Brevet FR3162504A1 — publié le 20251128

L'invention réalise un générateur d’eau atmosphérique et d’air froid d’intérieur pour atteindre en zone tropicale l’autosuffisance en air pur et eau potable frais à moindre cout énergétique et financier à l’intérieur, au moyens - d’un générateur d’eau atmosphérique split incomplet car sans compresseur ni condenseur, - de sa connexion à un l’unité extérieure d’un climatiseur split par exemple préexistant pour évacuer la chaleur latente de condensation et diffuser à l’intérieur la fraicheur de l’évaporateur assurant la condensation. - de son entrée d’air par laquelle transite tout l’air atmosphérique tropical humide aérant le logement Figure pour l’abrégé: Figure 1 Générateur split intérieur d’eau atmosphérique potable et d’air stérile, abondants et frais. Le domaine de l‘invention est l’équipement électroménager domestique amovible installé par un professionnel ou un particulier bricoleur, et qui nécessite d’être branché autrement que seulement électriquement. Cette catégorie inclut par exemple un four à gaz, une machine à laver, un lavabo, un filtre à eau, une hotte d’évacuation des vapeurs de cuisine, un climatiseur split mural. Ils sont livrés complets, font éventuellement l’objet d’une propriété industrielle indépendante, mais ne sont fonctionnels qu’après être connectés respectivement au réseau de gaz, au réseau d’eau, à un évent d’évacuation, à un circuit de réfrigération. Le domaine de l’invention exclut les climatiseurs et chauffages centralisés commerciaux (HVAC) qui sont fonctionnels et intégrés dés la construction, font circuler de l’air climatisé dans des conduits volumineux, sont inamovibles et finalement peu adaptables à certaines circonstances critiques comme une épidémie. L’invention est complète mais fonctionnelle seulement après connexion électrique, à un évent d’aération et au circuit de réfrigération d’une unité externe de climatiseur split. Champ d’application : Les espaces intérieurs climatisés, logements, bureaux, commerces, usines, salles de sport et de concert, administrations et hôpitaux des zones au climat tropical, chaud et humide, mal desservis en eau potable par le réseau municipal. Dans la suite de la description, ces espaces sont appelés logements est sont arbitrairement quantifiés en espaces individuels de 36 m² et 100 m 3 en moyenne. Problème posé : D’après l’OMS chaque individu des tropiques a besoin de 150L d’eau potable par jour pour pallier un réseau municipal défaillant ou pollué. Il a besoin en particulier d’une solution alternative à la livraison de bouteilles, chères et causes de pollution. L’air tropical à 26.5°C en moyenne, lourdement chargé en humidité à hauteur de 20g/m 3 suggère l’utilisation d’un Générateur d’Eau Atmosphérique, AWG, qui produit de l’eau potable en condensant la vapeur d’eau sur un évaporateur froid. Il sous-produit aussi beaucoup de chaleur latente, 0.7 kWh/L, diffusée par un condenseur, plus 0.4 kW/L diffusée par son compresseur consommant 0.4 kWh/L électrique. Evacuer 1.1 kWh/L avec un climatiseur coute 0.36 kWh/L d’électricité en plus desdits 0.4 kWh/L. Avec une consommation électrique cumulée de 0.76kWh/L un AWG d’intérieur est moins efficace que la distillation directe d’eau usée par un alambic électrique, mais il est infiniment plus cher à l’achat. Les AWG intérieurs apparaissent contreproductifs sous les tropiques. Il s’en vend pourtant des milliers depuis quelques années car l’eau potable est un besoin fondamental, preuve que l’homme de l’art est soit vénal, soit de portée trop limitée pour apporter une vraie solution au problème et en particulier pour anticiper l’invention. Cela constitue un indice que l’invention n’est pas évidente pour l’homme de l’art non moins motivé par la qualité de l’eau que le reste de la population. Sous