Brevet FR2403524A1 — publié le 19790413

La présente invention, à laquelle ont collaboré Messieurs Alain CADE, Pierre CHARAVAY et Alain MANSE,concerne un procédé perfectionné de réchauffage d'un fluide par couplage de l'énergie solaire avec une autre source d'énergie calorifique. Elle concerne également des dispositifs de mise en oeuvre dudit procédé et son application à la production d'eau chaude sanitaire. L'utilisation de l'énergie solaire pour le chauffage de fluides,en vue notamment du chauffage de logements ou de produc tion d'eau chaude sanitairesest est bien connue. L'énergie solaire n'est toutefois pas toujours suffisante, notamment en hiver, pour porter la température de l'eau à la valeur désirée. L'énergie solaire est donc généralement couplée avec une autre source d'énergie calorifique. Un tel dispositif connussutilisant l'énergie solaire couplée avec une autre source d'énergie pour la production d'eau chaude sanitaire, est représenté sur la figure 1 des dessins annexés. Les figures 2, 3 et 4, qui seront décrites ultérieurement, représentent des dispositifs de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Sur ces quatre figures, les circuits électriques ont été représentés par des lignes brisées. Dans le dispositif connu de la figure 1, l'énergie solaire est captée par un capteur solaire 1. Dans ce capteur circule un fluide caloporteur comme, par exemple, de l'eau contenant un antigel. Ce fluide, après passage dans le capteur solaire ou il est réchauffé pendant les périodes d'ensoleillement, est conduit par la ligne 2, équipée d'une pompe de circulation 3, dans un échangeur 4. Le fluide ressort de cet échangeur par la ligne 5, qui le reconduit au capteur solaire. L'échangeur 4 est place dans une première capacité de chauffage 6, contenant de l'eau. La capacité 6 est alimentée en eau froide par la ligne 8. Après réchauffage grâce à l'échangeur 4, l'eau réchauffée ressort de la capacité de chauffage 6 par la ligne 9. Il s'avère que l'énergie solaire n'est pas toujours suffisante pour porter l'eau de la capacité de chauffage à la température minimum désirée par l'utilisateur. Il est prévu, à cet effet, sur la ligne 9,un organe de distribution 10, commandé par un aquastat 11 placé dans la capacité 6. Si la température de l'eau de la ligne 9 est égale ou supérieure à la température désirée par l'utilisateur, ci-après appelée température de consigne toc, et qui est affichée dans l'aquastat 11, l'organe 10 envoie l'eau de la ligne 9, respectivement par les lignes 12 et 13, vers le circuit d'utilisation. Au contraire, dès que la température de l'eau de la capacité 6 tombe en-dessous de t , l'organe de distribution 10 dirige l'eau arrivant par le conduit 9 vers une deuxième capacité de chauffage 14, au moyen de la ligne 15. Cette deuxième capacité contient de l'eau et est maintenue à la température t par des c moyens de chauffage, représentés sur la figure de façon très schématique par la référence 16. Ces moyens peuvent être constitués par exemple par une résistance électrique ou un serpentin dans lequel circule de l'eau chaude, fournie par une chaudière équipée d'un brûleur. La capacité 14 peut être également contenue dans le corps d'une chaudière. La mise en marche de ces moyens de chauffage est déclenchée par un aquastat 17, placé dans la capacité 14. Sur cet aquastat est également affichée la température de consigne t . L'eau c chaude sortant de la capacité 14 par la ligne 18 est conduite à l'intersection des lignes 12 et 13, et au circuit d'utilisation. Ce dispositif a l'inconvénient de maintenir constamment liteau contenue dans la capacité 14 à la température tc, alors que l'eau provenant de la capacité 6 peut se trouver pendant de longues périodes, et notamment en été, à une température égale ou supérieure à t . Dans ce cas, les moyens de chauffage 76 sont c donc mis en route inutilement pour maintenir l'eau de la capacité 14 à la température t c Le but de la présente invention est donc de perfectionner le couplage de l'énergie solaire et