Brevet FR2418435A1 — publié le 19790921

L'invention a pour objet un capteur de flux thermique servant a recueillir soit des calories, soit des frigories, afin de les trans fer a un fluide en circulation qui fait lui-même partie d'un réseau de chauffage ou de refroidissement d'un volume dont la température est réglée seion les besoins. Le capteur de l'invention est utilisable tomme moyen d'exploitation de la chaleur solaire et il permet de récupérer une fraction de celle-ci pour servir au chauffage des locaux habités. On le décrira plus loin en association avec cet usage mais il doit étre entendu que l'invention peut etre employa a la récupération de chaleur autre que solaire ou, au contraire, a l'exploitation de frigories fournies par une source de froid. Un capteur conforme a l'invention comprend une loppe fente avec une paroi d'écharpe thermique exposée a la source de calories ou de frigories, les autres parois étant isolées ; cette enveloppe contient un fluide intermédiaire liquide et elle est traversée par au moins un tube baignant dans ce fluide intermédiaire et parcouru par un fluide en circulation faisant partie d'un réseau de chauffage ou de refroidissement. L'enveloppe a une configuration générale favorable à l'établissement de courants de convection au sein du fluide intermédiaire et le ou les tubes du fluide en circulation sont disposes dans la partie du fluide intermédiaire la plus favorable au transfert thermique souhaité. De préférence, des déflecteurs intérieures limitent dans l'enveloppe des lames de fluide intermddiaire avec une disposition fascrable aux courants de conttion. Dans un msde de rEalisation de l'invention, l'enve- loppe fermée est partiellement remplie de fluide intermédiaire, la surface libre de ce dernier étant espacée de la paroi d'échange thermique. Quand le capter de l'invention est destiné à recueillir de la chaleur solaire, il a, de préférence, une paroi d'echange inclin8e et des parais latérales verticales avec des déflecteurs interieurs disposés parallélement à la paroi d'échange et à une des parois latérales. les déflecteurs peuvent être riglables en position. Pour mieux faire apprécier l'invention, on donnera maintenant une description de plusieurs exemples de capteurs thermiques : on reportera aux dessins annexes dans lesquels - la figure 1 est une vue en elevation d'un capteur thermique de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale selon II-n:: de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe transversale analogue a la figure 2, d'une variante de réalisation du capteur thermique de l'invention - les figures 4 et 5 sont des vues en coupe transversale respectivement de deux exemples préférés de capteurs de l'invention destinés à l'exploitation de la chaleur solaire - les figures 6 et 7 sont des vues en coupe transversale de deux capteurs thermiques conformes a l'invention, conçus pour des conditions particulières d'utilisation - la figure 8 est une vue en coupe transversale analogue a la fig 5, montrant une variante de réalisation d'un capteur thermique exploitant la chaleur solaire. Un capteur thermique, thermique, selon l'invention, une enveloppe 1 ayant une paroi d'echange thermique 2 appropriée au transfert thymique désiré, des parois latérales 3 et extreres 4, une paroi de foni 5 qui sont thermiquement isolantes. Au moins un tube 6 qui vShicule un fluide maintenu en circulation traverse l'enveloppe 1, de préférence dans le sens de la longueur de cette dernier, en passant de faon étanche, par exanple grâce a des presse-garniture 7, a travers les parois extrêmes opposées 4.Le tube 6 fait partie d'un réseau de chauffage ou de refroidissement auquel on veut transferer les calories ou les frigories recueillies par le capteur a travers la paroi d'échange thermique 2 frappée par un flux thermique F. L'enveloppe 1 peut être totalement remplie d'un fluide intermédiaire liquide 8 qui vient en contact avec la face interne de la paroi d'échange thermique 2, comme dans les exemples des figures 1 et 2, ou elle peut être remplie partiellement seulement d'un fluide intermédiaire 8 came dans l'exemple de la figure 3. Dans ce dernier cas, sa surface libre 9 est espacée de la paroi d'échange thermique 2. Dans tous les cas, le ou les tubes 6 sont placés dans la partie du fluide intermédiaire 8 la plus favorable au transfert thermique souhaité. Dans l'exemple des figures 1, 2 et 3, le fluide inteemdiaire 8 est de l'eau dont le maxinun de densité s'observe a une temprature de + 40C.Par conséquent, pour récupérer de la chaleur, on doit placer le au les tubes 6 a une faible distance en-desscus de la surface 9 ( figure 3 ) ou a proximité de la paroi d'échange athermique 2 (figures 1 et 2 ). Selon l'invention, on choisit l'enveloppe 1 pour qu'elle soit favorable aux courants de convection qui tendent a s'établir au sein du fluide intermédiaire 8. n est préférable, camne le montrent les figures 2 et 3, de disposer