Brevet FR2382649A1 — publié le 19780929

La présente invention concerne un échangeur thermique, notamment pour une installation de chauffage solaire comportant une source chaude, telle qu'un capteur solaire, reliée par un circuit de fluide caloporteur à une capacité de stockage thermique de l'échangeur. Des moyens sont prévus pour utiliser ensuite l'énergie thermique ainsi accumulée dans la capacité de stockage. On connais diverses réalisations d'échangeurs du genre qu'on vient d'indiquer, par exemple pour des installations individuelles ou collectives de chauffage de logements ou de locaux administratifs ou industriels. En général, les échangeurs connus du genre précité sont relativement complexes et onéreux, et d'un rendement médiocre, du fait des circuits internes habituellement adoptés pour extraire l'énergie thermique accumulée dans la capacité dont les parois doivent être protégées par un reveAtement isolant. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients qu'on vient d'indiquer, en permettant de réaliser de manière industrielle et économique un échangeur d'encombrement limité, d'excellent rendement, et facile 'a installer et à associer à un système de chauffage. Selon l'invention, l'échangeur thermique, notamment pour une installation de chauffage solaire comportant une source chaude reliée par un circuit de fluide caloporteur à une capacité de stockage thermique de l'échangeur, et des moyens pour utiliser l'éner- gie thermique ainsi accumulée dans la capacité de stockage, est caractérisé en ce que la capacité de stockage comporte des parois pourvues de moyens d'échange thermique et de circulation d'air, pour associer la capacité de stockage thermique à un système de chauffage à air pulsé. Grâce aux moyens de rayonnement et aux moyens de circulation d'air des parois, on évite les organes internes onéreux et complexes souvent prévus pour utiliser l'énergie thermique accumulée dans la capacité de stockage. Les moyens précités de rayonnement et de circulation d'air permettent d'une manière commode et économique d'associer la capacité de stockage à un système de chauffage à air pulsé, lui-même économique à réaliser. De préférence, pour une capacité de stockage constituée d'une cuve prévue pour être installée en position de service dans une enceinte thermiquement isolante, les moyens de rayonnement et de circulation d'air comportant des ailettes disposées entre la cuve et l'enceinte isolante précitée, pour assurer un écoulement canalisé d'air le long d'au moins une paroi de la cuve, entre une entrée d'air frais et une sortie d'air réchauffé associée au système de chauffage à air pulsé. D'une manière avantageuse, la sortie d'air réchauffé se trouve du côté haut de la cuve en position de service, l'entrée d'air frais se trouvant du caté bas de la cuve. De préférence, la cuve repose sur un support cloisonné assurant une mise en communication des ailettesae la paroi de la cuve avec au moins un orifice inférieur d'entrée d'air frais sous la cuve. Comme on l'expose plus loin, les dispositions précitées permettent une réalisation industrielle commode et économique de l'échangeur conforme à l'invention. D'autres particularités et avantages de celle-ci ressortiront encore de la description de quelques modes de réalisation, présentés ci-après à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un échangeur conforme à l'invention, associé à un capteur solaire et à un système de chauffage à air pulsé - la figure 2 est une vue en plan par-dessus- de la partie supérieure de l'échangeur de la figure t, suivant II-II, montrant la disposition des ailettes latérales de circulation de la cuve de stockage - la figure 3 est une vue en plan par-dessous de l'échangeur de la figure 1, suivant III-III, montrant la disposition du support cloisonné sous la cuve de stockage - la figure 4, analogue à la figure 1, est une vue schématique en élévation d'une variante de l'échangeur conforme à l'invention, pour un circuit fermé de fluide caloporteur comportant un serpentin principal de chauffage en régime d'hiver et un serpentin auxiliaire de chauffage pour un service d'eau chaude ; - la figure 5 est une vue en bout de l'échangeur de la figure 4, suivant V-V, montrant la face de raccordement de l'échangeur, prévue pour entre reliée à la source chaude et aux circuits de chauffage et de distribution d'eau chaude. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, l'échangeur thermique 1 est prévu pour une installation de chauffage solaire comportant par exemple un panneau d'insolation 2 relié par un circuit de fluide caloporteur 3 doté d'une pompe de circulation 4, une capacité de stockage thermique 5. Des moyens décrits plus loin sont prévus pour utiliser l'énergie thermique accumulée dans la capacité de stockage précitée. Conformément à-l'invention, la capacité de stockage 5 comporte des parois pourvues de moyens d'échange thermique et de circulation d'air, pour associer la capacité de stockage thermique un système de chauffage 6 à air-pulsé. Dans.le mode de réalisation représenté à titre d'exemple sur les figures 1 à 3, la capacité de stockage thermique 5 est une cuve prévue pour Entre installée en position de service dans une enceinte 7 thermiquement isolante. Bien entendu, l'enceinte isolante peut & re constituée au moins en partie de garnitures ou éléments