Brevet FR2353021A1 — publié le 19771223

La présente invention concerne un accumulateur de chaleur utilisant de la terre comme agent d'accumulation et pourvu de moyens servant à introduire de l'énergie thermique dans la terre à partir d'un récepteur d'énergie et de moyens servant à dvacuer ltonergie thermique accumulée vers un dispositif consommateur d'énergie. Dans le cadre des efforts effectues pour mieux utiliser les sources d'énergie et pour exploiter des sources d'nergie qui, jusqu'à présent, n'étaient pas utilisées ou n'étaient utili sdes qu'avec un faible rendement, on s'est à nouveau heurté à l'anergie rayonnante émise par le soleil.Cette énergie est capte au moyen de collecteurs solaires. A l'aide de cette dnergie, on chauffe un agent liquide, dans le cas technologique le plus simple de l'eau. Les frais de fonctionnement d'un collecteur solaire sont peu élevés, Les difficultés résident cependant dans le fait que laensoleillement qui détermine la quantité d'énergie solaire captée varie fortement selon un rythme journalier et saison- nier et ne correspond pas aux besoins du mom t. C'est pourquoi on a besoin d'un accumulateur de chaleur.On connatt des accumulateurs de chaleur à base chimique, des accumulateurs dans lesquels de l'énergie est accumulée sous forme d'eau chaude, et encore d'autres accumulateurs dans lesquels on utilise simplement de la terre comme agent d'accumulation. La terre est un agent d'accumulation intéressant car elle ne cotte pratiquement rien et sa capacité thermique est égale environ à 1,8 fois celle de l'eau. De tels accumulateurs de chaleur à terre destinés au chauffage des maisons d'habitation sont installés dans le jardin ou simplement au voisinage de la maison à chauffer. Pour diverses raisons notamment à cause d'une mauvaise isolation et à cause du fable rendement obtenu lors du transfert de la chaleur dans l'åccumulateur et hors de ce dernier, les accumulateurs de chaleur à terre connus sont-nécessairement tres volumineux. I1 faut donc extraire par cavage une grande quantité de terre pour mettre ku terre et assembler les divers éléments de l'installation. Ceci occasionne beaucoup de frais.A cela s'ajoute le fait que l'aire disponible autour d'une maison ou le terrain appartenant a cette maison est limité. Avec les accumulateurs de chaleur à terre- connus, une accumulation de l'énergie solaire à partir de la période de plein ensoleïllement en été jusqu'à la période de consommation maximum en hiver, n'est possible que moyennant des frais élevés ou n'est pas possible du tout.Cela étant il faut renoncer à chauffer une maison complètement par de l'énergie solaire et n'utiliserlce chauffage que comme complément à un chauffage utilisant: d' autres sources~d'énergies-comms le;:chaon, le gazetc. Cela étant, l'invention a pour but de procurer un accumulateur de chaleur à terre qui puisse autre construit à bon marché et qui permette d'accumuler de l'énergie avec un haut rendement ou avec de faibles pertes et ce, pendant plusieurs mois. A cet effet, un accumulateur de chaleur du type décrit plus haut et conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'un circuit tubulaire primaire raccordé au récepteur d'énergie et ayant la forme d'un serpentin est passé au travers de la terre, un circuit tubula ire secondaire raccordé au dispositif consommateur d'énergie et ayant la forme d'un serpentin disposé à courte distance du serpentin du circuit tubulaire primaire est également passé au travers de la terre et une enveloppe en matière calorifuge enferme les serpentins et est espacée de ceux-ci vers le haut et sur les cités. L'énergie rayonnante du soleil captée, par exemple, au moyen d'un collecteur solaire est envoyée ou introduite dans la terre par l'intermédiaire du circuit tubulaire primaire, par exemple par de l'eau qui y circule à une température quelconque comprise entre 500c et son point d'ébullitions Tout au long de ces serpentins enterrés, la chaleur se propage dans la terre et la chauffe. Ce chauffage