Brevet FR3123419A1 — publié le 20221202

Echangeur de chaleur géothermique (1) configuré pour être enterré verticalement dans le sol caractérisé en ce qu’il comporte au moins un tube (5) d’échange thermique pour la descente d’air et au moins un tube (5) de sortie pour la remontée d’air, les tubes (5) étant agencés parallèlement les uns à côté des autres, les tubes (5) étant ouverts à leurs deux extrémités, les parois externes des tubes (5) étant destinées à être en contact avec le remblai, une tête (7) fluidiquement connectée d’une part à des premières extrémités ouvertes des tubes (5) et d’autre part à une entrée d’air et à une sortie d’air de l’échangeur (1), et un collecteur de condensats (8) comportant un réceptacle commun (13) fluidiquement connecté aux deuxièmes extrémités ouvertes des tubes (5), à la base des tubes (5). Figure d’abrégé : Figure 1 Echangeur de chaleur géothermique Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un échangeur de chaleur géothermique configuré pour être enterré verticalement dans le sol. Arrière-plan technique Un puits climatique permet de récupérer l’énergie du sous-sol pour réguler la température de l’air pouvant être insufflé dans un bâtiment, en faisant circuler l’air prélevé à l’extérieur dans un tube enterré horizontalement dans le sol, la température du sol étant très stable. Durant son passage dans le puits, l’air échange des calories ou des frigories avec le sol. L’air est ainsi utilisé comme fluide d’échange thermique avec le sol. Les puits climatiques horizontaux prennent cependant une importante empreinte au sol et nécessitent de lourds travaux de terrassement, ce qui rend leur mise en œuvre difficile. Une solution pour diminuer l’empreinte au sol consiste à utiliser des puits climatiques enfouis verticalement. La surface de terrain impactée peut ainsi être réduite à quelques mètres carrés et le volume de terre à terrasser peut également être réduit. Toutefois, pour que l’installation du puits climatique soit viable économiquement, il est nécessaire que les techniques de terrassement et de forage soient usuelles et relativement bon marché. Un des buts de la présente invention est de proposer un échangeur de chaleur géothermique vertical amélioré. A cet effet, l’invention a pour objet un échangeur de chaleur géothermique configuré pour être enterré verticalement dans le sol caractérisé en ce qu’il comporte : - au moins un tube d’échange thermique pour la descente d’air et au moins un tube de sortie pour la remontée d’air, les tubes étant agencés parallèlement les uns à côté des autres, les tubes étant ouverts à leurs deux extrémités, les parois externes des tubes étant destinées à être en contact avec un remblai, - une tête fluidiquement connectée d’une part à des premières extrémités ouvertes des tubes et d’autre part à une entrée d’air et à une sortie d’air de l’échangeur de chaleur géothermique, et - un collecteur de condensats comportant un réceptacle commun fluidiquement connecté aux deuxièmes extrémités ouvertes des tubes, à la base des tubes. La structure « en barillet » de l’échangeur de chaleur géothermique avec des tubes disposés les uns à côté des autres permet d’augmenter les surfaces d’échange entre le remblai et les tubes de descente d’air, en augmentant le nombre de tubes reçus dans une même cavité de puits, tout en permettant la récolte de l’ensemble des condensats à la base de l’échangeur par un collecteur commun. On obtient donc un débit d’air important avec un échangeur de chaleur géothermique compact permettant d’utiliser la technique de forage de type puits perdu qui est très répandue et donc maîtrisée et relativement bon marché. L’échangeur de chaleur géothermique peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prise seule ou en combinaison. L’échangeur de chaleur géothermique comporte par exemple un nombre de tubes compris entre trois et vingt. Il y a par exemple un nombre pair de tubes avec autant de tubes d’échange thermique pour la descente d’air que de tubes pour la sortie d’air. L’échangeur de chaleur géothermique peut aussi comporter moins de tubes de sortie pour la remontée d’air que de tubes d’échange thermique pour la descente d’air entrant. Il y a par exemple un seul tube de sortie de remontée d’air et plusieurs tubes d’échange thermique pour la descente d’air, par exemple entre deux et vingt. Les tubes peuvent être agencés à égale distance du centre de l’échangeur de chaleur géothermique ou ils peuvent être répartis à différentes distances du centre, par exemple de manière homogène dans le remblai. Selon un exemple d’agencement, les tubes d’échange thermique pour la descente d’air sont agencés d’un côté de l’échangeur de chaleur géothermique et les tubes de sortie pour la remontée d’air sont agencés de l’autre côté. Selon un autre exemple, il y a un tube de sortie, par exemple central, pour la sortie d’air et des tubes d’échange thermique (au moins deux) pour l’entrée d’air, périphériques au tube de sortie d’air. L’échangeur de chaleur géothermique peut présenter des dimensions s’inscrivant dans une cavité de puits de diamètre inférieur à 2m50 et de longueur inférieure à 20mètres, telle qu’inférieure à 10mètres. Les tubes d’échange thermique pour la descente d’air peuvent comporter chacun au moins une paroi de séparation interne formant au moins deux secteurs tubulaires adjacents dans le tube. La au moins une paroi de séparation est par exemple radiale. Les parois de séparation forment par exemple entre six et vingt secteurs tubulaires adjacents dans chaque tube d’échange thermique. Les parois externes des tubes d’échange thermique peuvent former des pointes longitudinales, destinées à saillir latéralement dans le remblai. Les parois externes des tubes d’échange thermique forment par exemple entre dix et vingt pointes longitudinales par tube. Les parois de séparation internes et les pointes longitudinales permettent d’augmenter les surfaces d’échange entre les tubes d’échange thermique et l’air et entre les tubes d’échange thermique et le remblai afin d’augmenter les performances thermiques de l’échangeur. Alternativement, le(s) tube(s) d’échange thermique pour l’entrée d’air peu(ven)t être un(des) cylindre(s) droit(s). Le tube de sortie pour la remontée d’air