Brevet FR2268231A1 — publié le 19751114

La présente invention considère une installation et un procédé de récupération de 11 énergie solaire et d'utilisation de cette énergie, en particulier mais non exclusivement pour des installations de chauffage, pour la production dlun fluide chaud (par exemple eau de consommation), et pour d'autres applications oiviles et industrielles, partout où un préchauffage est possible, même à de faibles températures, au cours d'une opération thermi-que. On connaît dë3à les inconvénients inhérents aux systèmes de chauffage par les combustibles tradi-tionnels. Pour éviter ces inconvénients, il est de plus en plus nécessaire d'avoir recours à d'autres sources d'énergie propre, et en particulier à l'énergie solaire. Les installations thermiques à énergie solaire comprennent un collecteur capable de capter l'énergie rayonnante du soleil, en élevant la température d'un fluide d'utilisation qui cède sa chaleur en traversant un dispositif approprié de transmission thermique, par exemple les radiateurs des installations de chauffage, des chauffe-eau, des bouilleurs, des échangeurs de chaleur, et semblables. Dans les installations déjà connues, ce fluide d'utilisation, préalablement réchauffé par le collecteur solaire au moyen d'un fluide intermédiaire, est disponible dans des réservoirs d'accumulation ou accumulateurs, dont l'alimentation thermique est completée par un chauffage traditionnel et où ce fluide d'utilisation est prélevé suivant les besoins du moment. Un tel système indirect pose des problèmes as échange thermique à basse température, ce qui entraîne une certaine inertie à la mise en marche, et des pertes de chaleur qui influent négativement sur le rendement thermique de l'installation. La présente invention a pour but de réaliser une installation thermique pour utilisation directe de l'énergie solaire dans les habitations, installation sulmple constructivemert et fonctionnellement, et comportant également une différence minimale de température entre l'utilisation et la source thermique solaire ce qui donne un excellent rendement. Un autre objectif de lrinvention consiste à prevoir une alimentation complémentaire des services nécessaires, au moyen d'une source thermique auxiliaire de type traditionnel qui fonctionne indépendamment de l'installation solaire Un autre objectif de l'invention consiste ç réaliser des dispositions particulières assurant une exploitation optimale de l'énergie solaire, quelles que soient les conditions ambientes. l'installation de récutération de lsénervie solaire selon l'invention comprend: un collecteur de l'énergie solaire dans un circuit à courant unïdireotionnel pour le fluide d'utilisation réchauffé directement par l'énergie solaire (appelé simplement fluide dans la suite); un dispositif d'interception pour mettre le collecteur hors circuit quand il n'y a pas d'énergie solaire rayonnante; des dispositifs d'utilisation directe de la chaleur du fluide circulant ; un dispositif d'accumulation de la chaleur excédentaire en aval des dispositifs d'utilisation, un dispositif d'optimisation de l'accumulation et des dispositifs d'utilisation directe de la chaleur accumulée. En outre, l'installation, objet de l'invention comprend une source de chaleur traditionnelle (chaudière par exemple) fonctionnant indépendamment du circuit à énergie solaire. Le procéde de récupération de l'énergie solaire à utilisation directe rentre dans le domaine de la présente invention ainsi que l'emploi d'un dispositif électronique assurant le contrle thermique différentiel du fluide et comprenant au moins deux éléments thermosensibles, un -roupe élaborateur des signaux émis par ces éléments, et un groupe de commande actionné par le groupe élaborateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un exemple de réalisation préféré mais non exclusif et en se référant aux dessins annexés donnés à titre indicatif et non limitatif sur lesquels: La fig. I représente schématiquement une installation conforme au principe de base de l'invention; La fig. 2a représente par un schéma bloc une installation mixte, dans laquelle la puissance thermique est fournie par l'énergie solaire et par une chaudière ou autre source deschaleur traditionnelle; La fig. 2b représente un exemple de réalisation du schéma de la fig. 2e, pour le chauffage de locaux et pour la fourniture d'eau chaude de oonsommation;; lia fig. 3 représente un graphique de :;lge de l'installation te la fig. 2b. Sur les figures, on a adopté des mêmes numéros pour représenter les organe :i se cerrespondent. L'ìnstallation considérée sur la fig. 1 comprend un collecteur de l'énergie solaire rayonnante 1, qui est constitué de préférence par une plaque à faisceau tubulair avec conduit d'arrivée et conduit de sortie installés sur les côtés opposés relativerient à son axe longitudinal, le conduit de sortie étant placé à un niveau plus élevé que le conduit d'arrivée. Ce collecteur 1 réchauffe un fluide, antigel si c'est necessaire, et qui, à travers un conduit de sortie 2 et