Brevet FR2451547A1 — publié le 19801010

La présente invention, à laquelle ont collaboré Messieurs Alain LIEBARD, Bernard MOURICOUT, Georges-Michel PICHAMBERT, concerne un procédé perfectionné de réchauffage de fluides par couplage de l'énergie solaire avec une autre source d'énergie calorifique et rEcupération d'énergie ; elle concerne galenent les dispositifs de mise en oeuvre dudit procédé et leur application au chauffage de locaux avec ou sans production d'eau chaude sanitaire. L'utilisation de l'énergie solaire pour le chauffage de fluides, en vue notaient du chauffage de logements ou de production d'eau chaude sanitaire, est bien connue. L'énergie solaire ntest toutefois pas toujours suffisante, notamment en hiver, pour porter la température de l'eau ou d'un autre fluide caloporteur à la valeur disirée. L'énergie solaire est donc géntra- liement couplée avec une autre source d'énergie calorifique. Les procédas couplant lténergie solaire avec d'autres sources d'énergie calorifique sont déjà connus. Ils consistent en général à utiliser an maximum la chaleur solaire et, lorsque celle-ci est insuffisante, un chauffage d'appoint classique est mis en marche, de façon à porter la température du ou des fluides caloporteurs à la valeur désirée. Les systèmes de régulation permettant, d'une part, de contrôler la ou les températures des fluides caloporteurs et, d'autre part, de mettre en route, quand cela devient nicessaire, le chauffage d'appoint, ainsi que d'assarer dans de bonnes conditions la circulation des fluides caloporteurs (actionnement de vannes, ouverture de clapets, mise en marche de pompes...), sont simples et connus de l'homme de l'art. La présente invention a pour but de perfectionner le conplage de lténergie solaire et d'une autre source d'énergie calorifique, afin d'obtenir un meilleur rendement énergétique du couplage, en l'associant avantageusement -à d'autres moyens de réca- pération de calories. A cet effet, l'invention a pour objet an procédé perfectionné de réchauffage d'un fluide gazeux, notamment pour le chauffage de locaux, du type comportant an couplage de 1'énergie solaire avec une autre énergie calorifique d'origine fossile, selon lequel on effectue 1 a) un premier réchauffage du fluide gazeux par échange thermique entre ce fluide et un fluide caloporteur provenant d'au moins un capteur solaire b) un second réchauffage du fluide gazeux par échange thertique entre ce fluide et un fluide caloporteur provenant d'une chaudière, dans un échangeur, ledit second réchauffage n'existant que lorsque le niveau de température atteint par le fluide gazeux dans l'étape a) est insuffisant, ce procédé étant caractérisé par l'adjonction au fluide gazeux réchauffé dans les étapes précédentes d'air neuf prélevé à l'extérieur et réchauffé par échange thermique avec l'air vicié extrait et éventuellement les produits de combustion, lorsque ladite chaudière est en marche. L'invention concerne également les dispositifs nécessaires à la mise en oeuvre de ce procédé et l'installation en comportant application. Les dessins annexés illustrent la mise en oeuvre de l'invention. Sur ces dessins Les figures 1 et 2 sont des vues schématiques illustrant deux variantes du procédé conforme à l'invention La figure 3 illustre schématiquement l'application du procédé conforme à l'invention au chauffage d'eau sanitaire. La figure 1 concerne une première forme de mise en oeuvre de l'invention. Dans ce cas, de l'air recyclé 3, destiné au chauffate des locaux d'habitation, est en premier lieu réchauffé autour d'une capacité 4 de stockage de calories d'origine solaire con forme à la demande de brevet français ne 2 382 649, déposée le 1er Mars 1978 par Messieurs LIEBARD et ALEXÂNDROFF, capacité que l'on désigne ci-après par l'expression "bloc thermique ventilé". De l'eau circule par les lignes 2 et 30 entre ladite capacité et un capteur solaire 1, lorsque la température dans le capteur 1 est supérieure à celle de la capacité 4. La circulation du fluide caloporteur fl est assurée par une pompe 3. L'air recyclé 3, aspiré par un ventilateur 6, traverse an échangeur d'appoint 7, dans lequel est réalisé, si nécessaire c'est-à-dire si la