peut être un cylindre droit. Il peut présenter un diamètre supérieur à celui dans lequel s’inscrit le tube d’échange thermique pour l’entrée d’air. Les tubes sont par exemple métalliques comme en aluminium, ou peuvent être des céramiques ou encore un polyéthylène de type PEHD, afin d’assurer un bon transfert thermique entre les tubes, l’air et le remblai et afin d’être réalisés dans un matériau acceptable du point de vue sanitaire. Les tubes peuvent être réalisés par extrusion. Le collecteur de condensats peut comporter au moins un tube de nettoyage traversant la tête, une extrémité du tube de nettoyage communiquant avec un fond du réceptacle commun. Le réceptacle commun du collecteur de condensats présente par exemple une forme évasée, par exemple conique, pour guider les condensats vers le fond du réceptacle. La tête peut présenter un trou traversant de remblai pour remblayer l’échangeur de chaleur géothermique entre les tubes. La tête peut comporter une paroi centrale de séparation, par exemple radiale dans le cas d’une tête cylindrique, pour séparer un volume d’entrée d’air communiquant avec l’entrée d’air et les tubes d’échange thermique pour la descente d’air et un volume de sortie d’air communiquant avec la sortie d’air et les tubes pour la sortie d’air. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple et sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : La montre une vue en perspective d’un échangeur de chaleur géothermique. La montre une vue en perspective d’une tête de l’échangeur de chaleur géothermique de la , vue depuis la face supérieure. La montre une vue en perspective de la tête de la , vue depuis la face inférieure. La montre une vue en coupe transversale de la tête de la . La montre une vue en coupe longitudinale d’un collecteur de condensats de l’échangeur de chaleur géothermique de la . La montre une vue en coupe transversale d’un tube d’échange thermique pour la descente d’air entrant, selon une première variante de réalisation. La montre une section transversale d’un tube d’échange thermique pour la descente d’air entrant, selon une deuxième variante de réalisation. Sur toutes les figures, les mêmes éléments portent les mêmes numéros de référence. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. On définit par supérieur, inférieur, latérale, les directions relatives à un échangeur de chaleur géothermique enterré verticalement dans le sol. La direction verticale (V) et le plan horizontal (L, T) sont représentés par rapport à l’échangeur de chaleur géothermique par le trièdre (L,V, T) sur la . On entend par « en amont », un élément qui est placé avant un autre par rapport au sens de circulation de l’air. A contrario, on entend par « en aval », un élément placé après un autre par rapport au sens de circulation de l’air. On désigne par « sol » ou « sous-sol » tout ce qui entoure l’échangeur de chaleur géothermique enterré, c’est-à-dire la terre, le remblai comme le béton ou autres matériaux. Echangeur de chaleur géothermique (1) configuré pour être enterré verticalement dans le sol caractérisé en ce qu’il comporte : - au moins un tube (5) d’échange thermique pour la descente d’air et au moins un tube (5) de sortie pour la remontée d’air, les tubes (5) étant agencés parallèlement les uns à côté des autres, les tubes (5) étant ouverts à leurs deux extrémités, les parois externes des tubes (5) étant destinées à être en contact avec un remblai, - une tête (7) fluidiquement connectée d’une part à des premières extrémités ouvertes des tubes (5) et d’autre part à une entrée d’air (9) et à une sortie d’air (10) de l’échangeur de chaleur géothermique (1), et - un collecteur de condensats (8) comportant un réceptacle commun (13) fluidiquement connecté aux deuxièmes extrémités ouvertes des tubes (5), à la base des tubes (5). Echangeur de chaleur géothermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte un nombre de tubes (5) compris entre trois et vingt. Echangeur de chaleur géothermique (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il présente des dimensions s’inscrivant dans une cavité de puits de diamètre inférieur à 2m50 et de longueur inférieure à 20 mètres, telle qu’inférieure à 10 mètres. Echangeur de chaleur géothermique (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes d’échange thermique (5) pour la descente d’air comportent chacun au moins une paroi de séparation (21) interne formant au moins deux secteurs tubulaires adjacents dans le tube (5). Echangeur de chaleur géothermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la au moins une paroi de séparation (21) est radiale. Echangeur de chaleur géothermique (1) selon l’une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les parois de séparation (21) forment entre six et vingt secteurs tubulaires adjacents dans chaque tube (5). Echangeur de chaleur géothermique (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois externes des tubes d’échange thermique (5) forment des pointes longitudinales (22), destinées à saillir latéralement dans le remblai. Echangeur de chaleur géothermique (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les parois externes des tubes d’échange thermique (5) forment entre dix et vingt pointes longitudinales (22) par tube (5). Echangeur de chaleur géothermique (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes (5) sont réalisés par extrusion. Echangeur de chaleur géothermique (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collecteur de condensats (8) comporte au moins un tube de nettoyage (15) traversant la tête (7), une extrémité du tube de nettoyage (15) communiquant avec un fond du réceptacle commun (13). Echangeur de chaleur géothermique (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête (7) présente un trou traversant de remblai (12) pour remblayer l’échangeur de chaleur géothermique (1) entre les tubes (5). Echangeur de chaleur géothermique (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête (7) comporte une paroi centrale de séparation (16) pour séparer un volume d’entrée d’air communiquant avec l’entrée d’air (9) et les tubes (5) d’échange thermique pour la descente d’air et un volume de sortie d’air communiquant avec la sortie d’air (10) et les tubes (5) pour la sortie d’air.