une pompe 3, aboutit directement à un appareil utilisateur ou appareil de chauffage 4, par exemple un radiateur ou une batterie de radiateurs ou anneaux rayonnants, puis revient au collecteur I à travers un conduit 5.En aval de l'appareil de chauffage 4, un réservoird'acauniulation 6 est inséré dans le circuit du fluide en dérivation sur un conduit 7, au moyen d'une soupape à moteur à trois voies 8 qui est sensible à la température du fluide à la sortie de l'appareil de chauffage 4,et qui met en circuit le réservoir 6 quand la température dépasse une valeur fixée d'avance, et le met hors circuit quand la température est inférieure à cette valeur. Une pompe 9 sert à envoyer le fluide chaud du réservoir 6 à l'appareil d'utilisation 4. Des thermostats 10 et 13 et des sondes Il et 12 assurent la commande automatique de l'installation. L'installation décrite ci-dessus fonctionne de la façon suivante. quand le thermostat 10 indique une température du fluide qui est supérieure a une valeur donnée, la pompe 3 et la soupape électrique correspondante 3a sont mises en fonction, et le fluide fournit de la chaleur au milieu extérieur par l'appareil 4. Si la température notée par la sonde Il pour le fluide sortant de l'appareil 4 est inférieure à la température notée par la sonde 12, la soupape à moteur 8 est placée,par 1 'intégrateur thermique différentiel 12a, de façon à renvoyer le fluide directement au collecteur 1 par le conduit de dérivation 7.Si au contraire le fluide sortant de l'appareil 4 a, d'après la sonde 11, une température supérieure à celle qui est notée par la sonde 12, l'instrument différentiel 12a prépare la soupape à moteur 8 de façon que le fluide soit envoyé dans le partie haute de l'accumulateur 6, tandis que l'alimentation du collecteur 1 est assurée par le conduit 7e, qui prélève le fluide froid présent dans la partie inférieure de l'accumulateur 6. Le réservoir d'accumulation 6 fonctionne donc seulement pour accumuler l'énergie thermique excédentaire, ce qui assure la souplesse maximale à l'installation à des températures d'emploi qui sont faibles et variables, cela permet aussi une augmentation du rendement thermique global de l'installation de captage de la chaleur, car il est possible d'alimenter les panneaus avec du fluide à basse température prélevé dans le fond de l'accumulateur 6. Ces caractéristiques constituent une amélioration comparativement à ce qui se passe dans les installations déjà connues dont le réservoir d'accumulation se trouve en amont de l'installation d'utilisation. Pendant les heures de nuit, ainsi que lorsque l'énergie solaire rayonnante manque pour une raison quelconque2 la pompe 3 commandée par 10 s'arrête, tandis que la pompe 9 et la soupape électrique correspondante 9a fonctionnent sous l'action du thermostat 13,avec un retard éventuel fixé d'avance, si bien que c'est le fluide emmagasiné dans le réservoir 6 qui fournit la chaleur à l'appareil 4. L'installation qu'en vient de décrire a eté considérée seulement pour montrer le principe de l'invention; mais on désire remarquer que, dans la pratique, abstraction faite de conditions climatologiques particulières, une installation conforme à cette invention ne peut satisfaire complètement aux exigences que si elle est accouplée avec une installation traditionnelle de chauffage qui commence à fonctionner quand l'énergie solaire rayonnante,utilisée directement ou par accumulation, est insuffisante pour les besoins. L'ensemble de l'installation procurera donc une économie importante de combustible, d'énergie électrique ou autre source d'énergie habituellement employée dans les installations de chauffage. Dans le schéma bloc de la fig. 2a, l'utilisation U, par exemple un local à chauffer, possède un premier appareil d'échange thermique 4 alimenté par le collecteur d'énergie solaire 1 et un deuxième appareil complémentaire d'échange thermique 14 alimenté par un réchauffeur traditionnel 15. On prévoit de préférence un appareil de synchronisation pour mettre en marche avec le retard éventuel nécessaire le groupe complémentaire 14,152 quand le groupe principal 1,4 devient insuffisant. Une installation pratiquement réalisable est représentée sur la fig. 2b, dans laquelle le réservoir d'accumulation de la chaleur excédentaire n'a pas été représenté pour ne pas compliquer la figure, bien que ce réservoir puisse être également employé. Dans cette forme de réalisation, l'appareil 4 est associé à un appareil 14, radiateur normal par exemple, qui est parcouru par l'eau chaude d'une chaudière 15. Les appareils 4 et 14 sont fonctionnellement séparés et indépendants; mais ils peuvent être logés dans un même thermoventilateur, ou encore être constitués par des panneaux rayonnants montés sur une paroi, ou bien sous le plafond et (ou bien) dans le parquet, suivant les techniques déjà connues.L'installation à énergie solaire alimente en outre un chauffe-eau ou bouilleur 16 accouplé à un deuxième chauffe-eau 17 associé à la chaudière 15, et l'on prévoit un thermostat 18 pour éviter un