Brevet FR2476284A1 — publié le 19810821

La présente invention concerne tout d'abord les récupérateurs d'énergie calorifique en provenance de la source naturelle que constitue l'environnement extérieur, donc sous forme d'apports solaires, ou d'énergie r6- cupérée sur l'air extérieur, en fonction de son humidité, de son agitation (vent) et également sur les eaux pluviales atteignant le capteur; La technique de l'inventions en ce qui concerne la récupération sur le rayonnement solaire, fait appel dans une de ses formes la plus performante à 1a technique de concentration, par un jeu de réflecteurs enveloppant partiellement le capteur prorement dit. La présente invention concerne en second lieu l'assocation d'une maL chine frigorifique fonctionnant en "pompe i chaleur", pour effectuer le transfert de l'énergie ainsi récupérée sur le capteur (agissant en "évaporateur" de ladite machine) vers le local à chauffer, soit directement, soit de préférence vers tout système permettant le stockage de ces calories lorsqu'elles sont excédentaires ; ce rejet de calories s'effectue à un niveau de température supneur à celui où elles ont été puisées, par l'in, termédiaire du "condenseur" de la pompe à chaleur. L'invention concerne donc les moyens d'économiser l'énergie en vue du chauffage des locaux0. Elle diffère des techniques existantes, en ce sens que les capteurs solaires traditionnels ne récupèrent d'énergie que sur apports solaires, alors que les pompes à chaleur fonctionnant sur l'air eI- térieur ne peuvent récupérer d'énergie que sur l'air qui est ventilé mécaniquement sur leur évaponteur, et cette solution se heurte en premier lieu à des problèmes de givrage de l'évaporateur, aux basses températures del'air extérieur du fait de la concentration des éléments de cet évaporateur dans un faible volume, le givre ainsi formé empechant le passage de l'air au travers de l'évaporateur. Ainsi, les applications les plus nombreuses des pompes à chaleur sont celles utilisant liteau dtun puisage, d'une rivière ou d'un bassin, comme "source froide" ou "milieu" dans lequel sont puisées les calories à basse température.Or oes conditions ne sont pas toujours aisément réalises grande profondeur de la nappe phréatique ou coùt prohibitif du forage, absence de rivière, de cours d'eaux ou de toute autre retenue d'eau, risque de prise en glace de cette source froide, etc La présente invention apporte donc une solution nouvelle au problème de la "source froide" dans laquelle seront puisées les calories nécessaires au chauffage des locaux, source inépuisable qui ne nécessite içi aucun moyen mécanique pour son utilisationb Pour parvenir à la meilleure performance d'ensemble, la technique de l'invention fait appel à l'utilisation de tubes à ailettes (transversales, longitudinales, aiguilles, etc ...) permettant, grâce à une grande surface d'échange extérieure, une bonne récupération de oalories sur l'air et lEu- mixité extérieure ainsi que sur le rayonnement solaire diffus, et grâce aux réflecteurs (lorsque omette solution sera adoptée) à une concentratioa du rayonnement solaire direct, et ce proportionnellement à la surface des réflecteurs. (Dans le cas où les réflecteurs ne seraient pi utilisés, seul le rayonnement direct et réfléchi atteignant le capteur serait absorbe). Les réflecteurs n' interviennent donc que dans la performance de récupération sur 1' énergie solaire directe, et dono sur la performance de la pompe A chaleur. Dans le oas de récupération sur l'air extérieur, le récupErateur-éva- porateur selon l'invention, permet, par échange thermique sur la surface extérieure des ailettes et des tubes porte-ailettes, le transfert d'éner- gie calorifique vers le local à chauffer ou son stockage, depuis l'air mide qui est refroidi par l'intermédiaire du fluide frigorigène caloporteur, suivant la technique classique des pompes à ohaleur qui permettent le rejet de ces calories à un niveau de température supérieur à oelui où elles ont dé prélevées. I1 reste évident que tout autre fluide caloporteur pourra circuler dans le capteur tel que décrit, s'il est ensuite recirculé sur l'étaporateur