Brevet FR2321095A1 — publié le 19770311

t1 invention est relative à un accumulateur mixte d'énergie calorifique comprenant un réservoir de stockage dteau contenant une masse accumulatrice, un ou plusieurs dispositifs de chauffage de l'eau stockée et un ou plusieurs dispositifs de restitution de la chaleur accumulée. Les accumulateurs de chaleur apportent une solution au problème de régulation du chauffage, résultant des irrégularités de consommation ou de production liées au manque de continuité de la source d'énergie ou au cott variable de cette énergie selon la période d'utilisation. La capacité de stockage d'un accumulateur est proportionnelle à la masse, à la chaleur spécifique et à la température du matériau de stockage. Dans les accumulateurs simples la température de stockage est déterminée d'une part par la température maximale de la source d'énergie et d'autre part par le moyen d'extraction, plus particulièrement de la température maximale admise du fluide extracteur laquelle doit Aetre adaptée à l'utilisation. L'accumulation par chauffage d'eau est particulièrement appropriée au chauffage de locaux ou à la fourniture d'eau chaude domestique, la température de stockage et donc d'utilisation étant alors pratiquement comprise entre500 et 8cor. Cette gamme de températures correspond également à la température susceptible d'entre obtenue par un capteur solaire à chauffage d'eau totalement ou partiellement stockée ensuite dans un réservoir. Le développement de ces installations solaires fort simples se heurte par contre au volume important des réservoirs de stockage parce que le volant calorifique nécessaire est lui même important. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et de permettre la réalisation d'un accumulateur mixte d'énergie calorifique conservant l'avantage de simplicité du stockage de chaleur par l'intermédiaire dteau chaude à une tempé- rature inférieure à son point d'ébullition. L'accumulateur selon l'invention est caractérisé par le fait qutil comporte de plus une masse accumulatrice de chaleur latente contenue dans une enveloppe en bon contact thermique avec l'eau stockée, le matériau constitutif de ladite masse ayant un point d fusion compris entre les températures de ladite eau chauffée et de ladite eau à une température inférieure, de manière à accumuler ladite chaleur latente. I1 est bien connu que la chaleur massique d'un corps est notablement inférieure à sa chaleur latente et que le changement d'état permet d'accumuler ou de restituer une quantité importante de calories. Selon la présente invention, la masse accumulatrice présente un point de fusion compris entre 500 et 750C et est constituée par un sel organique, en particulier de l'acétate de soude trihydraté dont le point de fusion est voisin de 580 c. L'accumulateur peut Aetre utilisé dans des installations de captage d'énergie solaire par chauffage d'eau laquelle peut être stockée directement dans le réservoir accumulateur ou chauffer l'eau stockée par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur. L'eau stockée peut être chauffée complémentairement par une résistance électrique ou tout autre dispositif chauffant destiné à suppléer à l'apport d'énergie solaire lorsqutelle est insuffisante ou nulle. Les capteurs solaires du genre mentionné permettent d'atteindre des températures appropriées à une accumulation par fusion de la masse accumulatrice. Une autre application préférentielle de l'accumulateur selon l'invention est constituée par le chauffe-eau, notamment pour l'usage domestique, à chauffage électrique seulement ou mixte solaire et électrique, la masse accumulatrice étant immergée dans le ballon d'eau et constituant un volant calorifique important. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de différents modes de mise en oeuvre de I'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés au dessin annexé, dans lequel la figure 1 est une vue schématique en coupe et en élévation d'une installation de chauffage solaire, à accumulateur mixte, selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un chauffe-eau électrique à accumulateur mixte selon l'invention. Sur la figure 1, un capteur solaire plan 10, d'un type bien connu, comporte un réservoir plan et mince 12 de circulation d'eau raccordé à un conduit d'amenée 15 et un conduit de sortie 14. Le réservoir 12 est exposé à travers une vitre simple ou double li aux rayons solaires qui échauffent l'eau circulant dans ce réservoir 12, soit par simple effet thermique, soit par une pompe 15. Les conduits 15, 14 sont raccordés à un réservoir de stockage 20, respectivement à la partie inférieure et à la partie supérieure de ce dernier de manière à constituer un circuit fermé de circulation d'eau par effet thermique dans le sens indiqué par les flèches sur le dessin. Le réservoir d'eau 20 comporte une conduite de retour d'eau d'utilisation 23 à la partie inférieure et une conduite d'extraction 22 raccordée à la partie supérieure du réservoir, chacune pouvant être munie d'un robinet 25. Une