Brevet FR2459429A1 — publié le 19810109

La présente invention est relative à des chauffe-eau utilisant l'énergie fournie par le rayonnement solaire et destinés à des usages domestiques, collectifs ou industriels. Les chauffe-eau à énergie solaire appartiennent à deux catégories générales: ceux pourvus de collecteurs fixes et ceux pourvus de collecteurs mobiles suivant la trajectoire du soleil pendant la journée. Les chauffe-eau à énergie solaire à collecteurs fixes ont un rendement relativement faible car ils ne se présentent au soleil avec un angle optimal que pendant une courte période de temps. Par ailleurs, les collecteurs mobiles sont relativement coûteux et complexes du fait du mécanisme suiveur. En raison de ces inconvénients, les collecteurs qui suivent la trajectoire du soleil ne sont pas encore disponibles de façon significative sur le marché. La présente invention remédie aux inconvénients des chauffe-eau à énergie solaire actuellement connus. Un chauffe-eau à énergie solaire selon l'invention comprend un organe unitaire formant collecteur et réservoir comportant une partie d'assemblage de section de forme arrondie, et un socle prévu pour être fixé en un emplacement déterminé et présentant un logement conformé pour recevoir la partie d'assemblage selon une disposition angulaire que l'onfpeut choisir. On décrit ci-apres des modes de réalisation de l'invention, en relation avec les dessins ci-annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective d'un chauffe-eau à énergie solaire selon l'invention; la figure 2 est une vue en perspective d'un chauffe-eau à énergie solaire selon un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est une vue schématique en coupe, selon la ligne III-III, du chauffe-eau à énergie solaire de la figure 1; la figure 4 est une vue schématique en coupe, selon la ligne IV-IV, du chauffe-eau à énergieLsoRaire de la figure 2; la figure 5 est une vue schématique en bout du chauffeeau à énergie solaire représenté sur la figure 1. et la figure 6 est une vue schématique en bout d'un chauffeeau à énergie solaire représenté sur la figure 2. Si on se réfère maintenant aux figures 1 et 3, on y voit un chauffe-eau à énergie solaire selon un mode de réalisation de l'invention qui comprend une base 10 de forme générale allongée que l'on peut placer sur une surface de support appropriée telle qu'un toit plat ou en pente ou sur une structure de support. La base 10 a une forme définissant un évidement allongé 12 constituant un logement dont la section transversale courbe définit un secteur circulaire. Sur la base 10 est monté rotatif un élément collecteur 20 comprenant une partie 22 faisant face aux rayonnements incidents, de forme allongée et plane, et une partie arrière 24 allongée de section transversale circulaire. L'élément collecteur 20 comprend un carter ou boîtier 26, par exemple en fibre de verre, en matière plastique ou en métal en feuille En travers du carter 26 et sur la partie 22 faisant face aux rayonnements incidents est disposée au moins une feuille d'un matériau plan et transparent 28 telle qu'une vitre de 2 mm d'épaisseur, du PVC de 3 mm d'épaisseur ou de-la fibre de verre de 3 mm d'épaisseur. Le matériau transparent est fixé au carter au moyen d'un cadre 30, par exemple en aluminium ou en acier inoxydable et son étanchéité par rapport au boitier est assurée au moyen d'un joint de caoutchouc périphérique 32 de section transversale en U qui est maintenu en place par le cadre 30 qui peut être boulonné ou riveté sur le carter 26. Un échangeur de chaleur solaire 34 est disposé à l'inté- rieur du matériau transparent 28 et en est séparé d'une distance d'au moins 50 mm. On a constaté qu'un écartement d'environ 50 mm est nécessaire pour éviter des pertes de chaleur importantes dans l'atmosphere. L'échangeur de chaleur 34 comprend une feuille ondulée 36 dont la forme définit des canalisations 38 de passage d'eau et des canalisations d'admission et d'évacuation communiquant avec les canalisations 38 à leurs extrémités. Les canalisations d'admission et d'évacuation sont reliées de leur côté à des entrées et des sorties respectives d'eau qui communiquent avec une source d'eau (non représentée) et un réservoir de stockage d'eau chaude 42 par l'intermédiaire de conduits (non représentés). Une caractéristique particulière de la présente invention consiste dans le fait que le centre de gravité de l'élément collecteur est situé dans sa partie de montage de section transversale courbe, du fait que le réservoir de stockage d'eau 42 est situé à l'intérieur. En raison de la faible altitude à laquelle se trouve le centre de gravité, le positionnement de l'élément collecteur sur la base est relativement facile et le collecteur tend à rester en place. La feuille ondulée 36 est reliée au niveau de toutes ses parties non surélevées à une seconde feuille 37, généralement plate et définissant ainsi les collecteurs et les canalisations de passage d'eau. Les feuilles 36 et 37 sont constituées notamment en acier inoxydable d'épaisseur comprise entre 0,6 et 0,8 mm ou en acier laminé à froid et d'épaisseur comprise entre 1,0 et 1,25 mm. La surface de la feuille 36 faisant face aux radiations incidentes est