interaction avec d'éventuels dispositifs aérauliques environnants, tel que par exemple un ensemble évaporateur 15/soufflante 12 d'un module de pompe à chaleur 2. [0022] En outre, en prévoyant une couche thermiquemcnt isolante 7 entre les deux conduits 4 et 4', en plus de leur matériau constitutif faiblement conducteur, il est possible de prévenir tout phénomène de condensation en cas de différences de température notables entre les flux d'air opposés FE et ES, ce en dépit d'un débit important et d'un accolement intime des deux conduits 4 et 4' entre eux (pour une dimension en section la plus faible possible). [0023] Avantageusement, et en vue d'une réalisation constructive simple et limitée en nombre de composantes constitutives, les portions de paroi 8, 8' des deux conduits 4 et 4', mutuellement en regard et assemblées entre elles tout le long du canal 1, sont configurées pour délimiter par coopération une chambre creuse 7', mitoyenne des volumes internes des passages des deux conduits 4 et 4' juxtaposés. [0024] Bien que d'autres formes (par exemple carrée ou rectangulaire) puissent être en- visagées, le canal 1 présente préférentiellement extérieurement une forme cylindrique circulaire et chacun des deux conduits 4 et 4' constitutifs dudit canal 1 présente en section une forme en D, l'assemblage des deux conduits 4 et 4' au niveau de leurs portions de parois 8, 8' planes respectives créant par coopération une chambre mitoyenne 7' à volume parallélépipédique, allongée dans la direction longitudinale DL du canal 1. [0025] Chaque portion de paroi 8, 8' peut par exemple comporter des nervures ou des rebords de configurations mutuellement complémentaires formant par assemblage ladite chambre 7'. [0026] Ainsi, selon une caractéristique bénéfique de l'invention, la couche isolante 7 est constituée par la chambre creuse mitoyenne 7', sensiblement hermétiquement étanche (donc apte à renfermer une lame d'air) et/ou logeant un matériau 7" à propriétés d'isolation thermique, notamment alvéolaire ou fibreux. [0027] Par conséquent, la chambre 7', ménagée entre les deux conduits 4 et 4' intimement accolés entre eux par leur portions de parois planes 8, 8' respectives (par exemple par contact linéaire le long de bords en regard), et limitant les ponts thermiques entre les passages de ces deux conduits, peut être vide (couche isolante 7 = lame d'air) ou alors être partiellement ou totalement remplie d'un matériau. [0028] Cette chambre 7' peut aussi servir de goulotte pour le passage de fils ou de câbles électriques pour la transmission de signaux de mesure (capteurs extérieurs), de commande (volets de grilles mobiles) ou d'alimentation. [0029] La liaison d'assemblage entre les deux conduits 4 et 4' peut être continue ou discrète le long des bords en contact selon la direction longitudinale DL et être de nature diverse (adhésive, matière, mécanique, ...). [0030] Toutefois selon une caractéristique favorable de l'invention, et comme le montrent les figures 2 à 5, chacun des deux conduits 4, 4' est pourvu de moyens 9 d'assemblage mécanique, préférentiellement par enclenchement élastique, tels des clips, aptes et destinés à coopérer avec des moyens complémentaires 9', tels que des sites d'accrochage (par exemple une rainure, un cran, etc.), de l'autre conduit 4' ou 4. Ces moyens d'assemblage 9, 9' sont ainsi intégrés aux conduits 4, 4'et venus de fabrication. [0031] Bien entendu chaque conduit 4, 4' peut présenter une constitution monobloc comme le montre par exemple la figure 3. Ils sont alors avantageusement obtenus par extrusion. [0032] Toutefois, de manière avantageuse, et comme le montrent les figures 4 et 6, chaque conduit 4, 4' présente une structure modulaire et est constitué par au moins deux parties de conduits 4" élémentaires, aboutantes longitudinalement et reliées entre elles pour assurer une continuité du passage dans le conduit considéré 4 ou 4', les parties de conduit élémentaires modulaires 4" étant toutes identiques, ou présentant éventuellement des longueurs différentes. [0033] Les parties de conduits 4" élémentaires sont par conséquent assemblées longitudi- nalement (par exemple par emboîtement, collage, clipsage, ...) pour constituer par alignement aboutant un des conduits 4 et 4', puis transversalement pour assembler les deux conduits en regard. Le cas échéant, les parties 4" peuvent toutes être identiques, les deux conduits 4, 4' étant alors formés de parties 4" arrangées tête-bêche avant leur assemblage mutuel. [0034] Préférentiellement, chaque conduit 4, 4', ou chaque partie de conduit élémentaire 4", est réalisé(e) en un matériau polymère en tant que pièce injectée ou extrudée. [0035] Comme le montrent les figures 1, 2, 4, 7, et 9 notamment, le canal 1 présente avanta- geusement une première extrémité 1' configurée et équipée pour au moins partiellement contrôler les échanges gazeux des deux conduits 4 et 4' avec un premier milieu ME, par exemple le milieu extérieur, et une seconde extrémité opposée 1" configurée et équipée pour au moins partiellement contrôler les échanges gazeux des deux conduits 4, 4' avec un second milieu MI, par exemple un milieu intérieur, notamment une enceinte 2' d'un module 2 de pompe à chaleur. Ces deux conduits 4 et 4' relient fluidiquement les deux milieux ME, MI avec des sens de circulation opposés et les deux extrémités opposées respectives de chaque conduit 4, 4' sont pourvues de structures aérauliques spécifiques 5, 5', 6, 6' influençant l'injection ou l'éjection de l'air, notamment