température atteinte par l'air recyclé 5 par passage autour de la capacité 4 n'est pas suffisante - un échange thermique avec un fluide caloporteur f2 circulant dans un serpentin 8. Ce fluide caloporteur f2 est entrain par une pompe 9 dans un circuit comprenant, outre le serpentin 8, une ligne 11 et un serpentin 10 disposé dans une chaudibre 12, qui fournit, en cas de besoin, les calories d'appoint.Ni la chaudière 12, ni la circulation du fluide caloporteur f2 ne sont toutefois en marche lorsque la température de l'air est suffisante au sortir de 1 ' échange athermique par convection avec la capacité 4. Selon le perfectionnement de l'invention, l'air 21, qui sort de l'échangeur 7 pour aller chauffer les locaux par des gaines 22, est en outre mélangé à de l'air neuf 20, aspiré de l'extérieur par un ventilateur 15 dans un conduit 18 et qui a été réchauffé dans un échangeur gaz-gaz 17, par contact thermique avec un mélange d'air vicié extrait 13 provenant des locaux etle cas échéant, de gaz de combustion 14 provenant de la chaudière 12 en marche. Ledit mélang d'air vicié 13 et de gaz 14 est aspire par un ventilateur 16, dans l'échangeur 17, puis est refoulé vers J'extérieur par un conduit 19. Cette récupération complémentaire de calories permet de réduire la consommation de la chaudière 12. Le dispositif mettant en oeuvre ce procédé de réchauffage d'air peut être avantageusement réalisé sous une forme compacte à l'intérieur même des locaux à chauffer, la capacité 4 pouvant recevoir sur sa partie supérieure la chaudière 12 et les deux échangeurs 7 et 17. Cette disposition compacte permet d'éviter des pertes thermiques supplémentaires. Il n'est toutefois pas possible, dans tous les cas, d'adopter une telle disposition compacte, car la capacité 4 ne peut parfois être installée à l'intérieur des locaux. Le dispositif schématisé sur la figure 2 permet de remédier à cette contrainte d'installation. Sur cette figure, les éléments qui sont identiques à ceux de la figure 1 ont été désignés par les memes nombres de référence, affectés de l'indice ', et leur description ne sera pas reprise. La capacité de stockage des calories solaires, 23, (différente de la capacité 4) est ici équipée d'une double circulation de fluide caloporteur, à savoir a) le circuit du capteur 1' (lignes 2', 50', pompe 3'), dont le fonctionnement est identique à celui décrit précédemment b) un circuit alimentant un échangeur d'énergie solaire 27, que traverse l'air recyclé 24, aspiré par le ventilateur 6' g le fluide caloporteur f3 stocké dans la capacité 23 est repris par la pompe 26 vers un serpentin 28 de l'échangeur 27, puis renvoyé dans la capacité 23 par la ligne 23. La figure 3 représente une forme de mise en oeuvre particu- lièrement avantageuse de l'invention : celle-ci est appliquée ici au chauffage combiné de plusieurs fluides, not lment d'air, destiné au chauffage de locaux, et d'eau chaude sanitaire. Seule la disposition conforme à la figure 1 a été représentée, mais il doit être entendu qu'un disposition conforme à celle de la figure 2 entre dans le cadre de la présente description. Sur cette fugure 3, on retrouve tous les éléments representés sur la figure 1, désignés sous les mêmes nombres de référence affectés de l'indice *. En outre, il est prévu un circuit d'eau chaude sanitaire (ligne 29), qui, selon une caractéristique de l'invention, traverse successivement la capacité 4" et la chaudière d'appoint 12". Dans cette forme de mise en oeuvre de l'invention, la priorité est encore donnée au chauffage solaire. Les chauffages d'appoint ne sont déclenchés que dans la mesure où la température communiquée aux fluides (eau chaude sanitaire, air) par la capacité 4" est insuffisante. En particulier, la chaudière d'appoint 12N ne doit se mettre en route que 1) si la température de l'eau chaude sanitaire, lors d'un soutirage, est insuffisante, et/ou 2) si la température de l'air est insuffísante. Si la température de lteau, lors d'un soutirage, est insuf fisante, la pompe 9" et le ventilateur 6" starrêteront. Là encore, les produits de combustion contribuent dans l'échangeur 17" au réchauffage de l'air neuf extérieur 18". L'invention fournit donc des moyens simples et pratiques pour limiter la consommation d'énergie nécessitée par le chauffage de locaux à l'aide d'un fluide gazeux et, éventuellement, d'eau chaude à usage sanitaire. REVENDICATIONS 1.