Brevet FR2305695A1 — publié le 19761022

Ltune des questions les plus importantes pour les appareils relatifs à la production d'eau chaude par accumulation de l'énergie solaire, est d'obtenir un bon rendement; car, au cours de la journée, la quantité d'énergie solaire captée est variable et, par ailleurs, il est indispensable que le rendement de l'appareil soit élevé pour qu'il soit utilisable en toutes saisons et dans les régions d'insolation modérée.Le but de la présente invention est précisément de prévoir des dispositions améliorant le rendement dans les appareils comportant un capteur de rayons solaires, un échangeur de chaleur et un réservoir d'accumulation d'eau chaude, et en particulier - mais non uniquement - dans le cas de ceux décrits dans le brevet français n 1.214.839 du 7 JANVIER 1958 au nom de Auguste DELLAC. Dans ces appareils, on prévoit généralement de dIsposer l'échangeur de chaleur à la base du réservoir d'accumulation, l'échangeur étant constitué par un faisceau de tubes verticaux placé à la oartie inférieure d'un corps cylindrique qui se prolonge sans modifIcation notable de son diamètre à une certaine hauteur dans le réservoir d'accumulation.L'eau de ce réservoir circule lIbrement autour de ce corps cylindrique, même dans ia partie où se trouve le faisceau tubulaire. Il peut exister, dans les appareils de ce genre, des troubles dans le régime de l'échangeur qui fonctionne en thermo-siphon, du fait que, notamment, de l'eau a tendance à monter directement dans le réservoir accumulateur sans traverser l'échangeur, et que la température de l'eau, dans la partie basse du réservoIr, s'élève trop rapidement produisant dans celui-ci un état d'asc- thermie défavorable au bon fonctionnement. L'expcrience 3 montré que le rendement des appareils de ce genre peut être amélioré en adoptant des dispositions qui permettent d'augmenter la différencie ce température entre le liquide sortant de l'échangeur et celui qui se trouve à la partie nie- rieure du réservoir d'accumu'ation, de manière N rendre plus efficace et plus régulier le çonctiannement en thermo-siphon. L'appareil suIvant la présente invention comporte, à cet effet, tout ou partie des dispositions suivantes 4 . - Le faisceau tubulaire dE l'échangeur est contenu dans une capacité communiquant avec l'interieur du rservoir d'accumulation par une tubulure de faible section relative de manière à augmenter la vitesse d'entrée de l'eau dans le réservoir. 2.- Dans une première variante, l'échangeur est extérieur au réservoir d'accumulation et les tubes de son faisceau sont parcourus seuls de bas en haut par le liquide venant de l'accumulateur par une canalisation spéciale. 3.- Dans une seconde variante, ltéchangeur est placé dans la partie inférieure du réservoir d'accumulation, mais l'enveloppe contenant le faisceau tubulaire de l'échangeur est séparée du liquide du réservoir par une paroi calorifuge. A titre d'exemple et pour faciliter l'intelligence de la description, on a représenté aux dessins annexés Figure 1, une vue schématique d'une première forme de réalisation du dispositif objet de l'invention. Figure 2, une vue schématique diune seconde forme de réalisa tion.- Figure 3, une vue schématique de la partie intérieure à l'échangeur du tube amenant l'eau chauffée dans le capteur. En se reportant à la figure 1 on voit que l'appareil comporte dans cet exemple un échangeur de chaleur constitué d'un corps cylindrique 1 recevant le liquide chaud provenant d'un capteur d'énergie solaire (non représenté) par une tubulure 2, ce liquide retournant 3U capteur, après avoir cédé ses calories, par une tubulure 3. Dans le corps 1 se trouve un faisceau de tubes 4 disposé entre deux collecteurs 5 et 6; le réservoir accumulateur d'eau chaude 7 communique avec le collecteur 5 par une tubulure 8. Du collecteur 6 part un tube de diamètre réduit 9, très inférieur au diamètre du corps cylindrique 1, comportant une gaine calorifuge 10 sur au moins une partie de sa hauteur, par exemple en rilsan ou en tout autre matériau isolant qui ne soit pas nuisible au point de vue alimentaire; de sorte que l'eau à température relativement élevée provenant du collecteur 6 n'a pas subi de baisse notable de température avant de se diffuser à la partie supérieure du réservoir 7, d'où part la tubulure de sortie d'eau chaude 11. L'échangeur de chaleur 1 et le réservoir d'accumulation 7 sont tous deux contenus dans une capacité extérieure 12 remplie de laine de verre ou analogue pour éviter les déperditions de calories et éviter des échanges directs de chaleur entre l'échangeur et le réservoir d'accumulation 7. Ainsi qu'il a été dit