Brevet FR2379787A1 — publié le 19780901

La présente invention est relative aux accumulateurs d'énergie calorifique du genre de ceux utilisés dans les installations thermiques, notamment à énergie solaire, mais non exclusivement, et comprenant un réservoir d'accumulation d'eau chaude dans lequel est prisonnier un échangeur de chaleur, recevant énergie issue du générateur calorifique, un accélérateur statique surmontant l'échangeur et destiné à intensifier la circulation de l'eau par thermosiphon. L'accélérateur statique est généralement constitué par un tube prolongeant, verve haut, la colonne d'eau chaude sortant du faisceau de l'échangeur. Ce mode d'accélération présente des inconvénients. Au contact de l'échangeur, la température s'élève dans la cuve, l'eau chaude s'accumule à la partie supérieure de l'appareil. Lorsqu'on ouvre un robinet d'eau chaude, le volume prélevé est ausssitOt remplacé par un volume égal d'eau froide qui envahit l'échangeur, la circulation par thermosiphon s'intensifie immédiatement, créé une turbulence qui a pour effet de réchauffer la veine d'eau froide mais cela au détriment de masse d'eau chaude à laquelle elle est brutalement mélangée sans avoir eu le temps d'absorber les calories fournies par l'échangeur. Le but de l'invention~est de remédier à ces inconvénients. C'est ainsi que dans une cuve, constituée par une enveloppe métallique convenablement calorifugée, se trouve stocké un liquide accumulateur dans lequel sont noyés un échangeur primaire, relié à une source d'énergie calorifique telle par exemple qu'un capteur solaire, mais non exclusivement et deux échangeurs secondaires destinés à alimenter une installation de chauffage et/ou sanitaire. Selon l'invention, on équipe ladite cuve d'un accélérateur statique permettant d'assurer la stratification du liquide accumulateur en couches étagés dont la température progresse de couche en couche, du bas vers le haut. C'est dans l'espace compris entre l'échangeur primaire et les échangeurs secondaires qu'est disposé l'accélérateur statique obJet de l'invention. Cet accélérateur statique est caractérisé par le fait qu'il est constitué par plusieurs éléments tronconiques, superposés, judicieusement espacés les uns des autres et ménageant chacun, en leur centre, une ouverture circulaire pour le passage du liquide, réchauffé par l'échangeur primaire situé à la base de la cuve et un espace annulaire, de faible section, réservé entre la périphérie des éléments et la paroi intérieure de la cuve, pour le retour vers 11 échangeur primaire du liquide qui vient de céder ses calories à l'échangeur secondaire situé à la partie supérieure de ladite cuve. L'avantage de cet accélérateur est qu'il assure le cheminement et la stabilisation des calories vers le haut de l'appareil où elles se transmettent aux échangeurs chargés de distribuer l'eau de consommation et/ou d'alimenter des radiateurs ou des aérothermes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en se référant au dessin annexé qui représente schématiquement et, simplement à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'accumulateur concerné. La planche unique montre en coupe verticale l'accumulateur selon l'invention. Cet accumulateur est constitué, à la manière connue, par une cuve 1, de préférence de forme cylindrique, de dimensions appropriées avec des parois calorifugées 2. Cette cuve 1 contient un liquide accumulateur d'énergie calorifique. Dans un échangeur primaire 3, logé à la partie inférieure de la cuve, circule un fluide caloporteur provenant, soit d'un capteur solaire, soit de toute autre source d'énergie calorifique, gracie à une canalisation d'arrivée 4 et de retour 5. Cet échangeur est relié à un vase d'expansion, non représenté, par une canalisation 6. A la partie supédeure de la cuve sont situés deux échangeurs secondaires, l'un 7, destiné par exemple à alimenter, par les canalisations de conduite 8 et de retour 9, une installation de chauffage par radiateurs ou aérothermes et l'autre 10, destiné à l'alimentation, par canalisation d'aller Il et retour 12 d'une installation d'eau chaude sanitaire. Le fond supérieur de la cuve est muni d'une soupape de dégazage automatique 13. Dans l'espace volumétrique régnant entre ltéchangeur primaire inférieur-3 et les échangeurs secondaires supérieurs 7 et 10, est installé l'accélérateur statique composé, dans l'exemple choisi, de quatre éléments métalliques 14 qui affectent une forme substantiellement tronconique offrant un angle au som, met, par exemple de l'ordre de 1500. Chaque élément est découpé par une ouverture circulaire centrale 15 d'un diamètre d, tandis que la périphérie de sa base 16 est reliée à la paroi intérieure de la cuve par des pattes, non représentées sur la figure pour que l'espace annulaire 17, qui sépare ladite base de la paroi, apparais se clairement En effet, le diamètre D de la base de chaque élément 14 est sensiblement inférieur à celui intérieur Dl de la cuve. A titre d'exemple, non restrictif, si le diamètre int6- rieur Dl de la cuve mesure 1000 mm, les diamètres des éléments 14 doivent présenter les dimensions suivantes : diamètre de la base 16, soit D = 980 mm et diamètre de l'ouverture 15, soit d = 20 mm. il en résulte que la largeur de l'espace annulaire 17 mesure 10 mm. Ces éléments tronconiques 14 sont superposés, parallé- lement