telle installation, particulièrement simple et économique, permet un chauffage de liteau stockée dans le réservoir 20 par circulation dans le circuit fermé et le réservoir 12 et une extraction de liteau chaude stockée par refoulement par la conduite 22 et retour d'eau froide par la conduite 23.L'eau assure la triple fonction de fluide caloporteur, de fluide de stockage partiel et de fluide extracteur de chaleur A l'intérieur du réservoir 20 est fixée une enveloppe 24 contenant une masse accumulatrice 21 constituée par de l'acétate de soude trihydraté. L'enveloppe 24 peut étre accrochée, de la manière représentée à la figure 1, au fond supérieur du réservoir 18 et être prévue pour supporter la dilatation résultant-de la solidification de l'acétate de soude trihydraté. Le point de fusion de l'acétate de soude trihydraté est voisin de 580C et il est facile de comprendre que la masse 21 en contact thermique de l'eau stockée dans le réservoir 20 change d'état lorsque la température de l'eau atteint le point de fusion, en l'occurrence 580C.Une résistance électrique 19, immergée dans l'eau de l'accumulateur 20 ou dans la masse accumulatrice 21, permet d'accumuler complémentairement des calories d'origine électrique, en particulier pendant les heures creuses de nuit où l'énergie électrique est économique et la contribution de l'énergie solaire nulle. Le fonctionnement de ltinstallation selon la figure 1 est le suivant Lorsque liteau stockée dans le réservoir 20 est froide, la masse 21 est solide. Sous Inaction des rayons solaires l'eau dans le capteur 10 s'échauffe et par effet thermique ou par pompage est mise en circulation dans le circuit constitué par les conduits 14, 13, le réservoir 12 et le réservoir 20. Cette circulation d'eau provoque une élévation de température de l'eau dans le réservoir 20 et conjointement un échauffement de la masse 21 en bon contact thermique de l'eau stockée. Lorsque la température de la masse ac cumulatrice atteint la température de fusion de 580C un changement d'état intervient, la température étant maintenue à 58 C pendant toute la durée de fusion de la masse 21. La chaleur latente accumulée par la masse 21 en fusion est notablement supérieure à la chaleur massique de l'eau. Le chauffage peut se poursuivre jusqu'à une température voisine de la température maximale du capteur solaire 10, l'eau stockée et la masse fondue 21 s'échauffant conjointement jusqu'à 800C par exemple. Pendant la période dtutilisa tion d'eau chaude, notamment pour le chauffage ou pour tout autre usage domestique, le robinet 25 est ouvert et l'eau introduite par la conduite 23 refoule de liteau chaude par la conduite 22.Si l'ex- traction de calories par prélèvement dteau chaude par la conduite 22 correspond à l'apport de calories fourni par le capteur solaire 10, la température de l'eau et de la masse 21 reste pratiquement constante. Dans le cas d'une extraction supérieure, notamment pendant les périodes d'inactivité du capteur solaire 10 et d'énergie électrique chère pendant les heures de pointe, le réservoir 20 et la masse accumulatrice 21 restituent les calories emmagasinées d'une part par refroidissement progressif et lors de l'abaissement à une température de 580C, par solidification de la masse accumulatrice 21.La chaleur latente emmagasinée, particulièrement importante, est intégralement restituée lors du changement d'état avant tout abaissement de la température, en-dessous de la valeur de fusion de 580C.I1 est facile de voir que la présence de la masse accumulatrice 21 correspond à une réduction notable du volume que présenterait le réservoir 20 en l'absence de la masse 21. La capacité importante de stockage d'énergie calorifique de l^ac- cumulateur selon 1 t invention, la simplicité de l'appareil et l'en- combrement réduit permettent une utilisation très large de telles installations pour le chauffage ou la fourniture d'eau chaude, par captation d'énergie solaire, de maisons individuelles ou collectives. La masse accumulatrice 21 peut être logée dans une enveloppe de forme quelconque, notamment à paroi rigide pourvue d'ailettes, facilitant l'échange thermique avec l'eau environnant, des dispositifs judicieux de dilatation compensant les variations de volume résultant du chauffage de la masse 21. L'enveloppe 24 peut également gainer entièrement ou partiellement la paroi interne du réservoir 20 laquelle est évidemment calorifugée de la manière usuelle. L'eau circulant dans ltensemble du système peut être de l'eau glycolée pour éviter le gel de l'installation, ou tout autre liquide ayant des propriétés identiques. En ce cas l'extraction de calories pour l'eau chaude à usage domestique est faite en faisant circuler cette eau dans un circuit indépendant, échangeur de chaleur, immergé dans le réservoir 20. Les avantages de ltaccumulateur mixte selon llinven- tion sont manifestes dans l'application préférentielle décrite ci-dessus, mais il est clair que d'autres applications peuvent être envisagées, notamment dans le cas d'un chauffe-eau électrique