d'une autre énergie et d'obtenir un meilleur rendement énergétique dudit-couplage. Dans la suite de la présente description, on entendra par - première capacité de chauffage:la capacité chauffée par l'énergie solaire - deuxième capacité de chauffage : la capacité chauffée par une autre énergie : électricité, fuel, gaz ... - température de consigne t : la température minimum du c fluide désirée par l'utilisateur ; - température t1 : la température du fluide contenu dans la première capacité de chauffage - température t2 : la température du fluide contenu dans la deuxième capacité de chauffage. La présente invention a pour objet un procédé perfectionné de réchauffage d'un fluide, par couplage de l'énergie solaire avec une autre source d'énergie calorifique, ledit procédé comprenant a) l'introduction en discontinusdans une première capacité de chauffage, du fluide à réchauffer b) le chauffage de ce fluide au moyen de l'énergie solaire, lorsque ladite énergie est suffisante c) le soutirage en discontinu dudit fluide de ladite première capacité, l'introduction de ce fluide dans ladite première capacité conformément à l'étape a) et ledit soutirage étant effectués simultanément,ledit fluide étant conduit lors dudit soutirage vers au moins un poste d'utilisation,soit directement,soit-lorsque la température du fluide contenu dans la première capacité est inférieure à la température de consigne-après passage dans une deuxiè- me capacité de chauffage munie de moyens de chauffage,leflulde tenu dans la deuxième capacité étant alors porté àla température de consigne;; ledit procédé étant caractérisé en ce que les moyens de chaude fage de ladite deuxième capacité ne sont mis en service que lorsque la température du fluide contenu dans la première capacité est inférieure à la température de consigne. Un deuxième objet de la présente invention est constitué par un dispositif de réchauffage d'un fluide, par couplage de I'énergie solaire avec une autre source d'énergie calorifique, ledit dispositif comprenant a) une première capacité de chauffage équipée de premiers moyens de chauffage fonctionnant grâce à l'énergie solaire, ladite première capacité étant en outre équipée d'au moins une alimentation en fluide à réchauffer et d'au moins une sortie dudit fluide reliée à au moins un poste d'utilisation b) une deuxième capacité de chauffage équipée de deuxièmes moyens de chauffage, ladite deuxième capacité étant en outre équipée d'au moins une alimentation en fluide reliée à la première capacité et d'une sortie reliée à au moins un posté d1utilisation c) un ou plusieurs moyens pour détecter la température du fluide contenu dans la première capacité, l'un de ces moyens au moins étant constitué par un premier thermostat sur lequel est affichée la température de consigne d) un ou plusieurs moyens pour détecter la température du fluide contenu dans la seconde capacité, l'un de ces moyens au moins étant constitué par un deuxième thermostat sur lequel est affichée la température de consigne e) un organe de distribution permettant de diriger le fluide prélevé de la première capacité, soit vers le poste d'utilisation, soit vers la deuxième capacité, selon les températures du fluide contenu dans la première et la deuxième capacité ledit dispositif étant caractérisé en ce que le thermostat détectant la température du fluide contenu dans la première ca pacité permet de déclencher la mise en service des moyens de chauffage de la deuxième capacité de chauffage dès que la température du fluide contenu dans la première capacité tombe en dessous de la température de consigne. L'invention a également pour objet l'application du procédé et du dispositif selon l'invention à la production d'eau chaude sanitaire. Dans le procédé perfectionné selon l'invention, la mise en service des moyens de chauffage de la deuxième capacité n""t effoe- tuée que lorsque la température du fluide contenu dans la première capacité est inférieure à la température de consigne, ceci évitant de réchauffer inutilement le