les tropiques, le point de rosée est à 22.5 °C et les climatiseurs régulent comme ailleurs le confort par défaut à 21°C et 50% d’humidité soit 9g/m 3 . Tous leurs modes d’emploi spécifient de tout fermer, portes et fenêtres, avant la mise en route, pour éviter la condensation intérieure et surtout pour préserver le compresseur. L’application de la garantie du compresseur en dépend. L’air d’un logement climatisé se renouvelle une fois toute les deux heures par des évents de construction obligatoires à 0.5 ACH. (ACH = Air Change par Heure). Un logement individuel moyen de 100 m 3 est donc traversé quotidiennement par 1200 m 3 d’air chaud et humide que le climatiseur n’a pas de difficulté à refroidir et à déshumidifier en condensant 15.6L. Comme le condensat d’un climatiseur est réputé toxique depuis 1976, date de l’infection de 27 légionnaires, ces très insuffisants 15.6L sont rejetés à l’égout sans regrets. Mais depuis 2023 l’OMS recommande de ventiler à 5 ACH pour évacuer au plus tôt le gaz carbonique expiré avec les germes infectieux, cov19 et autres. Depuis lors, aucun mode d’emploi des climatiseurs n’a changé. Aucun ne mentionne le nouveau standard de ventilation, et aucun climatiseur individuel ne prélève 5 ACH directement à l’extérieur pour aérer l’intérieur. Dès qu’un individu ouvre une fenêtre, l’air chaud à 26.5 °C condense sur toutes les surfaces à 21°C car elles sont sous le point de rosée à 22.5°C. Cela transforme instantanément le logement en sauna, à long terme en champignonnière, et le sol en patinoire s’il est en marbre. Pour assécher à 9g/m 3 en moyenne un logement aéré à 5 ACH par de l’air chargé de 20g/m 3 de vapeur, un climatiseur individuel fonctionnant en mode déshumidification conditionnant de l’air à 7°C et 7g/m 3 devrait déshumidifier au taux X de 27.5 ACH : 9 * (X + 5) = 5 * 20 + 7 * X donne 2 * X = 55 donne X = 27.5 ACH. La ventilation la plus puissante du plus puissant climatiseur individuel du marché ne dépasse pas 8.5 ACH. Son mode déshumidification impose une ventilation au tiers du nominal pour atteindre 7°C en sortie, soit 2.7 ACH. C’est insuffisant au point d’être inutile. Vouant à l’échec la climatisation sous les sous les tropiques, l’aération directe à 5 ACH est donc exclue par le principe même de fonctionnement d’un climatiseur split mural. Si malgré tout d’aucun persistait à installer un AWG dans un logement climatisé, fermé donc, ledit climatiseur y aura déjà condensé et rejeté dans le drain toute l’humidité disponible, il ne resterait donc plus rien à condenser pour cet AWG figuratif. Il n’existe actuellement aucun moyen de générer de l’eau atmosphérique en quantité suffisante - 150L - pour couvrir les besoins d’un individu des tropiques, dans son logement tropical (donc climatisé) de 100 m 3 , c’est pourtant sous les tropiques que le besoin est le plus criant. La recommandation de l’OMS d’introduire 12000 x 0.02 = 240 L de vapeur dont 156L pourraient être condensés à la traversée d’un évaporateur maintenu à 5°C synthétise le problème et ébauche l’invention. Le taux d’équipement en climatiseurs multiplié par le taux d’utilisation culmine à Singapour, chaque famille y dispose d’au moins quatre fonctionnant 24 heures par jour. 60% des climatiseurs individuels sont du type split mural, avec une unité intérieure qui recycle l’air intérieur à 100 % et une unité externe durable exposée aux éléments. 