Brevet FR2461206A1 — publié le 19810130

La présente invention concerne d'une manière générale, les appareils dits à accumulation couplés à un capteur solaire, pour la production d'eau chaude, par exemple de l'eau à usage domestique, du genre comportant un réservoir relié en partie inférieure à une amenée d'eau froide, tandis qu'en partie supérieure une canalisation est apte à délivrer de Liteau à une certaine température. De tels appareils comportent le plus souvent un réservoir à axe vertical calorifugé avec en partie inférieure un échangeur relié à un capteur solaire, ainsi que des moyens de chauffage électrique d'appoint. Le brevet français NO 75 09432 décrit un appareil de production d'eau chaude comportant, en partie inférieure, un échangeur disposé dans une capacité, l'extrémité basse de cette capacité étant en communication avec l'intérieur du réservoir, tandis que le sommet de ladite capacité comporte une tubulure de section réduite ayant un orifice de sortie qui débouche à un certain niveau dans le réservoir. Un tel échangeur est constitué par une pluralité d'éléments tubulaires verticaux reliés, par collecteurs respectivement haut et bas, à des tubulures elles-memes connectées à un capteur solaire. La présente invention a trait aux appareils de production d' eau chaude du genre ci-dessus, et elle a pour objet de conférer à de tels appareils un rendement sensiblement accru comparativement aux appareils actuels. En effet, dans les appareils connus, l'eau rechauffée à travers l'échangeur, est dotée d'une certaine vitesse ascensionnelle à l'intérieur de la tubulure précitée et elle se mélange à la sortie de ladite tubulure, au volume d'eau contenu dans le réservoir, l'orifice de sortie étant sensiblement situé à mi-hauteur du réservoir ; il s'ensuit qu'entre l'orifice de la tubulure et le sommet du réservoir est confinée une masse d'eau importante, qui ne peut être chauffée à bonne température que progressivement et lentement en sorte que pour l'obtention rapide d'eau chaude à bonne température c'est essentiellement la source d'énergie additionnelle qui est sollicitée et fournit les calories nécessaires. On sait en effet que la quantité de calories délivrées par un capteur solaire est notamment fonction de l'ensoleillement; elle est donc fluctuante au cours d'une même journée; croissante dans la matinée, et décroissante dans l'après midi, ou encore par une journée nuageuse alternativement croissante et décroissante. Avec les appareils de production d'eau chaude connus, ces fluctuations se répercutent sur l'échangeur, et à chaque fois que la température de l'échangeur est modifiée de façon négative et atteint la température moyenne de l'eau dans le réservoir, l'échange devient nul, en sorte qu'une petite partie seulement de l'énergie solaire est récupérée, tandis que la source d'énergie de chauffage additionnelle est fréquemment sollicitée. En d'autres termes, de tels appareils conduisent à des rendements d'échange laissant à désirer, et l'invention a pour objet principal de remédier à cette lacune. Un appareil de production d'eau chaude selon l'invention, du genre comportant, un réservoir calorifugé ayant à sa partie inférieure une arrivée d'eau à chauffer ainsi qu'un échangeur disposé dans une capacité communiquant avec l'intérieur du réservoir par une extrémité inférieure ouverte et par une tubulure verticale s' étendant vers le haut, ledit échangeur étant connecté à un capteur d'énergie solaire, tandis qu'en partie supérieure ledit réservoir comporte un départ d'eau réchauffée, se caractérise en ce que la dite tubulure s'étend surpratiquement toute la hauteur du réser- voir en ayant un tronçon engagé dans ladite capacité, avec au moins un passage pour mettre cette capacité en communication avec la tubulure, et un tronçon s'étendant dans le réservoir avec une série d'ouverture étagées propres à mettre en communication ladite tubulure avec l'intérieur du réservoir. L'appareil de production d'eau chaude suivant l'invention présente comme avantage principal celui d'utiliser au maximum les calories délivrées par le capteur solaire grace à la présence, à l'intérieur du réservoir, de la tubulure comportant une pluralité d'ouvertures dont le but est de permettre l'obtention d'échanges, à l'intérieur de la cuve, selon différents niveaux en fonction des conditions d'ensoleillement, ainsi qu'il sera explicité ci-après, en sorte que les calories délivrées par le capteur solaire sont pratiquement toutes utilisées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, en référence à la planche de dessins annexée dans laquelle la figure