des déflecteurs interieurs 10 qui guident et canalisent entre eux, et avec les parois 2, 3 et 5, les courants de oonvection de façon a les diriger le plus possible vers le au les tubes 6, en sens transversal mu a ceux-ci, carme indiqué par des flèches. Quand le capteur de l'invention est un capteur solaire (figures 4 et 5 ), il est avantageux de donner a la paroi d'échange thermique 2 une position oblique et de placer au moins un tube 6 au sonnet du volume de fluide intermédiaire 8. Des déflecteurs intérieures 10 sont disposés parallélement a la paroi d'échange thennique 2 inclinée d'une part, et a la paroi latérale 3 la plus proche,d'autre part, de faon a faciliter l'établissement d'un courant ascendant chaud en direction du tube 6, le long de la paroi d'échange thermique 2, et d'un courant descendant froid en direction du fond, carme indiqué par des flèches sur la figure 4. I1 est possible de limiter le volume du fluide intermédiaire 8 a celui des courants de circulation, en disposant, en guise de déflecteurs, des parois internes 11, 12, 13 qui sont parallèles respectivement aux parois d'échange thermique 2, latérale 3 et de fond 5 (exemple de la figure 5 ) et qui limitent avec elles des lames minces de fluide intermOdiaire 8. On obtient alors un caFteur thermique dont l'inertie est faible et dans lequel le courant de convection suit un chemin transversal dans l'ensable au tube 6 placé longitudinalement au sacret du volune utile de l'enveloppe 1.On notera que l'on peut, en variante, remplacer les passages limités par les parois latérales 3 et 12 et par les parois de fond 5 et 13 par une série de tubes en équerre, espacés et parallèles ayant pour rôle de raccorder la zone Supérieure, ou se trame le tube 6, du passage incliné limité par la paroi d'échange thermique 2 et par la paroi interne 11, a la partie inférieure du mee passage incliné. La figure 6 se rapporte a une variante de réaIisation dans laquelle le passage de circulatlon A des courants ascendants et les passages de circulation B des courants descendants ne sont pas limités, avec les parois extérieures de l'enveloppe 1, par des convecteurs intérieurs ou des parois internes, mais par des corps 14 dont la position est réglable a l'in- térieur de l'enveloppe 1, gracie a des moyens non représentés. Le rXglage, qui peut etre manuel ou automatique, de la position des corps 14, permet d'agir sur la section des passages de circulation des courants de convection au sein du fluide intermédiaire 8 et, donc, sur le transfert thnique qui s'effectue entre ce dernier et le fluide en circulation dans les tubes 6. Les deflecteurs intérieurs 10 pourraient aussi être munis de moyens de réglage en position. Au lieu de servir au réchauffement du fluide en cir- culation dans les tubes 6, le capteur de l'invention peut servir a son refrain dissenent lorsque le flux thermique récupéré F est un flux froid. n peut se faire alors que les tubes 6 soient placés près du fond de l'enveloppe 1. Cette disposition peut étre adoptée aussi quand le fluide intermédiaire 8 n'est pas de l'eau mais un fluide ayant un coefficient de dilatation inverse de celui de l'eau. Il est possible aussi de monter, dans une mFme enveloppe 1 ou dans un groupe d'enveloppes 1 réunies et mises en communication, des tubes 6 disposés a la partie supérieure et des tubes 6 disposés a la partie inférieure ( figures 6 et 7 ) afin de récupérer, selon les circonstances, un flux thermique F chaud ou un flux thermique F froid. Les courants de circulation dans le fluide intermédiaire liquide 8 sont alors inversés, comme indique par des flèches en trait mixte sur la figure 6. Un avantage important du capteur de l'invention est que le fluide intermédiaire 8 a un volume limité ; l'inertie du capteur est faible; en outre, le fluide peut être protégé éconaniquement contre le gel, meme a l'aide de produits antigel relativenent codteux. Par ailleurs, ce fluide 8 n'est pas sous pression (des moyens non représentés peuvent étre prévus pour permettre sans inoonvénient ses changements de volume en fonction de la température ), on peut donc réaliser l'enveloppe 1 à l'aide de matériaux légers et résistant à la corrosion. fl en découle que le capteur a un poids faible.On peut l'employer sur les toitures ou les terrasses sans surcharger celles-ci exagéréeent. Naturellement, le ou les tubes 6 sont en matière favorable à l'échange thermique ; on peut aussi les munir d'ailettes favorisent encore plus le transfert recherché. La température du fluide en circulation dans le ou les tubes 6 a, a son entrée, une valeur appropriée pour que le transfert thermique s'effectue dans le sens souhaité. Dans l'exemple de la figure 3, on peut prééoir de laisser les tubes 6 baigner dans le fluide interédiaire 8 en émergeant au-dessus du niveau 9 de ce fluide. Si la surface libre de ce dernier réfléchit trop le flux thermique reçu, on peut y faire flotter un éliment inerte, non réfléchissant, compose