70% du cout d’un climatiseur split est imputable à son unité externe dont la durée de vie théorique est de 10 ans. 70% de la puissance d’un climatiseur est consommée pour condenser l’humidité de l’air, même à faible ACH. L’invention comporte : - une enveloppe externe 1 , - des moyens standards pour la fixer à ou la poser en appui contre une cloison 2 intérieure séparant le logement de l’extérieur, par exemple un mur, une porte ou une fenêtre, par - une face dite arrière 3 , destinée à faire face à ladite cloison 2, comportant éventuellement des moyens standards de fixation, et ne comportant ni sortie d’air 4 , ni sortie de condensat retraité 5 , ni affichage d’informations opérationnelles. - une entrée d’air aspirante 6 inscrite dans ladite face arrière, - dans cette enveloppe, au moins un ventilateur ou une turbine aspirante 7 centrée sur ladite entrée d’air 6 et soufflant dans une cavité fermée par - un filtre dépolluant et bactéricide 8 par exemple de type HEPA 13 ou 14 devant - un évaporateur froid 9 connecté à - deux tubes de gaz réfrigérant 10 réalisant la moitié d’un circuit de réfrigération, dont les extrémités à connecteur standard sont ouvertes et apparentes à travers ladite enveloppe, - un collecteur de condensat 11 , préférentiellement un réservoir ; préférentiellement de 150 L par exemple visible à travers une vitre étanche 12 , situé sous ledit évaporateur 9, stérilisé ainsi que ledit évaporateur par - une source de lumière germicide 13 par exemple UVC, - une sortie de l’air froid et sec 4. L’invention comporte aussi - une pompe 14 conduisant le condensat du réservoir 11 à - un filtre bactéricide 15 , par exemple au charbon actif puis à - un filtre alcalin 16 reminéralisant puis au moins à - un robinet 5 Enfin en option, une dérivation du conduit au robinet vers un pulvérisateur 17 simulant une pluie visible à travers la vitre 12 dans ledit réservoir 11. L’espèce la plus poche de l’invention hors options reste un AWG standard modifié donc optimisé. En plus des composants non optionnels précités, un AWG standard comporte aussi nécessairement un compresseur, un condenseur et une valve de détente. Son circuit de réfrigération est fermé et ne sort pas de l’enveloppe. L’air qu’il aspire et rejette ne traverse pas de cloison, soit il aspire de l’air intérieur et le rejette plus chaud à l’intérieur, soit il aspire et rejette plus chaud à l’extérieur. Il ne comporte pas de tube d’entrées-sorties ouverts et apparents de gaz réfrigérant traversant son enveloppe. Ainsi l’invention est un AWG amélioré, simplifié, moins couteux à réaliser car sans compresseur, générant suffisamment d’air et d’eau fraiche pour satisfaire les standards à moindre cout énergétique, au moyen des différences précitées. L’invention réalise : Après connexion à l’unité externe 18 d’un climatiseur split standard neuf ou déjà installé (donc recyclé), et après le remplissage du circuit de refroidissement 10 par du fluide réfrigérant, l’invention réalise un générateur intérieur économique d’air stérilisé et d’eau potable frais abondants et purifiés, à partir exclusivement d’air atmosphérique tropical aspiré à extérieur, et d’électricité. En aspirant l’air tropical extérieur moins contagieux, mais chaud et humide directement dans ledit générateur split, il ne se mélange pas avec l’air déjà froid et sec intérieur. Ainsi il peut être filtré et conditionné efficacement car concentré en pollutions diverses et vapeur d’eau. Le volume d’air humide à traiter est alors réduit à 5 ACH, plus généralement d’un facteur 5 par rapport à au volume à traiter quand 5 ACH traversent une fenêtre. L’air extérieur peut donc être traité lentement en une seule fois à la volée et non pas à travers une multitude de cycles rapides et successifs. Cela permet ainsi à l’invention de souffler 5 ACH à 7°C et 7g/m 3 à l’intérieur sans noyer les occupants et donc en respectant les nouveaux standards d’aération. L’air soufflé conserve l’intérieur au taux plancher de gaz carbonique extérieur mais non plus la pollution ni les germes interceptés par le filtre HEPA 13. Le standard 5 ACH est dimensionné pour évacuer le gaz carbonique et les germes d’un logement occupé par plusieurs occupants, un pour chaque 