à accumulaton, par exemple du type illustré à la figure 2, qui est décrit ci-après. Un réservoir cylindrique 30 d'eau chaude comporte un orifice et une conduite d'admission d'eau froide 31 débouchant à la partie inférieure du réservoir et une conduite de prélèvement d'eau chaude 32 débouchant-au voisinage de la partie supérieure du réservoir. Un élément de chauffage électrique à résistance 33 plonge soit dans l'eau stockée danse réservoir 30, soit dans une masse accumulatrice 36 décrite ci-dessous, les bornes étant reportées à la partie extérieure. Un tel chauffe-eau électrique à accumulation est bien connu et est équipé d'organes de régulation thermostatiques bien connus et qui ne seront pas décrits par la suite.A l'intérieur du réservoir 30, un autre réservoir cylindrique coaxial 34 communique par sa partie supérieure par un orifice 35 avec le milieu ambiant et est remplie d'une masse 36 constituée par de ltacétate de soude trihydraté Le fonetionnement du chauffe-eau selon la figure 2, ressort de la description sus-mentionnée, la fusion de la masse 36 intervenant dès que la température soit de l'acétate, soit de 11 eau stockée dans le réservoir 30 atteint la température de 58"C. Les dilatations thermiques de la masse 36 sont autorisées par la communication directe par l'orifice 35 avec le milieu ambiant.La présence de la masse accumulatrice 36 de la chaleur latente permet de réduire très notablement le volume du réservoir 30 tout en conservant sa capacité d'accumulation calorifique. Un autre avantage consiste en ce que la plus grande partie des calories est accumulée dans la masse 36 sous forme de chaleur latente; elle sera donc restituée à une température constante, correspondant bien aux besoins d'eau chaude sanitaire et domestique. I1 est bien entendu que la réalisation du réservoir 34 peut être différente tout en restant en bon contact thermique avec l'eau stockée. L'acétate de soude trihydraté présente un point de fu sion particulerement approprié aux températures usuelles dtutili- sation de l'eau chaude, mais il est évident que des corps présen tant des points de fusion et des chaleurs latentes voisins peuvent être utilisés avec les mêmes avantages. L'acétate de soude trihydraté présente une passivité et un prix réduit facilitant son utilisation. L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux différents modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Accumulateur mixte d'énergie calorifique comprenant un réservoir de stockage d'eau des dispositifs de chauffage de lteau stockée et des dispositifs de restitution de l'énergie accumulée par prélèvement d'eau chauffée et remplacement par de l'eau à une température inférieure ou par échangeurs de chaleur, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus une masse accumulatrice de chaleur latente contenue dans une enveloppe en bon contact thermique de l'eau stockée, le matériau constitutif de ladite masse ayant un point de fusion compris entre les températures de ladite eau chauffée et de ladite eau, à une température inférieure, de manière à accumuler ladite chaleur latente. 2. Accumulateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le point de fusion dudit matériau est compris entre 50Q et 750C. 3. Accumulateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit matériau comporte un sel organiques en particulier de l'acétate de soude trihydraté. 4. Installation de chauffage comportant un accumulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes et un dispositif de captage d 1énergie solaire, caractérisée par le fait que ledit dispositif de chauffage comprend un capteur solaire de chauffage d'eau caloporteuse, relié audit réservoir d'eau par un circuit fermé de circulation d'eau. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée par le fait que ledit réservoir communique avec ledit circuit fermé, l'eau stockée dans le réservoir circulant dans le capteur solaire et le circuit fermé et assurant le transfert et le stockage de calories. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée par le fait que ledit réservoir comporte un conduit d'écoulement d'eau stockée pour une restitution d'énergie par distribution d'eau chaude. 7. Installation selon la revendication 5, caractérisée par le fait cue ledit réservoir contient un échangeur de chaleur communiquant la chaleur de l'eau stockée à un circuit indépendant d'utilisation d'eau chaude. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée par le fait qu'elle comporte un dispositif de chauffage électrique en plus du système de captage d'énergie solaire. 9. Chauffe-eau électrique à accumulateur, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ladite masse accumulatrice est contenue dans un récipient en bon contact thermique de l'eau stockée dans ledit réservoir. 10. Chauffe-eau selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit récipient est formé par une poche plongeant dans l'eau stockée et communiquant par la partie supérieure avec le milieu ambiant pour permettre une dilatation thermique.