unique montre en coupe verticale un appareil de production d'eau chaude suivant l'invention. Dans la forme de réalisation choisie et représentée, l'appareil de production d'eau chaude selon la présente invention, comprend un réservoir 10 qui s'étend verticalement et à l'intérieur duquel peut être amené un liquide tel que de l'eau à usage domestique ; ce réservoir est calorifugé en 11 de manière connue, et il est habillé d'un revetement 12. En partie basse le réservoir comporte une extension formant un volume V constitué par une paroi circulaire lOA calorifugée en llA et habillée d'un revetement indiqué en 12A. A l'intérieur du volume V sus-indiqué, est disposé un échangeur 15, constitué par une tubulure enroulée en hélice suivant 1' axe de l'extension précitée, et dont une extrémité supérieure 15A est destinée à autre connectée à une canalisation 15'A reliée à un capteur d'énergie solaire (non représenté ici), tandis que l'autre extrémité, inférieure 15B, est connectée à une canalisation 15'B. Le circuit ainsi établi est empli d'un liquide quelconque, la canalisation 15'A étant l'amenée dans l'échangeur de liquide chauffé par son parcours à l'intérieur du capteur solaire, tandis que la canalisation 15'B permet le retour du liquide au capteur solaire L'échangeur 15 est confiné entre une cloche 20 disposée dans le volume V, et un prolongement 22A du fond 22 de manière à fournir une capacité C réduite; il est axialement traversé par un tronçon d'une tubulure 21 s'étendant depuis une paroi de fond 22 du volume V jusqu'au voisinage de l'extrémité supérieure de la cuve 10. Légèrement au dessous du sommet 20A de la cloche, la tubulure 21 comporte au moins une, mais préférentiellement quatre ouvertures radiales 21A situées à un même niveau mettant ainsi en communication la capacité C formée par la cloche, avec l'intérieur de la tubulure 21. Au delà du sommet 20A précité, la tubulure 21 comporte sur toute sa hauteur une pluralité de passages 21B mettant en communication l'intérieur de la tubulure 21 avec le réservoir 20. Dans l'exemple illustré, les passages précités sont constitués par des ouvertures étagées par paires ; ces paires d'ouvertures sont diamétrales, et disposées de telle sorte qu'une paire d'ouvertures soit à 180 par rapport à une paire d'ouvertures immédiatement voisines. De préférence, ainsi qu'il ressort clairement du dessin annexé, les extrémités supérieures d'une paire d'ouvertures sont situées sensiblement au même niveau que les extrémités inférieures d'une paire d'ouvertures situées juste au dessus. En partie inférieure le réservoir comporte une arrivée d'eau à usage domestique indiquée en 30, tandis qu'en partie supérieure le réservoir comporte une sortie 31 d'eau chaude. I1 convient de préciser qu'en pratique les ouvertures 21A mé nagées dans le tronçon de la tubulure 21 parcourant la capacité C seront plus courtes, mais plus larges, que les paires d'ouvertures 21B mettant en communication la tubulure 21 avec le réservoir; en outre, les paires d'ouvertures 21B les plus basses seront prévues à une certaine distance des ouvertures 21R situées dans la capacité C. Sensiblement dans une zone médiane l'appareil comporte une sonde globalement indiquee en 35 asservie à un régulateur indiquédans son ensemble par 36. Un tel appareil est connecté par les canalisations 15'A, 15'B à un capteur d'énergie solaire non représenté ici; la canalisation de retour 15'B au capteur est équipée avantageusement d'un accélérateur et d'un clapet anti-retour également non représentés. En fonctionnement, il circule dans l'échangeur un liquide à une certaine température fonction de l'ensoleillement et de l'heure, en sorte que cet échangeur délivre des calories dans la capacité C. L'eau contenue dans cette capacité étant chauffée il se forme dans la tubulure 21 un courant ascentionnel; si, à l'intérieur de la cuve la masse d'eau située en partie supérieure de celle-ci est à une température supérieure à celle circulant dans le tube, cette eau, moins chaude, sera distribuée dans la cuve par les paires d' ouvertures 21B à un niveau de température et densité égale. Une telle disposition permet de disposer ainsi d'un volume d'eau chaude très rapidement, du fait que celle-ci est cantonnée en partie supérieure de la cuve. On peut ainsi dans le cas d'un ensoleillement sans périodes nuageuses, chauffer en totalité, et progressivement par nappes du haut vers le bas, l'eau contenue dans la cuve,- par les paires d' ouvertures 21B. Dans le cas où le capteur d'énergie solaire, (par exemple la nuit, ciel très couvert, etc) ne délivre pas ou, pratiquement pas