Brevet FR2410793A1 — publié le 19790629

La pressente invention concerne des capteurs solaires optimisés. fonctionnant à une température inférieure à celle des milieux dans lesquels ils sont placés et auxquels ils prélèvent de l'énergie par rayonnement, conduction et convection. Ces capteurs solaires sont destinés à apporter de la chaleur à la source froide d'une pompe à chaleur dont la source chaude est utilisée pour le chauffage direct des locaux, piscines, terrains ....ou 1 stockage de chaleur permettant sa réutilisation sur une période dépendant de la capacité calorifique du système. La technologie des différents capteurs solaires proposés à lheu- re actuelle vise à limiter les pertes thermiques par convection et conduction. Ces dispositifs sont destinés à utiliser l'énergie solaire seule et à obtenir généralement des températures élevées du fluide caloporteur par divers artifices commé la concentration des rayons. Ces capteurs sont donc de fabrication délicate et onéreuse lorsqu'on veut obtenir de bons rendements thermiques de conversion. Contrairement aux capteurs solaires connus qui sont utilisés pour faire de l'absorption sélective d'énergie solaire, les dispositifs objets de l'invention permettent d'utiliser simultanément et dans les meilleures conditions l'énergie solaire et l'énergie captée dans le ou les milieux environnants. Ils sont essentiellement caractérisés par l'absence d'isolement thermique et par la recherche d'une circulation aussi efficace que possible du ou des fluides environnants dont la température est toujours plus élevée que celle du fluide caloporteur en contact avec l'échangeur extérieur de la pompe à chaleur. Ces dispositifs sont donc destinés à servir d'échangeurs extérieurs à des pompes à chaleur et peuvent permettre d'équiper des installations de chauffage dont le stockage est situé en amont de ces pompes. On pourrait certes concevoir que la source froide de la pompe à chaleur soit reliée à une batterie de capteurs spécialisés fonctionnant les uns pour le soleil seul, d'autres pour le rayonnement du sol d'autres encore pour recueillir des colories de l'air ambiant ou de l'eau disponibles. Le rendement énergétique d'une telle installation serait bien évidement le plu-s élevé possible.Mais une telle réalisation, multipliant les capteurs spécialisés sera nécessairement plus onéreuse qu'avec l'emploi des capteurs objets de la présente invention Le dispositif le plus simple (fig. 1 - planche 1) objet de l'invention permet de capter l'énergie solaire et les calories de l'air ambiant. I1 est constitué par un radiateur ordinaire extraplat 1 enserré entre deux surfaces vitrées 2 et 3 faisant effet de serre; l'une pour le rayonnement solaire direct, l'autre pour le rayonnement arrière diffus (albedo) ou un rayonnement supplémentaire issu d'un réflecteur auxiliaire. L'air circule librement entre le radiateur et les lames de verre (une lame n'exedera pas la surface de quelques M2 pour permettre une bonne ventilation; les lames seront disposées en laissant des espaces de ventilation entre elles).Les performances les meilleures de l'appareil peuvent entre obtenues lorsque la surface du radiateur de 1 vers 2 reçoit une structure alvéolée (effet FRANCIA) et la surface de t vers 3 un ensemble d'ailettes de conduction améliorant les échanges thermiques avec l'air ambiant. Selon une autre réalisation de l'invention, le radiateur 1 est du type radiateur automobile à très nombreuses ailettes inclinées de manière à toujours intercepter le rayonnement solaire direct. Les ailettes jouent alors seules le rôle antiradiatif de cellules FRANCIA tout en permettant la circulation de ltair ambiant sur une surface accrue. Des empilements de radiateurs 1 séparés par des lames d'air peuvent etre constitués au centre du dispositif dans le but de favoriser les échanges thermiques avec l'air ambiant. Ces capteurs plans légers et rigides dans le cas d'un radiateur unique peuvent entre disposés verticalement (en clôture de propriétés par exemple) ou être intégrés facilement aux constructions neuves ou anciennes en toiture, terrasses ou murs verticaux. Lorsque ces capteurs sont directement apposés sur des surfaces construites, la lame 3 est supprimée. Si l'on dispose d'une source suffisante d'eau renouvelable (puits, rivière, mer, réseau) un dispositif suivant l'invention (fig. 2, planche 1) est constitué d'une partie avant de capteur solaire plan classique (radiateur plat 4 et volume d'air immobile 5 limité par une ou deux lames de verre) accolée à un second radiateur plat 6 dans lequel on fait circuler l'eau disponible cédant (ou prenant) des calories au fluide caloporteur se trouvant dans 4. La face arrière de 6 peut être isolée thermiquement par un isolant 7. kais une réalisation de l'invention consiste à utiliser aussi si on le souhaite, l'air ambiant. Dans ce cas, l'ensemble des radiateurs accouplés 4 et 6 joue le r81e du radiateur 1 du premier dispositif décrit et peut être placé entre deux lames de verre avec circulation d'air sur les deux faces. Comme précédemment, divers empilements du genre 4 - ó - 4 ou 4 - 6 - 4 - 6 - 4 peuvent être utilisés au centre du dispositif dans le but de favoriser les échanges avec l'eau et des lames d'air peuvent être introduites pour favoriser les échanges par circulation avec l'air ambiant. Selon une réalisation de l'invention adaptée à la captation simultanée solaire eau - air à la surface des bassins, lacs ou de la mer (fig. 3, planche 1) on dispose un radiateur plat 8 dans. lequel circule le liquide caloporteur, horizontalement à la surface des eaux grace à de petits flotteurs latéraux 9. On dispose au-dessus du radiateur flottant une luxe de verre plane 10 (ou formant un dièdre Il de manière à favoriser la circulation de l'air ambiant). Le radiateur peut aussi naturellement être du type Q ailettes dont la partie basse