FR3024531A1 - Systeme de chauffage selectif et cible - Google Patents

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Abstract

Système de chauffage sélectif et ciblé relatif au chauffage de grands volumes ayant souvent un taux d'occupation réduit. Le dispositif comprend un système de détection composé de plusieurs détecteurs usuellement de type camera à infra rouge permettant à un système électronique de gestion de trianguler la position des occupants afin de sélectionner et de cibler vers eux une puissance de chauffage émise par plusieurs radiateurs IR. Les radiateurs sont fixes ou mobiles avec des filaments repartis par rapport à la surface du relecteur. Les faisceaux peuvent être dévies par une optique mobile ou par déplacement du filament. Alternativement des ensembles de lampes peuvent être utilisés. Le système réserve l'énergie de chauffage pour les occupants et peut être complété de systèmes classiques de chauffage pour régler une température de fond ou la ventilation. Les applications concernent salles de sport, aéroports, usines, salles de spectacle, bâtiments administratifs, piscines, etc.

Description

L'invention, système de chauffage sélectif et ciblé, est relative au chauffage économique de grands volumes de pièces ou de bâtiments ayant un taux d'occupation relativement réduit, que ce soit en permanence, sur une partie importante du temps ou encore sur seulement une partie des locaux. Egalement l'Invention s'applique pour les locaux que l'on ne veut pas chauffer de façon homogène, en se concentrant essentiellement sur un chauffage sélectif et ciblé, généralement les occupants. Il s'agit en particulier d'une part de salles de sport, aéroports, usines, salles de conférences, lieux de culte, bâtiments administratifs, salles de spectacles, commerces, habitations, hôpitaux, stades ouverts ou fermés et d'autre part chambres froides, zoos, piscines, etc.
La technique antérieure utilise des systèmes de chauffage à circulation d'air chauffé, ou des systèmes à convection, rayonnement, conduction ne pouvant sélectionner les petits volumes cibles, utilisant des puissances mal contrôlées ou faisant un compromis sur le niveau de confort.
Afin de sélectionner différents niveaux de chauffage ou de température, certains systèmes utilisent un cloisonnement des espaces ou de multiples points d'injection de la chaleur_ Les systèmes de contrôle son souvent basés sur une mesure de la température, et réglage de la puissance de chauffage par comparaison à une valeur de consigne voisine de la température du confort ambiant.
Il en résulte un chauffage inutile de portions d'espace non occupés, une consommation excessive d'énergie et des incompatibilités relatives à certains phénomènes. Pour exemples: chauffage d'une salle de sport où seulement une équipe s'entraine sur le terrain ; Impossibilité de chauffer des travailleurs dans une chambre froide ; condensation de l'humidité de l'air chauffé d'une piscine sur une surface métallique ou vitrée en contact avec la température extérieure L'invention permet de remédier à ses inconvénients. Le dispositif comprend un ensemble de systèmes permettant de sélectionner et de cibler les sujets ou zones à chauffer ou à ne pas chauffer.
Les trois systèmes esspritiels sont Un système électronique de détection, un système électronique de gestion et un système de chauffage. Le système de détection consiste en un ou plusieurs instruments permettant de détecter la position de points et auds dans t'espace qu'ils couvrent. Le nombre requis d'instruments dépend de la complexité du volume ainsi que du nombre escompté d'occupants. Les détecteurs transmettent par connexion filaire ou sans fil les signaux de détection de leur champ au système de gestion. Trois cameras infra rouge placées judicieusement dans des coins éloignés du volume non partitionné permettent en général au système de gestion de localiser un occupant par ses coordonnées (x, y, z ou polaires).