fluide contenu dans la deuxième capacité. Dans le dispositif mettant en oeuvre le procédé selon lVin vention, les moyens pour détecter la température du fluide contenu dans la première et la deuxième capacité ,et notamment les thermostats, sont placés soit directement sur les capacités) soit sur les sorties dn fluide hors des capacités. C'est le premier thermostat, c'est-à-dire celui qui détecte la température dans la première capacité, qui commande la mise en service des moyens de chauffage de la deuxième capacité. Cette mise en service est effectuée par l'intermédiaire du deuxième thermostat, c'est-A-dire celui qui détecte la température dans la deuxième capacité, afin d'éviter la mise en service de ces moyens si la température de la deuxième capacité est supérieure à la température de consigne. Les moyens de chauffage de la deuxième capacité peuvent être identiques à ceux décrits pour la figure 1 : brûleur à gaz ou au fuel-oil, résistance électrique ... La première capacité peut comporter deux sorties de fluide, l'une vers le poste d'utilisation, l'autre vers la deuxième capacité. Dans ce cas, l'organe de distribution est constitué par un système de deux vannes placées sur les deux sorties. La première capacité peut également ne comporter qu'une sortie, l'alimentation de la deuxième capacité étant alors effectuée par une dérivation de la sortie. L'organe de distribution peut être alors une vanne trois voies placée à l'endroit de la dérivation ou un système de deux vannes placées après la dérivation. L'organe de distribution peut être commandé - soit à partir du thermostat détectant la température du fluide contenu dans la première capacité - soit à partir du thermostat détectant la température du fluide contenu dans la deuxième capacité - soit à partir de sondes thermométriques détectant la température du fluide contenu dans ces deux capacités. D'une façon générale, les dispositifs mettant en oeuvre le procédé selon l'invention fonctionnent de la façon suivante si le fluide de la première capacité se trouve à une température égale ou supérieure à la température de consigne, les moyens de chauffage de la deuxième capacité ne peuvent fonctionne et l'organe de distribution envoie le fluide vers le poste d'utili- sation ; quand le fluide de la première capacité tombe à une température inférieure à la température de consigne, les moyens de chauffage de la deuxième capacité sont mis en service. Tant que la température du fluide contenu dans la deuxième capacité est inférieure à la température de consigne,l'organe de distribution peut continuer à envoyer le fluide provenant de la gremiçre capacité directement vers le poste d'utilisation. Dans ce cas,dès que le fluide contenu dans la deuxième capacité atteint la température de consigne, l'organe de distribution fait passer le fluide de la première capacité par la deuxième capacité. On décrira maintenant les figures 2, 3 et 4, qui représentent, à titre non limitatif, des dispositifs desmise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. On ne décrira pas la partie des figures identique à la figure 1. Ces trois figures représentent des dispositifs permettant la production d'eau chaude sanitaire à partir de l'énergie solaire. Sur la figure 2, les éléments identiques à ceux représentés sur la figure 1 ont été repérés par les mêmes nombres affectés de l'indice '. Sur cette figure, l'organe de distribution lot est constitué par une électrovanne à trois voies. Les moyens de chauffage sont constitués par une chaudière 20 équipée d'un brûleur 21, la deuxième capacité 14' étant placée dans cette chaudière. L'aquastat 11' est relié à l'aquastat 17' ; ce dernier commande la mise en marche du brûleur 21. L'aquastat 11' est relié à l'électrovanne 10' par l'intermédiaire d'un organe de commande 22, constitué par un contact à temporisation variable, qui permet d'introduire un retard déterminé dans la commande de la vanne 10'. Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 2 est résumé dans le Tableau I ci-après. - TABLEAU I - Sens de passage de t1 t2 Circuit Circuit Circuit Brûleur l'eau dans la van- REMARQUE 11'-22 22-10' 11'-17' 21 ne 10' # tc tc Ouvert Ouvert Ouvert Arrêt 9'#12'#13' Situation provisoire correspondant au temps de temporisation du contact 22, ceci afin de permettre à l'eau de la capacité 14' tc tc Fermé Ouvert Fermé Marche 9'#12'#13' d'atteindre la température tc et éviter ainsi que l'utilisateur soutire de l'eau froide tc # tc Fermé Fermé Fermé Marche 9'#15'#14' #18'#13' # tc # tc Ouvert Ouvert Ouvert Arrêt 9'#12'#13' Situation quand t1 vien@ d'être # tc et que le brûleur vient de s'arrêter En référence à la figure 3, sur laquelle les éléments identiques à ceux représentés sur la figure 1 ont été repérés par les mêmes nombres affectés de l'indice n les moyens de chauffage sont constitués sur cette figure par une résistance électrique 30, qui plonge dans la capacité 14". L'organe de distribution est constitué par deux électrovannes 31 et 32 placées respectivement sur les lignes 15n et 9". La commande de ces vannes est assurée par un régulateur électronique 33. Les températures t1 et t2 des capacités 6" et 14t sont fournies au régulateur 33 grâce aux sondes thermométriques 35 et 36) dont sont équipées respectivement les capacités 6n et 14". Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 3 est résumé dans le Tableau II ci-après. - TABLEAU II - t1 t2 Circuit Circuit Circuit Vanne Vanne Résistance Sens du passage de 11"-17" 31-33 32-33 31 32 30 l'eau # tc tc Ouvert Ouvert Fermé Fermée Ouverte Arrêt 9" # 12" # 13" tc # tc Fermé Fermé Ouvert Ouverte Fermée Marche 9" # 15" # 14" # 18" # 13" En référence à la figure 4, sur laquelle les éléments identiques à ceux représentés sur la figure 1 ont été repérés par les mêmes numéros affectés de l'indice"', les moyens de chauffage sont constitués par un échangeur dans lequel circule de l'eau chaude amenée au serpentin par la ligne 41*équipée d'une pompe de circulation 42. L'eau chaude, qui provient d'une chaudière 43 équipée d'un brûleur 44, retourne à la chaudière par la ligne 45. La commande de mise en route du brûleur est effectuée grâce à un aquastat 46 dont est équipée la chaudière L'organe de distribution 10"' est constitué par une électrovanne à trois voies reliée à un aquastat 47 équipant la capacité 14"'. Le fonctionnement du dispositif est résumé dans le Tableau III ci-après. - TABLEAU III - k o V qsl r n k c k n Icr Q Q 0 v s passage S Tl Circuit Circuit Circuit Pompe Brûleur d r! s o, O+r ii3 Y (D ri F cY PS &num;;H o vM Q 44 k+r Q pSueaE! cdrlr u CV[II po T ç ç v k\p) Ouvert Ouvert Ouvert Arrêt Arrêt 9"'12"' 13"' Qt tc > t Ouvert Ouvert Fermé Arrêt Arrêt 9"' = ~~ ~ M ci ltL BO- Z + t1 vient d'être S ? t TS venant de 'ar rêter et t salE r oo cu - C z ~ ~ -Q T cr(S I f 1 . > = Fermé Fermé Fermé Marche Marche as > 15'.'' î4"' k a, u Q) (O Y a, rt k cP, 6 A PS QI > : > : t vient d'être 0, étant o zu 4X 4Z X X EZ ; $ D h $ vO pX St w &commat; O~ P E E P O - O 14 X a ç4 o h w w O~ P P h E hs O a E E ço 4J ço ço N v 4 \/ ~ 4Jo 4J O O o 4 4 v V Comme il a été dit précédemment, les figures 2, 3 et 4 ne sont données qu'à titre d'illustrations non limitatives. Dans le dispositif représenté sur la figure 4, par exemple, l'ensemble chaudière 43,échangeur 40 - pompe de circulation 42 peut être remplacé par une résistance électrique. De même, l'ensemble électrovanne 10"' - aquastat 47 peut être remplacé par une vanne thermostatique à trois voiés reliée par capillaire à un élément thermostatique placé dans la capacité 14"'. REVENDICATIONS 1.