isolants appropriés faisant partie des cloisons ou du plafond du local où l'échangeur thermique 1 est destiné à entre installé.Les moyens de rayonnement et de circulation d'air de la cuve 5 comportent des ailettes 8 disposées entre la cuve et l'enceinte isolante 7, pour assurer un écoulement canalisé d'air le long de deux parois verticales de la cuve 5, entre une entrée d'air frais décrite plus loin, et une sortie d'air réchauffé constituée par les orifices d'aspiration 6A d'un ventilateur 6B d'alimentation du système de chauffage à air pulsé 6. De préférence, ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 1, la sortie d'air réchauffé constituée par les orifices d'aspiration du ventilateur 6A se trouve du coté haut de la cuve 5 en position de service. L'entrée d'air frais se trouve de préférence du côté bas de la cuve. Comme on l'a représenté sur la figure 1, l'entrée inférieure d'air frais comporte par exemple un orifice 71A b déflecteurs, débouchant à l'extérieur du local à chauffer et un orifice grillagé 11B débouchant à l'intérieur du mQme local. Chaque orifice 11A, liB, est muni de moyens d'obturation réglables, tels que des trappes coulissantes 11O permettant de régler à la demande l'ouverture simultanée ou non des orifices inférieurs d'entrée d'air. D'une manière avantageuse (figures I et 3), la cuve 5 repose en position de service sur un support cloisonné 12 assurant une mise en communication des ailettes 8 de chaque paroi de la cuve avec chacun des orifices inférieurs 11A, 11B, d'entrée d'air frais sous la cuve. La cuve de stockage peut Qtre réalisée commodément en tale d'acier, et mesurer par exemple environ 2,5 m de long, 1, 6 m de haut et 0,75 m de large, pour le chauffage d'un local d'environ 2 100 m de surface au sol, demandant un débit d'air réchauffé de l'ordre de 900 m3 par heure. On règle de préférence les trappes coulissantes 11C pour assurer un certain débit d'entrée d'air extérieur, par exemple dans la proportion d'un tiers du débit d'air réchauffé. Les ailettes 8, en t81e pliée, sont fixées aux parois de la cuve 5 qui comporte de préférence un volume d'expansion 13 pourvu d'un clapet de remplissage 13A à niveau constant, permettant une alimentation régulière en charge de la pompe 4 du circuit de fluide caloporteur. On va maintenant exposer le fonctionnement et les avantages de l'échangeur thermique décrit en référence aux figures i à 3. Lorsque le panneau solaire 2 est soumis au rayonnement diurne, le fluide caloporteur du circuit 3, par exemple de l'eau, mis en circulation par la pompe 4, assure dans la cuve de stockage 5 une accumulation d'énergie thermique correspondant à une élévation de la température de l'eau contenue dans la cuve 5. Le ventilateur 6B du système de chauffage 6 à air pulsé, mis en route par exemple sous l'action d'un dispositif de régulation automatique (non représenté), aspire par les orifices 6A un courant d'air provenant des orifices d'entrée 1tA, 11B, et réchauffé au contact des parois de la cuve 5, le long des ailettes de circulation 8. Le mode d'échange thermique ainsi réalisé par contact de l'air sur les parois de la cuve 5 assure le chauffage désiré d'une manière économique, eu égard à la simplicité du dispositif. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qu'on vient de -décrite 'a titre d'exemple, et on peut y apporter de nombreuses variantes sans sortir du domaine de cette invention. Notamment, comme on l'a représenté sur la figure 1, le système de chauffage 6 à air pulse peut avantageusement comporter un échangeur d'appoint 15, pourvu de moyens de chauffage complémentaires, pour augmenter à la demande la température de l'air pulsé aspiré par les orifices d'entrée 6A du ventilateur 6B. L'échangeur d'appoint 15-, chauffé par exemple par un circuit auxiliaire 15A au moyen d'une chaudière auxiliaire (non représentée) ou directement par des brûleurs à gaz (non représentés) est asservi au dispositif de régulation de chauffage déjà mentionné, en vue d'un fonctionnement automatique. On peut ainsi obtenir constamment la température désirée au moyen du système de chauffage à air pulsé 6, en faisant intervenir au besoin l'échangeur d'appoint 15 lorsque l'élévation de température de l'eau contenue dans la cuve de stockage 5 n'est plus suffisante. On a représenté sur la figure 4 une variante de l'échan- geur conforme à l'invention dans lequel le circuit de fluide caloporteur 17 de la source chaude est un circuit fermé comportant un premier serpentin de chauffage 18 contenu dans la cuve de stockage 5 pour chauffer celle-ci en régime d'hiver, lorsqu'il est nécessaire de disposer de toute la réserve représentée par énergie thermique accumulée dans la cuve 5, pour utiliser cette énergie thermique dans le système de chauffage à air pulsé 6. Pour assurer un service d'eau chaude, hiver comme été, au moyen d'un circuit de distribution particulier 19, 11 échangeur comporte un second serpentin 21 également associé au circuit de fluide caloporteur 17, et contenu dans une enceinte 22 thermiquement isolée par rapport à la capacité de stockage 5. Des moyens de commutation schématisés par un robinet à trois voies 23 permettent d'isoler sélectivement le premier serpentin 18 et de conserver seulement le second serpentin 21 en circuit, en régime d'été. Dans ce cas, le ventilateur 6B du système de