se produit à l'intérieur de la zone enfermée par l'enveloppe. Cette zone a un volume d'un ordre de grandeur allant de quelques m3 à un volume plus importants. Ce volume dépend de l'importance du dispositif- consommateur d'énergie ou de l'habitation à chauffer selon ses besoins saisonniers, de la grandeur des récepteurs d'énergie ou des collecteurs solaires et de la structure locale et de la formation de la terre.Dans des conditions idéales, la terre est portée à la température maximum du circuit tubulaire primaire. L'énergie ainsi accumulée est prélevée selon les besoins par le circuit tubulaire secondaire. Les deux circuits tubulaires présentent des robinets ou des valves qui sont ouverts ou fermés chacun selon l'ensoleillement et et la consommation de chaleur. A la fin d'une période de chauffage dans les derniers mois d'hiver, la température de la terre entourée par l'enveloppe est fortement tombée. Avec une température qui n'est plus que légèrement supé rieure à la température ambiante, de l'énergie peut être soutirée par l'intermédiaire d'une thermopompe. Le rendement de l'accumulateur de chaleur à terre conforme à l'invention est élevé. Aucune perte ne se produit lors du transfert de la chaleur du circuit primaire à la terre et de la terre au circuit secondaire. L'énergie accumulée est retenue par l'enveloppe en matière calorifuge. Elle empêche la chaleur de s'échapper vers le haut et vers les côtés. Elle est ouverte vers le bas. Comme la chaleur monte également dans la terre et que, dans l'espace enfermé par l'enveloppe, la terre est plus chaude en haut qu'en bas, peu ou pas de chaleur du tout ne s'échappe vers le bas. L'installation de l'accumulateur de chaleur à terre conforme à l'invention ou de la partie enterrée de cet accumulateur n'exige que peu de travaux de terrassement. Le volume de terre à extraire est limité à l'espace nécessaire à la réception des serpentins des circuits tubulaires primaire et secondaire et de l'enveloppe. La masse de terre formant l'accumulateur de chaleur proprement dit et qui présente le plus grand volume reste dans son emplacement initial et n'est ni extraite par cavage, ni traitée de quelque manière que ce soit. Les frais de fabrication d'un accumulateur de chaleur à terre conforme à l'invention sont par conséquent extrêmement réduits comparés en particulier aux frais de fabrication des accumulateurs de chaleur à terre connus. Les circuits tubulaires sont formés de tubes ou d'un tuyau flexible en métal ou en matière plastique. Les serpentins des deux circuits sont avantageusement montés sur un support. Un tel support est de préférence en métal ou en matière plastique et a la forme d'une natte, d'un tissu ou d'un réseau. Il peut saa- gir d'un lattis métallique, d'un treillis d'armature, d'une plaque de fond d'enduit ou d'éléments analogues. Les serpentins des circuits tubulaires primaire et secondaire peuvent etre montés sur des supports distincts ou ensemble sur un seul support. Dans le serpentin du circuit primaire, la circulation s'effectue du haut vers le bas. Son extrémité supérieure est raccordée à l'alimentation et son extrémité inférieure est raccordée au retour d'une installation de chauffage. Dans le serpentin du circuit secondaire, la circulation s'effectue du bas vers le haut. La terre enfermée par l'enveloppe est ainsi chauffée au maximum dans sa partie supérieure. D'une manière correspondante, sa partie inférieure est chauffée au minimum. Ceci limite les fuites de chaleur vers le bas par l'extrémitS ouverte de l'enveloppe. On réduit ainsi également les pertes occasionnées par migration de la chaleur. Du fait que,dans le serpentin du circuit secondaire, la circulation s'effectue de bas en haut, l'agent qui circule dans ce circuit, par exemple de l'eau, atteint sa température maximum à sa sortie. Dans une forme d'exécution avantageuse, les supports avec les serpentins de l'un ou des deux circuits tubulaires sont noyés ou bétonnés sous la forme d'une plaque dans une masse solide