10m². 5 ACH représente 12000 m 3 par jour et par personne, et donc 156 litres de condensat. La chaleur latente de condensation des 156 litres ainsi que la chaleur pompée pour refroidir l’air atmosphérique chaud est transportée par fluide réfrigérant vers le compresseur 19 et le condenseur assimilé au fluide réfrigérant 20 de l’unité externe 18 selon un cycle de réfrigération connu de l’état de l’art. Cette chaleur est ensuite dissipée par le condenseur 20 externe ventilé. Le ventilateur 6 soumet le logement à une surpression relative en soufflant de l’air pur. La pollution la poussière et les germes ne peuvent dont pas pénétrer par les interstices ni par les évents de sortie. L’invention à défaut de nettoyer le logement, en assure la propreté durablement, et épargne d’avoir à dépoussiérer. Préférentiellement le logement ne comporte que deux évents d’aérations 21 et 22 et conserve aussi toutes les fenêtres et portes fermées. L’entrée d’air aspirante 6 de l’invention fait face à l’évent inférieur 21 qui réalise en conséquence un évent d’entrée d’air atmosphérique. Préférentiellement l’air sort tiède par un unique second évent 22 juste sous le plafond, situé préférentiellement au dessus de l’évent d’entrée 21. Première optimisation : recycler la fraicheur de l’air sortant au moyen d’un échange thermique avec le condenseur extérieur : L’unique évent de sortie 22 fait face à l’unité externe aspirant tout l’air tiède sortant. Cet air plus frais que l’atmosphère refroidit son condenseur. Ce mélange d’air simule un climat plus froid, rendant le pompage de la chaleur plus efficace. Seconde optimisation : recycler la fraicheur du condensat au moyen d’un échange thermique liquide-liquide avec le fluide réfrigérant comprimé. Le condensat retraité est dispensé en face avant par un robinet et ou une fontaine, ou bien stocké dans le réservoir de l’invention ou dans une bouteille sous l’invention. Le condensat en surplus est pompé vers l’unité externe située préférentiellement à un niveau supérieur et vient refroidir - ou être réchauffé par - le fluide réfrigérant comprimé juste avant sa détente par la valve 23 . Cet échangeur 24 simule aussi un climat plus froid rendant le pompage - de moins de chaleur - plus efficace. Apres être réchauffé, ledit condensat est préférentiellement stocké à une température sanitaire supérieure à 60°C dans un réservoir solaire par exemple sur le toit. Troisième optimisation : confort sans régulation thermique par l’invention. Dés lors que le flux d’air à 7°C est insuffisant pour descendre la température du logement familial sous 21°C, d’autres climatiseurs indépendants d’un appartement peuvent assurer en parallèle la régulation sans préjudice d’efficacité car ces derniers n’ont alors plus rien à condenser ni a rejeter à l’égout. Quatrième optimisation : régulation économique de la température interne Réduire l’aération réduit le volume d’air soufflé à 7°C dans la pièce donc la laisse se réchauffer. Augmenter l’aération augmente le volume d’air introduit seulement un plus chaud que 7°C et plus humide ce qui fait baisser la température. Le meilleur compromis est une adéquation réalisée à 5 ACH entre le volume intérieur, les pertes d’isolation et la température extérieure, donc entre plus d’humidité intérieure et moins de condensat. Ce compromis est expérimental. Selon cette option la vitesse de la turbine ventilateur 6 est régulée par un thermostat interne ajustable. Cinquième optimisation : régulation précise de la température interne en maintenant l’aération précisément à 5 ACH et la génération d’eau potable constante. L’air sortant à 7°C du split AWG à 5 ACH constant peut trop refroidir l’intérieur et compromettre l’efficacité énergétique. Réchauffer l’air avant de le diffuser à la bonne température à 5 ACH à l’intérieur