chauffage 6 à air pulsé peut servir à la ventilation des locaux, par exemple enaspirant de l'air frais au moyen d'une prise externe analogue à l'orifice tlA de la figure 1. Ainsi qu'on l'a représenté sur les figures 1 à 5, pour une réalisation industrielle de l'échangeur conforme à l'invention, la cuve de stockage 5, son enceinte isolante 7, le support cloisonné 12 de la cuve, ainsi que les organes associés du circuit 3 de fluide caloporteur, tels que la pompe 4, et du système de chauffage à air pulsé 6, constituent un ensemble préfabriqué, prévu pour dtre installé en bloc en position de service, et raccordé au circuit de fluide caloporteur 3, au système de chauffage à air pulsé 6 et au circuit 15t de chauffage d'appoint, de préférence par une face unique de raccordement 24, d'accès commode en position de service de l'échangeur. On a représenté sur la figure 5 la face de raccordement 24 comportant un passage pour une gatne de circulation du système de chauffage à air pulsé 6, et des connexions pour le circuit auxiliaire 15A de ltéchangeur d'appoint 15, pour le circuit 17 de fluide caloporteur, et pour le circuit d'eau chaude 19, ainsi qu'un organe de commande 23A, pour manoeuvrer le robinet 23 (figure 4) servant à isoler le serpentin principal de chauffage 18 en régime d'été, pour maintenir seulement le service d'eau chaude du circuit 19 relié à l'enceinte isolée 22 chauffée par le serpentin auxiliaire 21. Selon une variante intéressante de l'invention, au lieu d'utiliser directement le fluide- caloporteur tel que de l'eau dans la capacité de stockage 5 (figures 1, 4), la capacité de stockage contient un corps fusible tel qu'une paraffine présentant une température de fusion choisie en fonction de la température de la source chaude, de telle manière que la chaleur latente de fusion du corps précité soit utilisée pour l'accumulation thermique réalisée dans 1' échangeur. REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique, notamment pour une installation de chauffage solaire comportant une source chaude reliée par un circuit de fluide caloporteur à une capacité de stockage thermique de l'échangeur et des moyens pour utiliser l'énergie thermique accumulée dans la capacité de stockage précitée, caractérisé en ce que la capacité de stockage comporte des parois pourvues de moyens d'échange thermique et de circulation d'air, pour associer la capacité de stockage thermique à un système-de chauffage à air pulsé. 2. Echangeur conforme à la revendication 1, dans lequel la capacité de stockage est une cuve prévue pour & re installée en position de service dans une enceinte thermiquement isolante, caractérisé en ce que les moyens de rayonnement et de circulation d'air comportent des ailettes disposées entre la cuve et 11 enceinte isolante précitée, pour assurer un écoulement canalisé d'air le long d'au moins une paroi de la cuve, entre une entrée d'air frais et une sortie d'air réchauffé associée au système de chauffage à air pulsé. 3. Echangeur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la sortie d'air réchauffé se trouve du c8té haut de la cuve en position de service, l'entrée d'air frais se trouvant du côté bas de la cuve. 4. Echangeur conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que la cuve repose sur un support cloisonné assurant une mise en communication des ailettes de la paroi de la cuve avec au moins un orifice inférieur d'entrée de l'air frais sous la cuve. 5. Echangeur conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit de fluide caloporteur de la source chaude est un circuit fermé comportant un premier serpentin contenu dans la capacité de stockage pour le chauffage de celle-ci en régime d'hiver, et un second serpentin contenu dans une enceinte thermiquement isolée par rapport à la capacité de stockage, pour assurer un service d'eau chaude, des moyens de commutation étant prévus pour mettre sélectivement hors circuit le premier serpentin et pour alimenter -seulement le second serpentin en régime d'été. 6. Echangeur conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que-le système de chauffage à air pulsé comporte un échangeur d'appoint pourvu de moyens de chauffage complémentaires, pour augmenter à la demande la température de l'air pulsé à la sortie de l'échangeur. 7. Echangeur conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cuve de stockage, son enceinte isolante, le support cloisonné de ia cuve, ainsi que les organes associes du circuit de fluide caloporteur et du système de chauffage à air pulsé constituent un ensemble préfabriqué, prévu pour Qtre installé en bloc en position de service et raccordé au circuit de fluide caloporteur et au système de chauffage à air pulsé. 8. Echangeur conforme à la revendication 7, caractérisé en ce outil comporte une face unique de raccordement commodément accessible en position de service, pour le branchement des circuits de fluide et du système de chauffage associés à l'échangeur. 9. Echangeur conforme à ltune des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la capacité de stockage contient un corps fusible tel qu'une paraffine présentant une température de fusion choisie en fonction de la température de la source chaude, de telle manière que la chaleur latente de fusion du corps précité soit utilisée pour l'accumulation thermique réalisée dans l'échangeur.