thermoconductrice. Les supports et les serpentins sont ainsi supportés mécaniquement et sont protégés contre les détériorations. Si multanément, ceci empêche des poches d'air de se former entre les serpentins et la terre et améliore la transmission de la chaleur. Finalement, de telles plaques contenant les supports et les serpentins sont faciles à transporter et à mettre en terre. Une telle plaque a, par exemple, 10 cm d'épaisseur. Plusieurs plaques sont de préférence installées à distance les unes des autres en dessous d'une enveloppe commune faite de la matière thermo-isolante. A titre d'indication approximative, on peutdireque, par exemple, quatre plaques sont installées les unes à coté des autres sur une longueur de quelques 10 à 15 mètres. Le montage de l'accumulateur de chaleur conforme à l'invention peut etre réalisé d'une manière simple dans une forme d'exécution avantageuse si on insère ou on descend la plaque ou les plaques dans des tranchées creusées dans la terre. Ces tranchées ont une largeur de quelques 20 à 30 cm et peuvent être creusées au moyen d'outils de cavage spéciaux. Dans une autre forme d'exécution de l'invention, la ou les plaques et ainsi les faces supérieures des tranchées sont disposées à une distance de l'ordre de 20 à 100 cm, de préférence de 30 à 40 cm, en dessous de la surface due la terre. Les plaques ou les tranchées ont une longueur ou une profondeur de l'ordre de quelques mètres. Avant de creuser les tranchées et d'insérer les plaques, on commence par enlever la couche supérieure ou fertile de la terre jusqu' une profondeur de 20 à 100 cm, puis on creuse les tranchées proprement dites, on y insère les plaques, on forme la couverture ou le dessus de l'enveloppe faite d'une matière calo rifuge, puis on comble la fosse au moyen de la terre fertile pré cédemment enlevée. Pour a construction de l'enveloppe, on creuse également des tranchées comme pour la construction ou l'insertion des plaques. L'enveloppe est mise en terre d'un seul bloc ou bien les tranchées sont remplies d'une matière calorifuge. A cet effet on peut utiliser, entre autres, des matières plastiques expansées, des fibres minérales, de la perlite soufflée, de la pierre ponce etc. La couverture de l'enveloppe est plus épaisse que ses parois latérales. Ceci est motivé par le fait que la chaleur a davantage tendance à s'échapper vers le haut que vers les côtés. Vers le bas, l'enveloppe s'étend au-delk des bords inférieurs des plaques. Ceci empêche les fuites de chaleur vers le bas ainsi que vers le bas et latéralement. L'enveloppe est ouverte vers le bas. Une forme d'exécution de l'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé, dans lequel : la Fig. 1 est une vue de côté schématique de l'accumula teur de chaleur en coupe, la Fig. 2 est une vue du dessus suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1, et la Fig. 3 est une vue de conté d'une plaque suivant la ligne 3-3 de la Fig. 1. Les figures illustrent la terre en pointillé. En dessous de sa surface 12 se trouve l'enveloppe avec sa couverture ou son dessus 14 et ses parois latérales 16. Dans la forme d'exécution représentée > l'enveloppe enferme quatre plaques 18. Dans le cas présent, chaque plaque 18 contient un support, non représenté en détails sur la face postérieure (Fig.3) duquel-est tontéle circuit tubulaire 20 et sur la face antérieure duquel est montS le circuit tubulaire secondaire 22. Ces circuits forment des serpentins sur le support. Ia Fig. 3 montre que l'extrémité d'entrée ou alimentation, du circuit primaire 20 se trouve en haut et son extrémité de sortie ou retour se trouve en bas.Dans le circuit tubulaire secondaire 22, l'extrémité d'entrée ou alimentation se trouve en bas et l'extrémité de sortie ou retour se trouve en haut. Pour bâtir l'accumulateur de chaleur à terre conforme à l'invention, on enlève de la terre jusqu'à la profondeur prévue pour la face inférieure du dessus ou de la couverture 14 de l'enveloppe. On creuse ensuite des tranchées pour