de manière que les ouvertures centrales 15 soient verticalement les unes au dessus des autres. La distance qui sépare ces éléments peut titre comprise entre un tiers et deux tiers du diamètre D1 de la cuve. Cette disposition détermine des étages successifs repérés El - E2 - 33 E4 - ES de haut en bas de la cuve. Les étages El et E5 étant occupés en partie respectivement par les échangeurs 7 - 10 et 3 qui baignent dans le liquide accumulateur, chaque étage contient donc une couche du liquide accumulateur. Le fonctionnement de cet accumulateur a lieu de la fa çon suivante : l'échangeur primaire 3, disposé à la base de la cuve et alimenté par une source d'énergie calorifique quelconque, cède ses calories au liquide accumulateur contenu dans la cuve. Ce liquide se met en mouvement vers le haut de l'appareil en empruntant la cheminée centrale constituée par les ouvertures 15 des éléments 14 superposés. Par thermosiphon, ce liquide réchauffé chasse, en sté- levant, le liquide moins chaud qui redescend d'étage en étage par l'espace annulaire 17, pour reprendre sa charge de calories au niveau de l'échangeur primaire 3 et s'élever à nouveau par la cheminée. Il en résulte une stratification calorifique du fait que la masse de liquide incluse dans l'étage El, située à la partie supérieure de la cuve, au dessus du premier élément 14 fait son plein de calories puis qu'à son tour, la couche de liquide E2 incluse entre le premier élément 14 et le second 14a se charge en calories et ainsi de suite jusqu'à l'obtention d'une température maximum et homogène. L'accumulateur est alors chargé complétement. L'énergie calorifique est conduite à son lieu d'utilisation par l'intermédiaire des échangeurs secondaires 7 et 10 qui sont reliés aux installations de chauffage et/ou d'eau chaude sanitaire par les canalisations respectives 8 et 9 - Il et 12, d'aller et retour. Cet accumulateur doit présenter un minimum de surface développée pour un maximum de volume. Pour le calcul de la capacité d'un accumulateur d'énergie calorifique selon l'invention, il y a lieu d'introduire les éléments suivants - conditions climatologiques du lieu d'implantation, - nombre de calories disponibles pour sa charge, - fréquence de l'émission calorifique, - puissance de l'installation utilisatrice de l'énergie.. Lorsque l'accumulateur ne correspond pas à la réserve exigible par l'installation thermique utilisatrice de l'énergie, un appoint peut ttre envisagé par l'implantation d'éuetteurs calorifiques dans un des étages E. Pour ce faire, on calcule avec précision la hauteur à laquelle il faut placer la source auxiliaire d'énergie (autrement dit, dans quel étage il est nécessaire de la situer). Ce calcul doit s'effectuer en fonction - de la fréquence d'émission, - de la puissance calorifique, - des exigences de l'installations utilisatrice. Dans un tel montage, l'accumulateur stoppe sa charge au niveau de l'émetteur, commandé par un aquastat. Les applications sont multiples, charge temporaire par courant électrique, de nuit par exemple, charge par éolienne, etc... Cependant la réalisation décrite concerne plus particulièrement l'utilisation dans une installation thermique i énergie solaire. Dans ce cas, pendant les heures d'ensoleillement, les capteurs envoient leur énergie sous forme calorifique à ltéchtn geur bas 3 par l'intermédiaire du fluide caloporteur. REVENDICATIONS 1 - Accumulateur d'énergie calorifique comprenant une cuve calorifugée contenant un liquide d'accumulation calorifique et à l'intérieur de laquelle sont également logés, à la partie inférieure, au moins un échangeur primaire recevant un fluide caloporteur provenant d'une source calorifique et, à la partie supérieure, au moins un échangeur secondaire, pour distribution de l'énergie accumulée, caractérisé par le fait que dans l'espace compris entre les échangeurs primaire et secondaire, est installé un accélérateur statique constitué par plusieurs éléments métalliques de forme substantiellement tronconique, superposés, Judicieusement espacés, pour assurer une stratification du liquide accumulateur contenu dans la cuve. 2 - Accumulateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments, constituant l'accélérateur statique, snnt des cônes métalliques (14) à grand angle qui a été tronqué pour produire une ouverture circulaire (15). 3 - Accumulateur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la grande base (16) des éléments tronconiques (14) est sensiblement inférieure au diamètre intérieur de la cuve de l'accumulateur, de manière à réserver à la périphérie de la base (16), un espace annulaire (17) de faible section. 4 - Accumulateur suivant la revendication 1, caractérisi par le fait que plusieurs pattes radiales, de fixation, s'étendent de la base (16) des éléments (+4) Jusqu'à la paroi intérieure de la cuve (1). 5 - Accumulateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments (14) de l'accélérateur statique sont superposés parallèlement de manière à ce que leur trou central et l'espace réservé entre eux correspondent respectivement à des fractions du diamètre de la cuve et que cette superposition engendre des étages successifs (E). 6 - Accumulateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que un ou plusieurs émetteurs auxiliaires d'énergie sont implantés dans un ou plusieurs des étages (E-).