en ternies d'orientation. [0036] Afin de limiter, voire de supprimer, les phénomènes de recirculation d'air au niveau du premier milieu ME, il peut être prévu, qu'au niveau de la première extrémité 1' dudit canal 1, le conduit 4' destiné à acheminer l'air du second milieu MI vers le premier milieu ME s'étende vers l'extérieur au-delà de l'autre conduit 4 (figure 4). Autrement dit, le conduit 4' est plus long d'une valeur D par rapport au conduit 4, du côté du milieu ME. [0037] Selon une autre caractéristique de l'invention, et comme l'illustrent les figures 8 et 9, les ouvertures 10, 10' des deux conduits 4 et 4' situées au niveau de la première extrémité 1 du canal 1 sont équipées de structures aérauliques 5, 5' définissant des directions de passage des flux FE et FS divergentes entre elles, par exemple des grilles à ailettes inclinées selon des orientations divergentes ou des manchons incurvés selon des orientations différentes, afin de pallier avantageusement le phénomène de recirculation d'air et d'optimiser le gain en calories. [0038] Les deux grilles 5 et 5' sont par exemple montées par emboîtement avec blocage dans les ouvertures extérieures 10 et 10' des conduits 4 et 4'. Compte tenu de leur orientation tête-bêche, ces grilles peuvent le cas échéant être identiques. Les deux grilles 5, 5' précitées peuvent être remplacées par une grille monobloc si les ouvertures 10 et 10' sont au même niveau. [0039] Avantageusement, l'ouverture de sortie 11 du conduit 4 destiné à acheminer de l'air du premier milieu ME vers le second milieu MI, située au niveau de la seconde extrémité 1" du canal 1, est pourvue d'au moins une structure déflectrice 6 pour le flux sortant, avantageusement sous forme d'aile(s) (cf figures 1 et 2). [0040] Cette aile 6 peut, le cas échéant, faire partie intégrante d'une garniture ou d'un manchon réalisant l'étanchéité du passage du canal 1 dans une ouverture correspondante de l'enceinte 2' délimitant un milieu intérieur MI. [0041] Conformément à une caractéristique additionnelle de l'invention, ressortant des figures 1, 2 et 7, l'ouverture d'entrée 11' du conduit 4' destiné à acheminer de l'air du second milieu MI vers le premier milieu ME, située au niveau de la seconde extrémité 1" du canal 1, est pourvue d'un manchon 6' concentrateur de flux, préférentiellement configure pour être relié à la sortie d'une soufflante 12. Ce manchon 6' est éventuellement pourvu d'une aile déflectrice 13 sur sa face extérieure exposée au flux 6 sortant de l'ouverture de sortie 11 du conduit 4 destiné à acheminer de l'air du premier ME vers le second milieu MI, formant le cas échéant une sortie évasée avec une formation complémentaire 6. [0042] L'aile 13 en association avec l'aile 6 fournissent une structure aéraulique directrice et diffusante, dirigeant le flux FE sortant du conduit 4 vers l'évaporateur 15, ce de manière homogène en terme de répartition du flux et en couvrant toute la surface des canaux de l'évaporateur (efficacité optimale). [0043] Comme le montrent les figures 1 et 2, l'ensemble évaporateur/soufflante du module de pompe à chaleur 2 est monté dans un boîtier à plusieurs compartiments à savoir, un premier compartiment logeant l'évaporateur 15, un second compartiment de transition concentrant le flux traversant l'évaporateur 15 et l'amenant dans un troisième compartiment logeant la soufflante 12 dont la sortie est raccordée au manchon 6'. [0044] L'invention a également pour objet, comme le montrent les figures 1 et 2, une ins- tallation de chauffage d'eau 3 comprenant essentiellement, d'une part, un module 2 de pompe à chaleur et, d'autre part, un réservoir de stockage d'eau 14, préférentiellement thermiquement isolé, le module 2 précité comprenant un ensemble évaporateur 1 5/s o uffl ante 12 logé dans une enceinte 2' fermée, ladite enceinte 2' formant un milieu intérieur MI étant reliée par un canal de circulation d'air à double flux inversé au milieu extérieur ME. [0045] Cette installation 3 est caractérisée en ce que le canal de circulation d'air consiste en un canal de circulation d'air 1 tel que décrit ci-dessus, ledit canal 1 traversant également au moins une paroi 16, notamment un mur, au niveau d'un trou 16' débouchant sur l'environnement extérieur. [0046] L'installation 1 peut consister en un chauffe-eau thermodynamique en configuration monobloc ou en configuration splittée, c'est-à-dire que le réservoir de stockage 14 et le module pompe à chaleur 2 sont distants dans la même pièce ou sont localisés dans des pièces différentes. Dans les deux cas de figure, l'alimentation en calories de la pompe à chaleur 2 se fera par l'acheminement et l'évacuation de l'air au travers des conduits 4, 4' assemblés intimement côte à côte pour former un canal 1 à passages parallèles. [0047] L'évaporateur 15 peut par exemple consister en un échangeur de chaleur air/fluide frigorigène, l'enceinte 2' du module 2, alimentée par le conduit 4, formant compartiment d'aspiration pour l'ensemble évaporateur15/souftlante 12. [0048] Avantageusement, les structures aérauliques 6, 6' équipant la seconde extrémité in- térieure 1'' du canal 1 sont configurées pour assurer une concentration du flux entrant, provenant de la soufflante 12, et une diffusion dirigée du flux sortant FE vers l'entrée de l'ensemble évaporateur 15/soufflante 12. [0049] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et re- présentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du 7 point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]