d'une pompe à chaleur, la performance étant alors nécessairement moins bonne. Dans le cas de récupération sur apports solaires, cet apport sera bien sur proportionnel à la puissance du rayonnement solaire, et la récupération se fera de façon progressivew tout d'abord sur l'air extérieur et cet apport solaire, tant que la température du capteur restera inférieure à celle de l'air ambiant, pour ne plus se faire ensuite que sur apport solaire spi ce lui-çå est suffisant pour porter le capteur à une température supérieure ou au moins égale à celle de l'air ambiant. I1 est à noter que dans le cas où la pompe à chaleur serait équipée d'un système d'inversion du cycle frigorifique, la climatisation d'été des locaux devient possible, dans la mesure où le capteur-évaporateur est alors protégé du rayonnement solaire. Cette protection pourra se faire d'une ma- nière plus ou moins absolue en inclinant le récupérateur suivant une direotion opposée à celle qui correspond à l'optima de captation du rayonnement solaire. flans le cas où le récupérateur est muni de réflecteurs, le bascu lement de l'ensemble permettra de protéger totalement le capteur du rayon, nement solaire direct. La présente invention concerne donc également cette possibilité d'utilisation du "réoupérateur" qui devient alors condenseur de rejet de la pompe à chaleur, ce rejet se faisant dans l'ambiance extérieure. En fonctionnement d'hiver, leva m capteur est orienté dans la direction Sud et incliné sur l'horizontale d'un/ordre de 600, suivant la technique classique des capteurs solaires0 Les dessins annexés schématisnt, par des vues en coupe verticale, les dispositifs possibles dans les cas où le récupérateur est muni ou non de réflecteurs pour concentration du rayonnement solaire direct, sans préjuger, en particulier dans le second cas, de la forme des réflecteurs qui pourront être de surface variable, composés d'éléments plans ou curvili gnes, etc Tel que représenté sur la figure 1 le récupérateur comporte le capteur proprement dit 1 constituant l'évaporateur de la pompe à chaleurscons- titué de tubes à ailettes extérieures, disposés suivant un plan incliné comme indiqué çi-avant0. Ces tubes sont fixés sur un support métallique 2 maintenu en position par des bras 3 ces deux derniers éléments étant solidaires du support 5 par l'intermédiaire des articulations 4. La position du blocage 6 permettra de régler l'inclinaison du odeur 1. Tel que représenté sur la figure 2, le support 2 constitue aussi un cadre sur lequel sera fixé le ou les réflecteurs 72 ce oadre ayant une forme appropriée au système réflecteur, qui, comme nous l'avons indiqué, pourra être de surface et de formes variables. Associée à une pompe à chaleur dont elle constituera l'évaporateur dans sa version la plus performante, l'invention pourra être appliquée dans tous les cas de chauffage de locaux industriels ou d'habitation, pourvus ou non de moyens de stockages Nous avons vu qu'elle pouvait également permettre la climatisation d'été de ce même local.. EENnEADICUIONS 1 - Récupérateur d'énergie calorifique sur apports solaires et air humide extérieur, agissant en évaporateur de pompe a chaleur caractérisé par le fait qu'il est constitué de tubes à ailettes extérieures 1 (trans versales, longitudinales ou du type aiguille) fixés sur un support métallique 2 suivant un plan incliné à environ 600 sur l'horizontale. 2 - Récupérateur d'énergie selon la revendication 1 caractérisé par l'association qui lui est faite dans sa version la plus performante de réflecteur. 7 fixés sur le support 2 et permettant une meilleure récupération sur les apports. solaires. 3 - Récupérateur d' énergie selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'ensemble peut être articulé autour d'un axe horizontal 4 permet tant, soit d'optimiser l'inclinaison du capteur en fonction de la hauteur du soleil, soit de protéger plus ou noies complètement le capteur proprement dit du rayonnement solaire, ceci permettant en été, en inversant le cycle de fonctionnement de la pompe à chaleurs d'utiliser le capteur en condenseur de rejet, et dono de climatiser le local..