Plus ou mains de détecteurs peuvent être installés en fonction de la complexité du volume. Un ou deux détecteurs peuvent suffire pour !es volumes triviaux permettant un positionnement suffisant comme dans un couloir, ou dans un espace plat. La température de consigne réglable è détecter est aux environs de 30 à 406C, voisine de la é temperature du corps humain ou d'animaux domestiques. Une camera Infra Rouge classique permet de localiser les points dans le plan (son champs) mais ne permet généralement pas de mesurer sa distance aux points. Le nombre de trois cameras permettra la triangulation de chaque point, de même il permettra de positionner les points si une des faces de l'occupant est cachée et non visualisée par l'une des cameras. 10 Une triangulation complète peut également être obtenue avec un système de détection consistant en une combinaison de cameras IR et de machine de numérisation 3D basée sur des capteurs optiques de numérisation 3D. La position et l'optique de la camera sont optimisées pour un meilleur champ de détection: optique panoramique ou grand angle, triangulation des cameras, positionnement en hauteur ou 15 sur un alignement etc. Un autre système de détection consiste en la détection triangulée d'émetteurs portés par les occupants, que ce soient des émetteurs spécifiques qui leur sont remis ou sont installes dans les vêtements ou des instruments électroniques usuels (téléphones portables, GPS etc') adaptés. 20 Aussi, le système de détection peut comprendre une pluralité de détecteurs de signaux d'ondes électromagnétiques Le système de gestion centralise et traite tes signaux reçus des détecteurs et positionne dans le volume les points détectés. Le système a d'autres fonctions qui lui permettent d'anticiper la position ou les mouvements d'un sujet, d'occulter les sources chaudes fixes permanentes du 25 volume que sont les systèmes d'éclairage, radiateurs, moteurs, appareils électroniques qu'il n'est pas utile de chauffer d'avantage, ou (es points sensibles qu'on ne veut pas chauffer. Ceci peut être fait soit par paramétrage des sources chaudes dans le volume ou par défaut du fait qu'un point à plus de 40*C ne sera pas chauffé. Le paramétrage peut être forcé manuellement ou sera l'objet d'un scan du volume tous équipements allumés et sans occupant. Le système 30 peut être paramétré pour les seules positions possibles pour les occupants. Par exemple les espace gradins et terrain d'un stade sur une hauteur de 2 mètres uniquement. Un fauteuil sera chauffé en permanence durant les heures habituelles d'occupation. On peut aussi paramétrer des surfaces è chauffer comme les surfaces et structures d'une piscine afin d'y éviter la condensation sans chauffer son ambiance. Le système peut également traiter des instructions 35 extérieures, et d'autres fonctions permises par l'informatique et ses systèmes de transmissions usuels. Il peut envoyer des alarmes vers un « central » si par exemple un point ne faisant pas partie des systèmes fixes devient fixe ou n'émet plus de chaleur. Il peut identifier et inhiber une zone autour du porteur d'un émetteur spécifique. Le système de gestion va ensuite transmettre par connexion celée ou sans fil au système de 40 chauffage les coordonnées des occupants et lui indiquer les coordonnées et les puissances de chauffage à émettre. Même si les points détectés sont compacts (en général parties non couvertes du corps), les coordonnées transmises au système de chauffage seront plus proches de formes aux dimensions usuelles du corps humain afin d'apporter une chaleur relativement diffuse. Les instructions de commande dépendent du système de chauffage.
L'énergie dispensée sera fonction de différents réglages, puissance maximale dans un volume, contrôle jusqu'à une température limite, contrôle de l'intensité, etc. Généralement les consignes ont une limite sécuritaire sur l'apport de puissance par unité de surface que l'on peut calculer en fonction de la température ambiante ou par mesure de l'évolution de la température de t'occupant Le système peut aussi éviter les interférences entre les sources IR et les détecteurs IR par plusieurs méthodes, dont une consiste en l'arrêt des sources lors d'une détection des cibles par les détecteurs Le système de chauffage est constitué de plusieurs sources qui, de façon similaire aux détecteurs permettent de trianguler et couvrir la position des points et de dispenser la chaleur 15 sur plusieurs des ses faces. Les sources sont généralement des sources radiantes. Le type Infra Rouge (IR) électrique est le plus courant, le gaz est possible. D'autres gammes de radiations sont possibles. La difficulté consiste Ici à adapter le type de source au type de volume. Par exemple un radiateur IR classique (réflecteur plat ou serai tubulaire) peut chauffer tout individu circulant 20 dans un couloir. Il suffit que le radiateur pointe dans la direction du couloir et module son intensité en fonction des instructions du système de gestion. Un radiateur dont le réflecteur est semi-tubulaire courbe (forme d'un morceau de jante de roue de vélo) peut couvrir un ensemble de points sur une trajectoire linéaire si son flemment est constitue de secteurs alimentés indépendamment Deux tels radiateurs situés en vis-à-vis 25 peuvent localiser un point sur la trajectoire linéaire. Par extension du principe, trois radiateurs de forme seri sphérique du réflecteur et un ensemble de petits filaments alimentés indépendamment au-dessus de cette surface peuvent trianguler plusieurs points dans un volume. Les radiateurs à forme semi-sphérique peuvent être remplacés par un ensemble de lampes 30 radiantes plus ou moins petites et nombreses dont les faisceaux sont orientés vers plusieurs directions. Par exemple directions perpendiculaires à la surface semi-sphérique de la configuration équivalente avec déflecteur. La puissance émise par chaque élément de ces systèmes de chauffage peut être ajustée par t'intensité donnée à chaque filament ou par un mode syncopé d'alimentation des filaments.