de lamelles verticales, assemblées en quadrillage. Dans une variante spécialement avantageuse d'un capteur solaire analogue dans l'ensemble a celui de la figure 5, ayant des parois de fond intérieure 13 et extérieure 5, des parois latérales verticales intérieure 12 et extérieure 5 sur un côté (ces parois étant remplaçables par des tubes de communication comme on l'a expliqué plus haut), il est judicieux de prevoir une paroi latérale inclinée 2A en matière opaque favorable à l'absorption du flux thermique et une paroi supérieure horizontale 2 B en matière transparente favorable a l'absorption du flux thermique, par exemple en verre. Le niveau 9 du fluide intermédiaire 8 se trouve a une faible distance en dessous de la paroi d'échange thermique transparente 2 B. Cette disposition est favorable à l'établissement de courants ascendants de convection sous la paroi opaque oblique d'échange thermique 2A et a une bonne récupération suppîéeentaire de chaleur a travers la paroi transparente 2 B. Le ou les tubes 6 sont disposés au voisinage du niveau 9 avant que commencent les courants descendants entre les parois latérales 3 et 12. REVENDICATIONS 10) Capteur de flux thermique récupérable comprenant une enveloppe ayant une paroi exposez à ce flux et appropriée a l'échange thermique recherché, des parois latérales, extrdnes et de fond thermiquenent isolantes, caractérisé en ce que cette enveloppe fermée (1) contient un fluide intermédiaire liquide (8) avec une configuration favorable aux courants de convection au sein de ce fluide (8) , au moins un tube (6) parcouru par un fluide en circulation étant immerge au moins partiellement dans le fluide inteémédiaire (8) dans une partie de ce dernier favorable au transfert thermique recherché, ce tube (6) faisant partie d'un réseau de chauffage ou de refroidissement et traversant de façon étanche les parois de l'envelcppetlL 20) Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (1) est remplie totalement de fluide intermédiaire liquide (8) et le cu les tubes (6) totalement immergés sont dans la partie de ce fluide (8) la plus favorable au transfert thermique recherche. 30) Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que des déflecteurs intérieurs (10) sont disposés au sein du fluide intermédiaire liquide (8) pour limiter avec les parois de l'enveloppe (1) des passages de circulation des courants de convection dans ce fluide (8). 40) Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque tube (6) est disposé en sens longitudinal a travers l'enveloppe (1) et les déflecteurs intérieurs (10) canalisent entre etc et a vec les parois latérales (3) des courants de convection ayant une direction transversale par rapport aux tubes (6). 50) Capteur selon la revondication 1, caractérisé en ce que la paroi d'échange thermique (2) est inclinée et un tube (6) au moins est placé à la partie supérieure du volune du fluide intermEdiaire liquide (8). 60) Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que des parois internes ( 11, 12, 13 ) sont prévues parallèlement aux parois extérieures ( 2, 3, 5 ) de l'enveloppe 1 pour limiter avec celles-ci des lunes minces de fluide intermédiaire liquide (8) dans lesquelles stétablissent les courants de convection de ce dernier. 70) Capteur selon la revendlcation 4, caractérisé en ce que les déflecteurs sont constitués par des corps (14) dont les faces sont parallèles aux parois de l'enveloppe (1) et limitent avec celles-ci des passages ( A, B ) de circulltion des courants de convection, des tubes (6) étant disposés dans les parties du fluide intermdiaire liquide (8) les plus favorables aux transferts thermiqaes, en fonction de la nature du flux thermique (F) frappant la paroi d'échange thermique (2) et de la nature du fluide intennédiaire liquide (8). 8 ) Capteur selon l'une quelconque des revendications 3, 7, caractérisé en ce que les déflecteurs intérieurs (10) et les corps (14) sont réglables en position a l'intérioer de l'enveloppe (1). 90) Capteur selon la revendication I, caractérisé en ce que l'enveloppe (1) est remplie partiellement de fluide intermédiaire liquide ( 8), la surface libre (9) de celui-ci étant espacée de la paroi d'échange thermique (2) et les tubes (6) étant imnergés au moins partiellement dans le fluide (8). 100) Capteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que plusieurs tubes en équerre espacés et parallèles réunissent la zone supérieure, cl se trouve le tube (6), d'un passage incliné limité par la paroi d'rechange tbermique (2) et par une paroi (11) parallèle a la précédente, a la zone inférieure du même passage incliné. 110) Capteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que la paroi d'Ochange thermique inclinée est une paroi opaque (2A) tandis qu'une paroi d'rechange thermique transparente (2B) est disposée au-dessus du niveau (9) du fluide intermédiaire (8) parallèlement, a une faible distance, à la surface de ce dernier.