les parois latérales 16 ds l'enveloppe et porr les plaques 18. On descend ensuite les plaques 18 en terre. On descend également les parois latérales 16 de l'enveloppe en terre ou bien on remplit les tranchées de matière isolante. On ajoute ensuite un peu de terre, puis on forme la couverture 14 de l'enveloppe. En dernier lieu, on comble la fosse avec de la terre ordinaire ou fertile Jusqu'au niveau de la surface initiale 12. On raccorde alors le circuit tubulaire primaire 20 et le circuit tubulaire secondaire 22 de chaque plaque. L'accumulateur de chaleur à terre conforme à l'invention est ainsi prit à fonctionner. REVENDICATIONS 1.- Accumulateur de chaleur utilisant de la terre comme agent d'accumulation et pourvu de moyens servant à introduire de l'énergie thermique dans la terre a partir d'un récepteur d'énergie et de moyens servant à évacuer l'énergie thermique accumulée vers un dispositif consommateur d'énergie, caractérisé en ce qu'un circuit tubulaire primaire (20) raccordé au récepteur d'énergie et ayant la forme d'un serpentin est passé au travers de la terre, un circuit tubulaire secondaire (22) raccordé au dispositif consommateur d'énergie et ayant la forme d'un serpentin disposé à courte distance du serpentin du circuit primaire (20) est également passé à travers la terre et une enveloppe (14, 16) en matière calorifuge enferme les serpentins et en est espacée vers le haut et sur les c6tés. 2.- Accumulateur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les serpentins des deux circuits (20, 22) sont montds sur un support. 3. - Accumulateur de chaleur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les supports sont en métal ou en matière plastique ayant la forme de nattes, de tissus ou de réseaux. 4. - Accumulateur de chaleur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le support est un lattis métallique, un treillis d'armature ou une plaque de fond d'enduit. 5..AccLmi1ateur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les serpentins des deux circuits (20 et 22) sont montés sur des supports distincts. 6. - Accumulateur de chaleur~suivant l'une quelconque des revendications à 4, caractérisé en ce que les serpentins des deux circuits (20 et 22) sont montés sur un support commun. 7.~ Aecumulabeur de chaleur suivant l'une qpKlconque des revendications à 6, caractérisé en ce que les supports avec les serpentins sont noyés dans une masse solide et bonne conductrice de la chaleur sous la forme d'une plaque (18). 8.- Accumulateur de chaleur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que plusieurs plaques (18) sont disposées à distance les unes des autres en dessous d'une enveloppe comme faite de la matière calorifuge. 9. - Accumulateur de chaleur suivant l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la ou les plaques (18) sont insérées dans des tranchées creusées dans la terre. 10.- Accumulateur de chaleur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le bord supérieur de la tranche et ainsi de la plaque (18) ou des plaques (18) se trouve à une distance de l'ordre de 20 à 100 cm, de préférence de 30 à 40 cm, en dessous de la surface de la terre (12), et les tranchées et ainsi la ou les plaques (-18) ont une profondeur ou une longueur de l'ordre de quelques mètres. 11.-; Accumulateur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications à lO, caractérisé en ce que deux à cinq plaques (18) sont disposées en dessous d'une enveloppe. 12.-Accunulateur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que les parois latérales (16) de l'enveloppe sont insérées ou injectées dans des tranchées creusées dans la terre, la couverture (li) de l'enveloppe est posée ou couléc sur ces parois latérales et sur la terre couvrant la ou les plaques (18) et cette couverture est elle-mese recouverte d'une autre couche de terre. 13. Accumu*lateur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que les parois latérales (16) de l'enveloppe s'étendent vers le bas au-delà de la ou-des plaques (18).