35 Il s'agit ci-dessus d'exemples de systèmes à sources fixes. Les sources de chaleur peuvent être des sources mobiles comme par exemple un radiateur (R, une lampe unique, un faisceau de lampes ou tout autre configuration de systèmes à source fixe mais qui soit monté sur un axe motorisé pointant les rayons vers la cible, le système de gestion pouvant soit faire suivre la cible par la motorisation ou conjuguer les possibilités motorisation et 40 choix de la lampe du faisceau. - Le déplacement de l'orientation du faisceau peut aussi etre réalise a partir d'un système fixe ou mobile ayant son rayon dévié par une optique modulable. On peut utiliser un système à lampes radiantes avec un réflecteur de type parabolique fixe ou mobile et dont le filament mobile est alimenté d'un coté par trois conducteurs se partageant le 5 courant total d'alimentation et de l'autre par un conducteur de retour. Chacun des trois conducteurs est enroulé autour d'un des trois vérins supports positionnant le filament par rapport au foyer du relecteur les vérins sont sensibles à l'induction crée par le courant passant clans la boucle de chacun des conducteurs. Le système de gestion règle les courants afin que leur somme produise la puissance voulue et que leurs écarts positionnent la direction du 10 faisceau lumineux par action sur les vérins. Le nombre de sources dépend de la complexité du volume et du nombre d'occupants attendus. Les éléments du système de chauffage qui ne peuvent atteindre aucune des cibles ne sont pas alimentés. Des systèmes auxiliaires peuvent s'ajouter au dispositif comme par exemple, un système de 15 chauffage de fond, qui permet eu volume d'avoir une température amblante minimale et relativement homogène, un système complémentaire de ventilation. Les dispositifs classiques de chauffage et ventilation qu'ils soient sous dimensionnés ou réglés à une température moins élevée que l'ambiance usuelle peuvent être utilisés à cette fin. Il peut aussi s'agir des éléments du dispositif dont un mode consiste à disperser des flux de chaleur non plus ciblés mais repartis 20 sur l'ensemble du volume. Le tout contrôlé par le système de gestion du dispositif. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente un système de chauffage radiant è 1R fixe à réflecteur à forme semi- tubulaire courbe (1) ayant plusieurs filaments (2) alimentés indépendamment et un support (3).
25 La figure 2 représente un système de chauffage radiant à IR motorisé à réflecteur à forme semitubulaire courbe (1) ayant plusieurs filaments (2) alimentés indépendamment et un support fixe (3) avec motorisation (4). La figure 3 représente un dispositif constitue de trois détecteurs à camera IR (5), trois systèmes de chauffage radiant mobiles (7) le système de gestion (8) et la cible é chauffer (6).
30 La figure 4 représente élément de système de chauffage constitué de lampe radiante avec un réflecteur de type parabolique fixe (9) et dont le filament (10) est alimenté d'un coté par 3 conducteurs (12) et d'un conducteur de retour (11) et de trois vérins supports (13). Un mode de réalisation de l'invention consiste en l'équipement d'une pièce par un système de 35 détection composé de 3 cameras à Infra Rouge disposées en hauteur à des endroits éloignés de la pièce et permettant une triangulation, t système de chauffage à 3 radiateur IR motorisés avec réflecteur è forme semi-tubulaire courbe avec filaments indépendants et un système de gestion centralisée fixé sur le mur. Le système permet de localiser ta position de la cible (représentant une personne) et de tut 40 apporter la quantité de chaleur suffisante sans dépenses d'énergie pour chauffer le reste de la pièce. L'Invention est susceptible d'applications industrielles pour tous les types de volumes avec un faible taux d'occupation comme cité en introduction. Elle peut s'adapter sur des structures 5 existantes ou nouvelles, Elle permet d'importantes économies d'énergie.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de chauffage sélectif et ciblé pour grands volumes à faible taux d'occupation caractérisé en ce qu'il est constitué d'un système de détection, d'un système de gestion et d'un système de chauffage, le système de détection permettant au système de gestion de localiser la position d'occupants et de diriger vers eux une puissance de chauffage sélectionnée et ciblée émise par le système de chauffage. 10 2/Dispositif de ta revendication 1 caractérisé en ce que le système de détection comprend une pluralité de cameras à infra rouge. 3/Dispositif de la revendication 1 caractérisé en ce que le système de détection comprend une pluralité de détecteurs de signaux d'ondes électromagnétiques. 4/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le 15 système de chauffage comprend une pluralité de radiateurs à infra rouge. 5/ Dispositif de la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que le système de chauffage comprend une pluralité de lampes radiantes. 6/ Dispositif de le revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que le système de chauffage comprend une pluralité de lampes radiantes de type à réflecteur parabolique et à filaments 20 mobiles, la position de ces filaments étant ajustée par l'effet sur des vérins de l'induction créée par le courant traversant les 3 conducteurs d'alimentation électrique. 7! Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les sources du système de chauffage sont fixes. 8! Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 6 et 6 caractérisé en ce que 25 les sources du système de chauffage sont mobiles. 9/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le système de gestion communique avec les systèmes de détection et chauffage par connexion câblée 1D/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le 30 .-Ëystème de gestion communique avec les systèmes de détection et chauffage par connexion sans !IL 35 40
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