chauffage excessif par ces chauffe-eau. Les tuyautages qui envoient le fluide à l'échanJeur du chauffe-eau 16 sont calibrés de façon à donner priorité à l'utilisation pour chauffage du local. Le chauffe-eau peut être associé suivant des techniques connues, à des radiateurs de bains, et (ou bien) de cuisine, ce qui permet de mieux utiliser l'accumulation effectuée par le chauffe-eau 16, et de plus procure des conditions de confort sans aucune depense d'exploitation dans les saisons intermédiaires.Un élément sensible 19, accouplé au conduit de sortie 2 du collecteur 1 constitue la sonde pilote M, tandis qu'un deuxième élément sensible 20 constitue la sonde secondaire S d'un contrôle réglable 21 qui, d'après le graphique schématise sur la fig. 3, élabore les données fournies par 19 et 20, et agit sur une soupape à moteur à trois voies 22 associée à la chaudière 15 par un interrupteur 28.L'installation est complétée par les organes suivants: une soupape à moteur à deux-voies 23 pour mise hors circuit de l'appareil 4, qui peut etre employée par exemple en été quand on désire seulement la fourniture d'eau chaude de consommation; une soupape à moteur 24 à trois voies associée au chauffe-eau 17; une pompe 25 associée au conduit de refoulement de la chaudière 15, et le thermostat correspondant 26; et enfin un groupe de relais de commande 27. Les thermostats sont étalonnes de façon qu'on utilise d'abord énergie solaire rayonnante, et que, seulement quand cette énergie manque complètement ou bien est insuffisante, liinstallation met en marche la chaudière auxiliaire et complémentaire 15, qui est réglée en température d'après la saison ou disposée préalablement de façon à exclure le système auxiliaire. Ce qui précède montre que le fonctionnement de l'installation dans son ensemble est clair pour les spécialistes de cette technique, sans qu'if soit nécessaire d'entrer dans d'autres détails. gien entendu diverses modifications peuvent être apportées par homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Installation de récupération de l'énergie solaire, caractérisée en ce qu'elle comprend: un organe collecteur ou absorbeur de l'energie solaire rayonnante; un circuit comportant des organes de circulation à- écoulement unidirectionnel du fluide réchauffé par l'organe collecteur; un ou plusieurs appareils utilisateur par échange thermique parcourus par le fluide pour transférer directement a l'utilisation la chaleur captée; un dispositif pour empêcher la circulation quand le dispositif de commande de cette circulation cesse do fonctionner; un circuit complémentaire de te e habituels séparé et indépendant du circuit de l'énergie solaire, et dec organes mutuellement dépendants de commande pour faire fonctionner la source complémentaire de chaleur seulement lorsque le circuit à énergie solaire ne fonctionne pas ou fonctionne insuffisamment par manque l'énergie solaire. ?) ins tallation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend: un dispositif d'accumulation du fluide d'utilisation, disposé en aval de l'utilisateur à action directe, et pouvant accumuler la chaleur résiduelle quand la température du fluide de retour est supérieure à la température do tout ou partie de la quantité de fluide existent; un dispositif d'optimisation du système d'accumulation, et un dispositif d'utilisation de la chaleur accumulée. 3) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'on prévoit un premier et un deuxième organes mutuellement associés, le premier organe étant. un organe sensible et différentiel de température. et pouvant, avec le deuxième organe précité, envoyer le fluide de retour alternativement à l'accumulateur et au captour solaire. Sr) installation selon la revendication 1; caroatérisée en ce que la collecteur est constitué par une plaque à faisceu tubulaire, dans laquelle le conduit d'arrivée et le conduit de sortie sont disposés sur les côtés opposés de l'axe longitudinal de la plaque, celle oui étant montée de façon que le conduit de sortie soit à un niveau plus élevé que le conduit d'arrivée 5) installation selon la revendication 1, caractérisés en ce que le circuit du fluide d'utilisation est un circuit à crculation forcée unidirectionnelle, des éléments sensible à la tcrtp'rature et à la luminosité étant prévus et installés à proximité du collecteur d'énergie solaire. 6) installation selon la revendication 1, caractérisée par un dispositif de synchronisation ouzton la luise en CilXCUi-, compensée et retardée de la source complémentaire de chaleur, dans laquelle le dispositif final d'échange thermique peut comprendre une première partie ou portion associée au circuit à énergie solaire, et une deuxième partie indépendante associée à la source complémentaire de chaleur. 7) Installation selon la revendication I pour une instalwation de chauffage, caractérisée en ce que le dispositif d'écharpe thermique associé à la source d'énergie solaire est installé en série, ceux âes locaux tournés vers le nord étant placés en amont de ceux des locaux tournés vers le sud.