pourvue d'un revêtement augmentant sa capacité générale d'absorption de la chaleur provenant des rayons solaires et réduit les pertes de chaleur dans l'atmosphère. L'espace défini entre les parois du carter et la feuille 37 contient le réservoir de stockage d'eau chaude 42. Le réservoir 42 a, par exemple, une capacité de 150 litres et il est constitué en acier inoxydable de 1,5 mm d'épaisseur ou en acier laminé à froid de 3,0 mm d'épaisseur, Un matériau isolant 48 d'une épaisseur minimale de 50 mm, tel que de la mousse de polyuréthane, entoure le réservoir 42 et remplit la totalité du volume défini par le carter 26 et la feuille 37, Référence est maintenant faite à la figure 5 qui représente les moyens de fixation de la base 10 permettant d'orienter le collecteur selon une position angulaire désirée par rapport à ladite base, et comprenant une série de logements 52 correspondant chacun à une orientation angulaire différente du collecteur. La disposition angulaire obtenue par l'engagement dans chacun des logements peut être indiquée sur un organe 50. Un organe d'engagement 54 soumis à la sollicitation d'un ressort est monté sur le collecteur 20 et est normalement amené à pénétrer dans l'un des logements 52. Une goupille de blocage (non représentée) peut être utilisée pour fixer l'organe 54 dans le logement 52. Le collecteur peut être facilement réglé d'une position à l'autre par un utilisateur se servant des poignées d'extrémité 56 et faisant temporairement reculer l'organe 54. Quand l'orientation désirée a été trouvée, l'organe 54 est relâché et bloque de ce fait le collecteur dans l'orientation désirée. On comprendra que la réorientation de la disposition angulaire du collecteur puisse être souhaitable plusieurs fois au cours de l'année pour suivre les changements de saison. L'orientation dépend également de la position géographique de chaque chauffe-eau à énergie solaire. Référence est maintenant faite aux figures 2 à 4 illustrant un élément chauffant à énergie solaire selon un autre mode de réalisation de l'invention. Une base 60 est constituée par un organe allongé pourvu d'une surface supérieure incurvée 62. La base 60 peut être placée sur toute surface de support appropriée telle qu'un toit plat ou en pente ou sur une structure de support construite spécialement. A l'intérieur de la base 60 sont disposés un ou plusieurs réservoirs de stockage d'eau chaude, réalisés par exemple en acier inoxydable de 1,5 mm d'épaisseur ou en acier laminé à froid de 3 mm d'épaisseur. Le ou les réservoirs 64 sont reliés à des conduits d'entrée et de sortie d'eau (non représentés) et entourés dans la base 60 par des matériaux d'isolation en mousse de polyuréthane. On notera qu'une série de réservoirs 64 sont utilisés à la place d'un unique réservoir pour maintenir un profil relativement bas de la base 60. On notera que la base 60 a une section transversale courbe généralement uniforme définissant de préférence un secteur de cercle. Sur la surface 62 de la base 60 peuvent glisser et être fixées une série de consoles de montage 66 pourvues chacune de surfaces d'appui supérieures et inférieures 68 et 70 se conformant respectivement au collecteur (qui sera décrit plus loin) et à la surface 62. Un collecteur 80 de forme allongée pourvu d'une surface arrière 82 de section transversale courbe, définissant de préférence un secteur de cercle, est monté sur les consoles de montage 66. Selon une forme de réalisation de l'invention, le collecteur 80 est monté fixe sur les consoles qui, de leur côté, sont montées coulissantes sur la surface 62. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le collecteur 80 est monté coulissant sur les consoles 66, lesquelles peuvent être soit fixes, soit coulissantes sur la surface 62 de la base 60. Le collecteur 80 est constitué par un carter ou boîtier 84 à profil bas, dont la partie arrière est remplie d'un isolant tel qu'une mousse de polyuréthane. La partie du collecteur qui reçoit les radiations incidentes comprend une feuille d'un matériau transparent 86 et un échangeur de chaleur 88 sensiblement semblable par sa forme et son espacement relatif aux parties correspondantes du collecteur 20 représenté sur la figure 1 et dont la description qui a été faite ci-dessus concerne également le mode de réalisation dont il est maintenant question. On notera que les échangeurs de chaleur sont réalisés de manière à avoir une capacité d'eau de moins de 2 litres environ au mètre carré de manière à améliorer la capacité collectrice lors de journées nuageuses quand les radiations incidentes sont à un niveau relativement bas. il est maintenant fait référence à la figure 6 qui représente des moyens pour déterminer l'orientation angulaire relative du collecteur 80 et de la base 60. De même que dans la disposition illustrée sur la figure 5, une série de logements 90 sont définis, comme le logement 92 pourvu d'un index indiquant sa position angulaire, sur l'une ou les deux extrémités de la base 60. Un doigt 93 pourvu d'un ressort coopère avec l'un des logements 90 choisis, déterminant de ce fait l'orientation angulaire relative entre le collecteur et la base. Le collecteur est déplacé relativement à la base au moyen d'une poignée 96 