est réalisé sans perte au moyen d’au moins un (plus petit) condenseur 25 traversé par l’air sortant de l’invention, interposé sur les sorties d’air. Ledit petit condenseur connecté en série avec une électrovalve (standard de réfrigérateur), est relié en parallèle avec le condenseur externe principal de l’unité externe au moyen d’un circuit de fluide réfrigérant chaud secondaire de relativement petit diamètre non représenté. L’ouverture de l’électrovalve est régulée par un thermostat sensible à la température intérieure. Réchauffer ainsi l’air sortant de l’invention réalise un échange thermique qui simule aussi un climat plus froid rendant le pompage de moins de chaleur plus efficace. Sixième optimisation : ajustement mécanique de la température ambiante. Décoller l’invention de la cloison permet d’introduire de l’air frais et sec ambiant dans la turbine ventilateur. Cela refroidit plus la pièce au détriment de la production de condensat, tout en conservant le niveau de pureté de l’air grâce au filtre 8 HEPA 13 traversé par l’air intérieur recyclé et à la dépression qui interdit à l’air extérieur aspiré de contourner l’invention. Septième optimisation : refroidissement du condenseur par évaporation forcée du condensat en excès sur le condenseur extérieur. Si tous les réservoirs sont pleins, et si le condensat n’est pas réinjecté dans le réseau municipal, plutôt que le drainer vers les égouts, ledit condensat sous pression d’une pompe spéciale non représentée est nébulisé 26 sur le condenseur du compartiment externe du climatiseur split pour y forcer son évaporation et donc pour recycler sa fraicheur latente de condensation. Cet échange par évaporation forcée simule aussi un climat plus froid rendant le pompage - de moins de chaleur - plus efficace. Préférentiellement le drain de condensat et les tubes de circulation des fluides réfrigérant sortent par le sommet du compartiment interne pour rentrer par la base de l’unité externe du climatiseur split selon le chemin le plus court. Ainsi la longueur de ladite circulation est minimisée, pour réduire les pertes d’isolation entre les deux. Les 15 premier litres condensés sont gratuits en tant que sous produit inévitable de toute climatisation à 1 ACH ; taux d’aération généralement adopté avant la crise du Cov19 et maintenu dans les espaces climatisés. La consommation électrique marginale pour la production d’eau potable est alors de 0 kWh/L pour les 15 premier litres. En augmentant ACH jusqu’à 5 ; l’efficacité marginale de la condensation converge vers une valeur significativement inférieure à 0.3 kWh/l, standard de performance d’un AWG basique extérieur L’invention présente la particularité de conditionner l’obtention du volume d’eau potable recommandée par l’OMS à une aération au respect du nombre de changements d’air par heure recommandé par l’OMS, deux performances que l’état actuel de la technique des climatiseurs et des AWG ne permet pas d’assurer, ni indépendamment ni conjointement. L’invention réalise un AWG d’intérieur économique individuel et amovible caractérisé en ce qu’il couvre les besoins standards d’un habitant des tropiques en eau potable fraiche et en air frais purifié, aux moyens - d’électricité à un taux marginal augmentant avec le volume condensé de 0 à moins de 0.3 kWh par litre d’eau potable condensée - de l’absence de compresseur dans son enveloppe 1 - d’au moins deux connecteurs d’un circuit ouvert de réfrigération 10 traversant ladite enveloppe 1, au standard de connexion compatible avec une unité externe de climatiseur split - de fixations amovibles de la face arrière plane 3 de son enveloppe 1 sur une cloison 2, ou d’un appui au sol de ladite enveloppe 1 en retrait de ladite face arrière plane 3 - de son entrée d’air 7 traversant exclusivement ladite face arrière plane 