- Procédé perfectionné de réchauffage d'un fluide gazeux, notamment pour le chauffage de locaux, du type comportant un couplage de l'énergie solaire avec une autre énergie calorifique d'origine fossile, selon lequel on effectue a) un premier réchauffage du fluide gazeux par échange thermique entre ce fluide et un fluide caloporteur provenant d'an moins un capteur solaire b) un second réchauffage du fluide gazeux par échange thernique entre ce fluide et un fluide caloporteur provenant d'une chaudière, dans un échangeur, ledit second réchauffage n'existant que lorsque le niveau de température atteint par le fluide gazeux dans l'étape a) est insuffisant, ce procédé étant caractérisé par l'adjonction au fluide gazeux réchauffé dans les étapes précédentes d'air neuf prélevé à l'ex- térienr et réchauffé par échange thermique avec l'air vicié extrait et, éventuellement, les produits de combustion lorsque la chaudière est en marche. 2.- Procédé perfectionné de réchauffage d'eau, notament à usage sanitaire, d'une part, et d'un fluide gazeux destiné notas- ment au chauffage de locaux, d'autre part, ledit procédé compre- nant les étapes suivantes a) réchauffage de l'eau par échange thermique de celle-ci avec un fluide caloporteur provenant d'au moins un capteur solaire t b) réchauffage de l'eau dans une chaudière qui ne fonctionne que lorsque la température de l'eau après l'étape a) est infé- rieure à une valeur déterminée, ledit procédé étant caractérisé en ce que le réchauffe du fluide gazeux est réalisé par application d'un procédé conforme à la revendication 1. 3.- Dispositif de réchauffage d'un fluide gazeux, notazaent pour le chauffage de locaux, qui comprend a) une capacité de chauffage connectée à des moyens de chaude fage fonctionnant gracie à 11 énergie solaire t b) des premiers moyens d'échange thermique entre ladite capacité et ledit fluide gazeux t c) une chaudière à fonctionnement commandé réchauffant un fluide caloporteur 3 d) des seconds moyens d'échange thermique entre ledit fluide caloporteur et ledit fluide gazeux, lesdits seconds moyens étant disposés en aval de ladite capacité de chauffage sur le circuit du fluide gazeux e) des moyens pour provoquer simultanément le fonctionnement de ladite chaudière et la circulation dudit fluide caloporteur dans lesdits seconds moyens d'échange thermique lorsque la température du fluide gazeux, à 11 entrée desdits seconds moyens d'échange thermique, est inférieure à une première valeur déterminée, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des traL- sièmes moyens d'échange thermique entre un complément dtair neuf extérieur et l'air vicié extrait et éventuellement les produits de combustion de ladite chaudière et en ce qu'il comporte des moyens pour mélanger ledit air neuf extérieur réchauffé après passage dans lesdits troisièmes moyens d'échange thermique, avec le fluide gazeux principal, après passage de ce dernier dans les seconds moyens d'échange thermique. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens d'échange thermique comprennent au moins un conduit, dans lequel circule le fluide gazeux et qui entoure ladite capacité, du type bloc thermique ventilé. 5.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens d'échange thermique comprennent un échangeur thermique que traverse le fluide gazeux et qui est alimenté à partir de ladite capacité. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, destiné en outre au chauffage d'ean, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen pour amener l'eau en contact thermique avec ladite capacité et ladite chaudière. 7.- Un dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qui il comprend en outre des moyens pour commander la mise en marche de la chaudière indépendamment de la circulation du fluide caloporteur dans les seconds moyens d'échange thermique, lorsque la température de l'eau, avant la mise en contact thermique do eelle-ci avec la chaudière, est inférieure à une seconde valeur déterminée.