ci-dessus, le tube 9 est de diamètre réduit par rapport à celui du collecteur 6.Pour les dimensions usuelles de réservoir, sa section est avantageusement comprise entre 80mm2 et 2.000mm2 ; de bons résultats sont obtenus, pour un réservoir ou chauffe-eau d'une contenance de 300 litres en adoptant pour ce tube 9 une section comprise entre 180 mm2 et 900 mm2. Dans cet exemple, le tube 8 de communication entre le réservoir et l'échangeur peut avoir, pour les capacités usuelles une section de 1.200 mm2 à 5.000 mm2 et, de préférence, pour un réservoir de 300 litres de 1.200 mm2 à 3.000 mm2. La rentrée d'eau fraîche, pour remplacer l'eau chaude débitée par la canalisation 11, s'effectue au moyen d'une canalisation 13 débouchant dans le tube 8 avant l'entrée dans l'échangeur.- Pour prévoir une bonne répartition dans le corps cylindrique1 de l'eau chaude arrivant du capteur par le tube 2, celui-ci peut avantageusement traverser le corps cylindrique sensiblement dans toute sa largeur et comporter une série de trcus d'entrée tels que 14, comme on le voit à la figure Dans ces conditions, le risque d'isothermie dans le réservoir n'existe plus, la vitesse ascensionnelle de l'eau chaude dans le tube 9 étant augmentée et les surfaces de contact entre l'échangeur et le réservoir étant supprimées.De plus, l'efficacité de l'effet de clapet thermique", c'est-à-dire de la perte de calories pendant la nuit où le capteur diffuse des calories au lieu d'en recevoir, se trouve amélioré. L'appareil peut donner-un rendement justifiant son adoption, même dans des régions de faible insolation. Avec la forme de réalisation représentée à la figure 2 on obtient des résultats appréciables, bien qu'ils soient moins perfaits que dans le cas de la figure 1, tout en conservant à l'appareil une structure d'ensemble assez voisine de celle décrite au hrevet ne 1.214.839. Ceci est obtenu, en donnant à l'échangeur la même forme que dans le cas de la figure 1, avec une tubulure de sortie de section réduite 15 et en procédant à un calorifugeage par exemple par gaines de rilsan ou analogue, d'une part en 16 sur le corps cylindrique de l'échangeur et en 18 sur son collecteur supérieur et d'autre part, en 17 sur une partie de la hauteur du tube 15. - REVENDICATION5 1.- Appareil pour la production d'eau chaude par accumulation d'énergie solaire comportant un capteur de rayons solaires, un échangeur de chaleur et un réservoir-d'accumulation d'eau chaude, caractérisé par le fait que le faisceau tubulaire de l'échangeur est contenu dans une capacité communiquant avec l'intérieur du réservoir par une tubulure de section faible par rapport à celle de cette capacité, de manière à augmenter la vitesse d'entrée de l'eau dans le réservoir. 2.- Appareil suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la tubulure reliant l'échangeur au réservoir est-calorifugée sur sa partie inférieure dans le réservoir. 3.- Appareil suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la section de la tubulure est comprise entre 180 mm2 et 900 mm2 pour un réservoir de 300 litres. 4.- Appareil suivant les revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que l'échangeur est extérieur au réservoir et est parcouru uniquement de bas en haut parole liquide venant de l'accumulateur par une canalisation spéciale. 5.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que la canalisation reliant le réservoir à l'échangeur a, pour un réservoir de 300 litres, une section comprise entre 1.250 mm2 et 3.000 mm2. 6.- Appareil suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que le faisceau tubulaire de l'échangeur est compris entre deux collecteurs, le collecteur supérieur fournissant l'eau chaude au réservoir par la tubulure de faible section et le collecteur inférieur recevant par la canalisation spéciale liteau à température moins élevée provenant du bas du réservoir. 7.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que le réservoir et 11 échangeur sont contenus dans une capacité remplie d'une matière isolante telle que~la laine de verre. 8.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications I à 7 caractérisé par le fait que l'eau fraîche de remplacement est introduite dans le circuit par un conduit débouchant dans la canalisation spéciale avant ltentrée de celle-ci dans le collecteur inférieur de l'échangeur.- 9.- Appareil suivant les revendications 1, 2 et 6 caractérisé par le fait que l'échangeur est disposé dans la partie inférieure du réservoir d'accumulation et que son corps cylindrique est garni ainsi que le collecteur supérieur et la partie inférieure de la tubulure de faible section, d'un revêtement isolant.