trempe dans l'eauMet l'autre se trouve exposée au soleil et à la circulation de l'air. Les dispositifs objets de l'invention-sont destinés à être utilisés dans un circuit de réchauffage (ou de refroidissement) de l'échangeur extérieur d'une pompe à chaleur. Dans le cas type d'une installation de chauffage individuel d'une maison de moyenne importance l'échangeur intérieur pourra être situé dans un ballon de'distribution de faible capacité volumique (fig. 12, planche 2). De ce ballon partiront les circuits d'alimentation du chauffage des locaux, et de l'eau chaude sanitaire Lorsque la température.de l'eau de ce ballon de distribution atteindra une valeur fixée à l'avance comme limite supérieure, une simple pompe de circulation 13 le mettra en relation avec une cuve de stockage de grande capacité 14. La cuve de stockage sera alimentée en eau chaude par la partie haute et cèdera ainsi de l'eau plus froide au ballon de distribution.Si la température de l'eau de la cuve arrive à égaler la température maxima fixée pour le ballon de distribution, la pompe à chaleur sera arrêtée dans son fonctionnement. D'autre part, si la température des capteurs devient trop basse (par exemple inférieure à -50C) ou supérieure à la température ambiante, un circuit d'alimentation de l'échangeur extérieur se met en fonctionnement. Il apporte alors, gracie à une pompe de circulation 15, de l'eau chaude de la cuve de stockage pour réchauffer l'échangeur extérieur (la pompe 13 est alors arrêtée). Si enfin la température de la cuve.vient à descendre à une valeur trop faible (OOC par exemple) la circulation provoquée par la pompe 15 est stoppée et on fait appel au réseau d'eau domestique ou à toute autre source d'eau à température supérieure à 0 C dont il est possible d'avoir la jouissance (puits, lac, rivière, mer...) Des applications particulierement intéressantes peuvent être envisagées dans les grands immeubles collectifs munis d'une réserve d'eau incendie (ou d'une piscine inutilisée en hiver). L'ensemble des dispositifs décrits, capteurs et installation type, peut également servir à la réfrigération des locaux en été par simple inversion du sens de fonctionnement du compresseur de la pompe à chaleur suivant un procédé déjà largement connu. Dans ce cas, c'est lorsque la cuve 14 atteint une température supérieure à une valeur fixée à l'avance que l'on stoppe la pompe 15 et que les capteurs prennent le relais de la dissipation des calories extraites par mise en route de la pompe 16. Pendant ces opérations, la pompe 13 est toujours à l'arrêt, et il est nécessaire de prévoir un chauffage d'appoint pour l'eau chaude sonitaire. Celle-ci circule alors, gracie à un changement de position de la vanne 17, d'abord au voisinage de l'échangeur extérieur puis passe dans le système de chauffage d'appoint. - REVENDICATIONS 1- Dispositifs plans destinés à apporter de la chaleur à la source froide d'une pompe à chaleur dont la source chaude est utilisée pour un chauffage ou un stockage de chaleur par captation simultanée de l'énergie solaire et des calories du ou des milieux environnants; caractérisés en ce qu'ils comportent au moins un radiateur plat supportant une surface vitrée espacée du dit (ou des dits) radiateur(s) et comportant en outre un élément de captation des calories du ou des milieux environnants. 2- Dispositifs selon la revendication 1, destinés à récupérer des calories solaires et de l'air ambiant, caractérisés en ce que d'une part l'espace situé entre le (ou les) radiateur(s) et la surface vitrée est ouvert de même qu'entre les dits radiateurs, et que d'autre part ltélément de captation et le (ou les) radiateur(s) est recouvert ou non de dispositifs alvéolés ou d'ailettes. 3- Dispositifs selon la revendication 2, caractérisés en ce qu'ils comportent en outre une deuxième surface vitrée espacée de façon à ce que le ou les dits radiateurs se trouvent enserrés entre le ou les deux surfaces vitrées. 4- Dispositifs selon les revendications 2 et 3, caractérisés en ce que chacune des surfaces vitrées est divisée de manière à déterminer des espaces de ventilation. 5- Dispositifs selon la revendication 1, destinés à récupérer les calories solaires et celles d'une circulation d'eau; caréctérisés en ce que d'une part le volume d'air compris entre la surface vitrée et le radiateur est immobile et en ce que d'autre part un second radiateur plat dans lequel on fait circuler l'eau disponible est accolé au dit radiateur. Ce second radiateur présentant sur sa face arrière un isolement thermique. 6- Dispositifs selon la revendication 5, caractérisés en ce qu'est enserré entre le second radiateur et l'isolant un radiateur identique au premier radiateur. 7- Dispositifs selon la revendication 5, caractérisés en ce qu'est enserré entre le second radiateur et l'isolant un empilement comportant un radiateur identique au second radiateur disposé entre deux- radiateurs du type du premier radiateur. 8- Dispositifs selon la revendication i, destinés à capter les calories solaires ainsi que celles de l'atmosphère et d'une surface d'eau; caractérisés en ce que d'une part l'espace est ouvert et la surface forme un dièdre, et en ce que d'autre part le radiateur comporte des petits flotteurs latéraux maintenant le radiateur horizontalement à la surface de l'eau et enfin que le radiateur est du type à ailettes arrières. 9- Dispositifs selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce qu'ils sont en contact avec l'échangeur extérieur d'une pompe à chaleur et permettent d'équiper des installations de chauffage dont le stockage est situé en amont d'une pompe à chaleur. 10- Dispositifs selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce qu'ils sont en contact avec l'échangeur extérieur d'une pompe à chaleur et permettent d'équiper des installations de chauffage réversibles assurant ainsi la climatisation d'été.