3 de ladite enveloppe 1, de diamètre supérieur à celui des évents standard d’aération 21 d’une cloison 2 de logement. caractérisé en ce que son efficacité est optimisée au moyen d’un échange thermique liquide – liquide 24 : condensat sortant froid - fluide réfrigérant chaud 20. caractérisé en ce que son efficacité est optimisée au moyen d’un échange thermique gaz - liquide : air intérieur sortant frais - fluide réfrigérant chaud 20. caractérisé en ce que la température intérieure est régulée au moyen d’un échange thermique gaz - liquide : fluide réfrigérant chaud circulant dans un condenseur secondaire 25 traversé par l’air froid de l’évaporateur intérieur 9 caractérisé en ce qu’il est optimisé au moyen d’un échange thermique fluide-liquide par évaporation forcée du condensat en excès d’un nébuliseur 26 sur le condenseur extérieur 20 parcouru par ledit fluide réfrigérant chaud. Générateur d’eau atmosphérique électrique par condensation de la vapeur d’eau dans l’air, contenu dans une enveloppe 1 comportant une entrée d’air 6 inscrite dans sa face arrière 3, caractérisé en ce qu’il génère silencieusement et économiquement de l’eau potable fraiche et de l’air frais déshumidifié dans et depuis un local isolé de l’extérieur par un mur 2 percé par au moins un évent d’aération 21 et traversé par au moins un circuit de réfrigération 10, aux moyens d’un support ou d’une fixation amovible de ladite enveloppe, face arrière 3 en appui contre ledit mur 2, son entrée d’air 6 face à l’évent d’aération 21 entrant dans ladite enveloppe 1: d’électricité, via une connexion amovible au réseau électrique domestique de fluide réfrigérant, via une connexion amovible audit circuit de réfrigération 10 d’air humide exclusivement extérieur, via ledit évent mural 21 et via ladite ouverture 6 dans ladite enveloppe d’au moins un filtre à air 8 d’au moins un filtre à eau 15, 16 d’au moins un évaporateur 9 connecté audit circuit de réfrigération 10 et traversé par ledit flux d’air extérieur d’au moins une pompe à eau 14 et de l’absence de tout compresseur de l’absence de tout condenseur Générateur d’eau atmosphérique par condensation de la vapeur de l’air, électrique, économique, amovible, silencieux et contenu dans une enveloppe 1 dont la face arrière comporte une ouverture, selon la revendication 1, caractérisé en ce que son efficacité est optimisée au moyen d’un échange thermique liquide - liquide 24 : condensat sortant froid - fluide réfrigérant chaud 20 . Générateur d’eau atmosphérique par condensation de la vapeur de l’air, électrique, économique, amovible, silencieux et contenu dans une enveloppe 1 dont la face arrière comporte une ouverture selon la revendication 1 caractérisé en ce que son efficacité est optimisée au moyen d’un échange thermique gaz - liquide : air intérieur sortant frais - fluide réfrigérant chaud 20 . Générateur d’eau atmosphérique d’eau par condensation de la vapeur de l’air, électrique, économique, amovible, silencieux et contenu dans une enveloppe 1 dont la face arrière comporte une ouverture d’eau atmosphérique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la température intérieure est régulée au moyen d’un échange thermique gaz - liquide : fluide réfrigérant chaud circulant dans un condenseur secondaire 25 externe à l’enveloppe, traversé par l’air froid de l’évaporateur intérieur 9. Générateur d’eau atmosphérique d’eau par condensation de la vapeur de l’air, électrique, économique, amovible, silencieux et contenu dans une enveloppe 1 dont la face arrière comporte une ouverture selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il est optimisé au moyen d’un échange thermique fluide-liquide par évaporation forcée du condensat en excès d’un nébuliseur 26 sur le condenseur extérieur 20 parcouru par ledit fluide réfrigérant chaud.