de calories dans l'échangeur, et que le volume d'eau contenu dans le réservoir est à une température élevée, il n'y aura plues aucun échange Si, au cours de soutirages la température de l'eau s'abaisse en dessous d'un certain seuil la résistance d'appoint 35 peut etre sollicitée par l'intermédiaire de la sonde 36. Par contre, dans le cas où une masse d'eau située en partie haute a té .chauffée suite à une période relativement courte d' ensoleillement intense, et que survienne un passage nuageux ou légèrement nuageux, ou encore en fin d'après midi, l'échange entre la capacité C et le volume d'eau contenu dans le réservoir pourra se faire par l'une quelconque des paires d'ouvertures 21B situées à un niveau inférieur de la masse d'eau chaude, en sorte que les calories émises par le capteur d'énergie solaire sont récupérées, meme en période d'ensoleillement décroissante ou nuageuse. En d'autres termes, un appareil de production d'eau chaude selon l'invention plus spécialement adapté à être connecté à un capteur d'énergie solaire permet a! d'obtenir rapidement, en partie supérieure du réservoir, un volume d'eau à température d'utilisation sans qu'il soit nécessaire d'attendre l'élévation en température de la masse d'eau du réservoir, une telle possibilité étant obtenue du fait de la présence de la tubulure qui s'étend sur la plus grande partie de la hauteur du réservoir, et aussi du fait que des ouvertures sont ménagées tout au long de celle-ci, en sorte que ces ouvertures permettent le chauffage de l'eau contenue dans le réservoir par nappes successives du haut vers le bas;; b) d'obtenir sur le circuit de retour au capteur d'énergie solaire un liquide ayant laissé dans l'échangeur la plus grande partie des calories emmagasinées dans le capteur solaire, ce qui améliore de façon sensible le rendement de l'appareil; cj de récupérer des calories, en période d'ensoleillement décroissante, ou nuageuse, lorsque la totalité du volume d'eau contenu dans la cuve n'est pas à une température élevée, les calories récupérées permettant le chauffage de nappes d eau à température inférieure. On comprendra que la structure d'un tel appareil offre, comparativement aux appareils de ce genre actuellement connus, des avantages non négligeables, et notamment celui de permettre, sous certaines conditions de fonctionnement développé ci-dessus, de récupérer des calories jusqu'ici inutilisées, et donc de rendre ledit appareil performant. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation choisi et représenté lequel est au contraire susceptible de modification sans pour autant sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que l'on pourrait envisager un appareil non plus avec une tubulure axiale s'étendant sur la plus grande partie de la hauteur du réservoir, mais avec plusieurs tubulures parallèles convenablement réparties associées à un seul ou plusieurs échan geurs. REVENDICATIONS 1. Appareil de production d'eau chaude, du genre comportant un réservoir calorifugé ayant à sa partie inférieure une arrivée d'eau ainsi qu'un échangeur disposé dans une capacité communiquant avec le réservoir par une extrémité inférieure ouverte, et par une tubulure s'étendant vers le haut ledit échangeur étant connecté à un capteur d'énergie solaire, tandis qu'en partie supérieure le réservoir comporte un départ d'eau chaude, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une tubulure s'étendant pratiquement sur toute la hauteur du réservoir en ayant'un tronçon terminal inférieur engagé dans ladite capacité, avec au moins un passage propre à mettre en communication ladite capacité avec la tubulure, et un tronçon qui s'étend dans le réservoir, au delà de la capacité, et qui comporte une série d'ouverture étagées aptes à mettre l'intérieur de la tubulure en communication avec ledit réservoir. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon terminal inférieur de la tubulure est coaxial à l'échangeur constitué par un élément tubulaire enroulé en hélice, ledit échangeur étant lui-même coaxial à ladite capacité. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le tronçon de tubulure traversant l'échangeur, comporte légèrement en dessous du sommet de la capacité en forme de cloche, au moins deux passages radiaux sur un même niveau. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les passages étagés sont constitués par des ouvertures par exemple fentes ou trous étagés sur la hauteur de la tubulure situés dans l'axe du réservoir. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que chacun des passages étagés comportent une paire d'ouvertures diamétrales.