Brevet FR2457447A1 — publié le 19801219

La présente invention concerne un procédé de captation de l'énergie solaire nour sa conversion sous forme thermicue et son utilisation pour le chauffage des locaux et la production simultanée d'eau chaude sanitaire nar l'intermédiaire du dispositif objet de l'invention : Le "Capteur Thermique Hybride." Les principaux dispositifs existant actuellement utilisent les techniques suivantes : Insolateurs à tubes verticaux ou horizontaux Ce type d'insolateur permet le chauffage de l'eau sanitaire durant les périodes ensoleillées par absorption du flux direct sur des tubes à l'intérieur desquels circule un fluide calonorteur (enu).Ce type de capteur constitué nar un serpentin en métal ou PVC est utilisé sans vitrage pour le chauffage de l'eau des piscines et de l'eau sanitaire. Le rendement de ces capteurs est lié à l'écart de température entre l'air ambiant extérieur et le fluide caloporteur circulant dans le serpentin. Il décroit lorsque l'écart de température augmente, lorsque la vitesse du vent augmente (convection forcée, et ne permet pas une limitation du rayonnement inverse. De olus ce type de canteur ne permet pas le réchauffage d'un fluide pendant lies périodes durant lesquelles la température exté- rieiire est inférieure 'a la température du fluide à chauffer. Insolateurs plans à effet de serre . Médium : air L'insolateur olan à effet de serre réchauffant directement l'air des locaux est constitué par des Laques absorbantes recouvertes d'un ou plusieurs vitrages limitant ainsi le rayonnement inverse (augmentation du rendement global) au travers desquels l'air s'échauffe par convection/conduction et permettant le réchauffage de l'air admis dans les locaux durant les nériodes d'insolation. . Médium : eau de serre L'insolateur plan à effet / rechauffant un fluide est constitué par un absorbeur en tôle d'acier ou autre métal à l'intérieur duquel circule le fluide à réchauffer. Un v-itrage simple ou double limite le rayonnement inverse du canteur et en améliore le rendement. Dans un cas comme dans l'autre ces capteurs voient leur rendement diminuer lorsque la température extérieure se rapproche de la température du fluide caloporteur (par valeur positive). De ce fait, il existe un seuil e température au-dessous duquel il n'est plus possible de récupérer l'énergie solaire au niveau des capteurs. Insolateurs utilisés comme évaporateur d'un fluide frigorigène : Dans de tels capteurs le transfert thermique est réalisé par l'intermédiaire d'une pompe à chaleur. Toutefois le régime de fonctionnement de la pompe à chaleur manque de stabilité puisqu'il est directement lie à l'intensité du flux à charrue instant. En l'absence prolongée d'ensoleillement le groupe compresseur doit être arreté et les besoins assurés après épuisement éventuel du stockage par un procédé de production calorifique de remplacement. D'une manière générale tous les systèmes de chauffage solaire nécessitent d'être remplacés en l'absence d'ensoleillement par un système de production calorifique couvrant la totalité des besoins pour les jours les plus froids. La puissance mise en jeu tour ce complément est donc écale à lia nuissance maximale installée pour un système traditionnel de chauffage, ce qui à pour conséquence un sur-équipement de l'installation. Capteurs solaires à volants thermique réfrigéré : Ce tyne d'insolateur formant réservoir de liquide permet de récupérer d'une nart le rayonnement solaire direct et diffus et d'autre part une partie des calories contenues dans l'air ambiant par abaissement de la température du médium (eau glycolée) contenue dans les capteurs par l'intermédiaire d'un groupe frigorifique à condensation tar eau ou par air. L'inconvénient d'un tel système réside essentiellement dans sa grande inertie thermique ne permettant pas, lorsque la température du médium est basse, donc lorsque les capteurs ont perdus leur charge thermique interne, une montée rapide en température des locaux, même dans les conditions les plus favorables. De plus ce tne de capteur ne peut absorber nu'une faible quantité de lten- thalni.e de l'air ambiant, puisque fonctionnent nar convection na- turelle. Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients : En effet celui-ci rend possible Le captage de l'énergie durant les périodes ensoleillées avec un rendement optimum permettant le réchauffage de l'eau sanitaire grâce à l'effet de serre (médium eau glycolée). Le cestaae de l'énergie solaire à basse température par l'in termédiaire de son circuit fréon tout en bénéficiant du ren dement accrû apporté par l'effet de serre. La récupération de la chaleur sensible et latente de l'air ambiant à l'aide du système de ventilation par convection forcée sur la plaque arsorbante, faisant office d'évapora teur (détente directe). .L'abaissement du seuil de température de captage, indépen damment de la température des locaux à chauffer à des va leurs proches des températures minimales extérieures. La diminution de la surface d'insolateurs à quantité d'éner gie récupérée égale, par suite d1un rendement global annuel accrû. La diminution de la puissance nominale installée de par la possibilité de chauffer les locaux par température extérieu re très basse. La description nui va suivre en regard du dessin annexé est donné titre d'exemple non limitatif d'un mode de réalisation de la orésente invention, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant bien entendu tartie de celle-ci. Un caisson par#allél#pipédique 1 comportant sur la face s-u- mise au ravonnement solaire un vitrage en matériau transpa- rent 2 simple ou double peau en fonction de l'efficacité recherchée Sur le caisson métallique sont pratiqués deux conduits permettant l'amenée d'air extérieurQ3et le rejet de cet air 4 après récupération d'une partie de son enthalpie. Une tuyauterie d'évacuation des condensats est fixée une partie basse du caisson. A l'in- térieur du caisson est disposé un échangeur/absorbeur de teinte foncée constitué de deux circuits indépendants. . Un circuit eau glycolée 5 permettant le chauffage de l'eau sanitaire durant les périodes ensoleillées. . Un circuit 6 fréon permettant la recupération de l'enthalpie de l'air ainsi que de l'énergie rayonée (direct ou diffus) durant les périodes ne permettant pas une captation d'éner gie suffisante pour assurer tout ou partie des besoins en chaud, sans abaissement de la température du médium circu lant dans le capteur. Ce circuit 6 est relié à un compres seur frigorifique permettant une récupération maximale d'é nergie, par abaissement de la température du fluide (fréon) circulant dans l'absorbeur/échangeur. . Une tuyauterie d'évacuation des condensats 7. REVENDICATIONS - - Elément capteur de conception modulaire permettant la trans formation de l'énergie solaire rayonnante et de l'enthalpie ou chaleur totale de l'air ambiant en énergie calorifique se traduisant tar une élévation de temprature de la masse de fluide en circulation dans l'élément (fréon et /ou eau addion née d'éthylène glycol). 9 - Elément capteur de conception modulaire selon la revendication N 1, caractérisé par le fait que l'absorbeur échangeur compor- te deux circuits indépendants : Un circuit fréon basse température Un circuit eau ou eau + éthylène glycol 3 - élément canteur de conception modulaire selon revendications 1,2 caractérisé oar le fait que l'absorbeur échangeur est placé derrière un vitrage permettant un effet de serre et limittant le rayon inverse. 4 - Elément capteur selon revendications 1,2,3 caractérisé car le fait qu'il comporte au moins une admission et un rejet d'air. 5 - Elément capteur selon l'une quelconque des revendications caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une canalisa tion d'évacuation des condensats. 6 - Elément caoteur de conception modulaire selon revendications 1 et 2 caractérisé par la possibilité de fonctionner, donc de récupérer d'une oart l'énergie solaire rayonnée et d'autre part lténergie contenue dans l'air ambiant par l'intermédiaire d'un conduit d'air relié à un ventilateur permettant par convection forcée l'évaporation du fluide frigorigène basse température circulant dans l'échangeur absorbeur 7 - Elément capteur selon revendications 1 a' 6 caractérisé tar le fait autil permet une récupération d'énergie sur l'air extrait (V.M.C.) améliorant ainsi le rendement global de l'installation. 8 - Elément capteur de conception modulaire selon revendications 1,2,3,4 caractérisé par le fait que de part sa conception le rendement global est accru : Récupération sur l'air ambiant + Récupération de L'énergie solaire rayonnée . Récupération sur la V.P;.C 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications d pro- duction de chaleur par transfert thermique à l'aide d'un fluide ca'oporteur (eau) durant les périodes d'ensoleillement intense. 10 - Dispositif de production de chaleur selon revendications ci-dessus effectuée par transfert thermodynamicue au moyen d'un fluide frigorigène à changement d'état caractérisé par le fait que l'échange s'effectue par convection forcée sur l'échangeur absorbeur faisant office d'évanorateur d'une machine thermodynaminue durant les périodes pendant lesquelles Ta température extérieure est inférieure è la température de base des locaux ' chauffer.