fixée au collecteur et le doigt rétractable est rétracté lors de la réorientation. On comprendra que dans les modes de réalisation de l'invention dans lesquels le réservoir de stockage d'eau chaude est situé au même niveau ou en dessous de l'échangeur de chaleur, on puisse prévoir une pompe pour faire circuler l'eau dans le système. On a constaté qu'une pompe ayant un débit de 4 à 6 litres à la minute permet d'obtenir le rendement maximal de transfert de chaleur. Si on se reporte à nouveau à l'échangeur de chaleur, on notera que cet échangeur de chaleur peut être fabriqué d'une autre manière que celle qui est décrite ici. Deux feuilles plates peuvent être jointes l'une à l'autre par une soudure par points et par cordon, dans un équipement automatique, pour définir les collecteurs et les canalisations d'eau.Ensuite, on peut insuffler de l'air sous pression entre les feuilles dans les endroits choisis pour séparer les feuilles entre les cordons de soudure, formant ainsi les canalisations d'eau et les collecteurs Selon un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel des feuilles ondulées sont utilisées pour la fabrication de l'échangeur de chaleur, on peut souder l'une à l'autre une paire de feuilles ondulées concordantes pour obtenir des passages de 20 mm de diamètre pour l'eau, soit le double de ce qu'on obtient avec une unique feuille ondulée et une feuille plate soudée à elle comme décrit ci-dessus. Un tel type de construction est souhaitable quand on rencontre des difficultés de blocage dues à des corps étrangers dans l'eau. Dans la description qui précède, on a présenté un chauffeeau et un collecteur d'énergie solaire pourvus de caractéristiques se combinant pour obtenir un rendement et une économie inhabituellement élevés4 REVENDICATIONS 1.- Chauffe-eau à énergie solaire, caractérisé en ce qu'il comprend un organe unitaire formant collecteur et réservoir comportant une partie d'assemblage de section de forme arrondie, et un socle prévu pour être fixé en un emplacement déterminé et présentant un logement conformé pour recevoir la partie d'assemblage selon une disposition angulaire qu'on peut choisir. 2.- Chauffe-eau à énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour orienter de façon sélective le collecteur d'une seule pièce selon une disposition angulaire désirée par rapport au socle. 3.- Chauffe-eau à énergie solaire, caractérisé en ce qu'il comprend un socle disposé pour être fixé en un emplacement, contenant un réservoir d'eau chaude, et un collecteur monté mobile sur le socle selon une orientation angulaire que l'on peut choisir par rapport au socle. 4.- Chauffe-eau à énergie solaire selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins l'un des deux éléments constitués par le socle et le collecteur a-une surface courbe, et en ce que ledit chauffe-eau à énergie solaire comprend également des moyens de montage coopérant par coulissement avec ladite surface courbe en vue d'un montage sélectif par rapport à cette surface. 5.- Chauffe-eau à énergie solaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit socle et ledit collecteur ont des surfaces en regard de section transversale courbe. 6.- Chauffe-eau à énergie solaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite surface courbe est de section circulaire. 7.- Chauffe-eau à énergie solaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit socle comprend une surface supérieure de section transversale courbe. 8.- Chauffe-eau à énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit collecteur comprend un panneau ondulé et un panneau plat reliés l'un à l'autre de manière à définir une série de passages espacés pour un liquide; des tubulures reliant lesdits passages pour liquide à une entrée et une sortie de liquide; et un couvercle transparent disposé au-dessus desdits passages pour liquide dans une direction faisant face aux radiations incidentes et espacé desdits passages pour liquide d'au moins 50 mm. 9.- Chauffe-eau à énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit collecteur comprend un échangeur de chaleur recevant les radiations incidentes; et un couvercle transparent disposé au-dessus de l'échangeur de chaleur dans une direction faisant face aux radiations incidentes et espacé dudit échangeur de chaleur d'au moins 50 mm. 10.- Chauffe-eau à énergie solaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur a une capacité inférieure à deux litres au mètre carré de la surface de l'échangeur de chaleur exposée aux radiations incidentes. 11,- Chauffe-eau à énergie solaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur est constitué par une paire de feuilles ondulées. 12.- Collecteur d'énergie solaire, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur de chaleur recevant les radiations incidentes; et un couvercle transparent disposé au-dessus dudit échangeur de chaleur dans une direction faisant face aux radiations incidentes et qui est espacé dudit échangeur de chaleur d'au moins 50 mm. 13.- Collecteur d'énergie solaire selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur a une capacité liquide de moins de deux litres au mètre carré de la surface de l'échangeur de chaleur exposée aux radiations incidentes.