- Procédé perfectionné de réchauffage d'un fluide par couplage de l'énergie solaire avec une autre source d'énergie calorifique, ledit procédé comprenant a) l'introduction en discontinu > dans une première capacité de chauffage, du fluide à réchauffer b) le chauffage de ce fluide au moyen de l'énergie solaire, lorsque ladite énergie est suffisante c) le soutirage en discontinu dudit fluide de ladite première capacité, l'introduction de ce fluide dans ladite première capacité conformément à l'étape a) et ledit soutirage étant effectués simultanément, ledit fluide étant conduit lors dudit soutirage vers au moins un poste d'utilisation, soit directement, soit lorsque la température du fluide contenu dans la première capacité est inférieure à la température de consigne - après passage dans une deuxième capacité de chauffage munie de moyens de chauffage, le fluide contenu dans la deuxième capacité étant alors porté à la température de consigne; ledit procédé étant caractérisé en ce que les moyens de chauffage de ladite deuxième capacité ne sont mis en service que lorsque la température du fluide contenu dans la première capacité est inférieure à la température de consigne. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide prélevé dans la première capacité ne passe dans la seconde capacité que lorsque la température du fluide contenu dans la deuxième capacité est au moins égale à la température de consigne. 3..- Dispositif de réchauffage d'un fluide par couplage de l'énergie solaire avec une autre source d'énergie calorifique, ledit dispositif comprenant a) une première capacité de chauffage équipée de premiers moyens de chauffage fonctionnant grâce à l'énergie solaire, ladite première capacité étant en outre équipée d'au moins une alimentation en fluide à réchauffer et d'au moins une sortie dudit fluide reliée à au moins un poste d'utilisation b) une deuxième capacité de chauffage équipée de deuxièmes moyens de chauffage, ladite deuxième capacité étant en outre équipée d'au moins une alimentation en fluide reliée à la première capacité et d'une sortie reliée à au moins un poste d'utilisation c) un ou plusieurs moyens pour détecter la température du fluide contenu dans la première capacité, l'un de ces moyens au moins étant constitué par un premier thermostat sur lequel est affichée la température de consigne d) un ou plusieurs moyens pour détecter la température du fluide contenu dans la seconde capacité, l'un de ces moyens au moins étant constitué par un deuxième thermostat sur lequel est affichée la température de consigne e) un organe de distribution permettant de diriger le fluide prélevé de la première capacité, soit vers le poste d'utilisation, soit vers la deuxième capacité, selon les températures du fluide contenu dans la première et la deuxième capacité ledit dispositif étant caractérisé en ce que le thermostat détectant la température du fluide contenu dans la première capacité permet de déclencher la mise en service des moyens de chauffage de la deuxième capacité de chauffage dès que la température du fluide contenu dans la première capacité tombe en dessous de la température de consigne. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première capacité comporte deux sorties de fluide, l'une vers le poste d'utilisation, l'autre vers la deuxième capacité.- 5.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première capacité comporte une seule sortie de fluide conduisant vers le poste d'utilisation et portant une dérivation vers la deuxième capacité. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'organe de distribution est constitué par deux vannes. 7.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe de distribution est constitué par une vanne à trois voies. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la commande de l'organe de distribution est assuréepar le thermostat détectant la température du fluide contenu dans la première capacité. 9.- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la commande de l'organe de distribution est assurée par le thermostat détectant la température du fluide contenu dans la seconde capacité 10.- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la commande de organe de distribution est assurée par deux sondes thermométriques détectant les températures du fluide contenue dans les deux capacités. 11.- Application du procédé selon l'une des revendications 1 et 2 et du dispositif selon l'une des revendications 3 à 10 à la production d'eau chaude sanitaire.