Brevet FR2476286A1 — publié le 19810821

24ê762866 La présente invention concerne un appareil pour chauffer l'eau et pour la garder en réserve à l'état réchauffé tant que l'on ne tire pas d'eau chaude, comprenant un corps dans lequel sont disposés un ou plusieurs récipients pour l'eau à chauffer et à garder en réserve, corps qui est équipé d'un raccord pour le branchement d'une conduite d'alimentation en eau froide et d'un raccord pour le branchement d'une conduite d'évacuation de l'eau chaude. Un tel appareil est généralement connu sous le nom de "chaudière" ou de chauffe-eau. Les appareils antérieurs de ce type sont équipés en général de moyens pour chauffer l'eau dans le récipient ou les récipients. Dans les appareils antérieurement connus, ces moyens peuvent consister en une arrivée d'air chauffé par exemple au moyen d'un brûleur à gaz, cet air passant autour des récipients, o ils peuvent être constitués par des éléments * -chauffants électriques. L'eau réchauffée par les moyens de chauf- fage est gardée en réserve dans l'appareil et de l'eau chaude n'est prélevée dans l'appareil qu'en cas de besoin. La conduite qui alimente la chaudière en eau froide est ordinairement une canalisation raccordée au réseau de distribution d'eau, ce qui fait que la pression à laquelle l'eau froide est délivrée à l'ap- pareil est égale à la pression à laquelle l'eau est distribuée à la maison ou au local dans lequel la chaudière est installée. Des moyens peuvent être prévus pour régler l'alimentation en eau. La conduite d'évacuation est ordinairement raccordée à des robinets dans la maison ou le local dans lequel la chaudière est installée. De l'eau chaude n'est tirée de ces robinets qu'en cas de besoin par les consommateurs. La présente invention a pour-but de fournir un appareil du genre défini ci-dessus, dans lequel le mode de chauffage de l'eau soit différent de la manière par laquelle l'eau est chauf- fée dans les appareils antérieurement connus, et elle a pour but particulier de fournir un appareil dans lequel la chaleur du rayonnement solaire soit utilisée pour réchauffer directement l'eau dans l'appareil. Le but visé est atteint, d'après l'invention, avec un appareil conçu comme un collecteur pour recueillir la chaleur solaire et, à cet effet, les récipients pour l'eau sont consti- tués par plusieurs tubes essentiellement cylindriques, disposés côte à côte dans le corps, le corps proprement dit étant constitué par une caisse dans laquelle les tubes sont couchés, recouverts par un couvercle perméable au rayonnement solaire. Dans l'appareil selon l'invention, l'eau est réchauffée par irradiation directe des récipients cylindriques dans lesquels l'eau est gardée en réserve. Dans une forme de réalisation ap- propriée de l'appareil suivant l'invention, les tubes cylindri- ques sont raccordés à l'une de leurs extrémités, au-moyen de raccords, à une conduite d'alimentation en eau froide et ils sont reliés à leur autre extrémité, au moyen de raccords, à une condui- te d'évacuation de l'eau réchauffée, la conduite d'alimentation et la conduite d'évacuation étant contenues dans le corps et étant raccordées aux raccords en question. La conduite d'alimen- tation en eau froide est branchée au moyen d'un raccord sur la canalisation d'eau froide dans le logement ou autre bâtiment dans lequel l'appareil est installé, et la conduite d'évacuation est reliée par des raccords aux conduites à partir desquelles l'eau chaude est tirée par les usagers. Le nombre de tubes cylindriques-contenus dans l'appareil suivant l'invention dépend de la quantité d'eau que l'on veut garder en réserve et il est déterminé en partie par le diamètre admissible des tubes. On comprendra aisément qu'il n'est pas possible d'accroître à volonté le calibre des tubes servant de récipients, car dans ce cas le pouvoir chauffant des rayons du soleil serait insuffisant pour réchauffer de manière satisfaisante l'eau emmagasinée dans un tel récipient tubulaire. Le diamètre intérieur qui convient pour les tubes servant de récipients est de 7 à 8 cm. Le diamètre minimal sera de l'ordre de 5 cm, sinon la capacité de stockage par tube serait insuffisante, et le diamètre maximal est de 10 cm environ. Lorsque le diamètre est supérieur à 10 cm, la quantité d'eau par unité de surface de la section transversale est trop grande pour pouvoir être chauffée à un niveau de température approprié. Pour une chaudière à usage domestique normal, une surface totale de l'appareil de 4 à 5 m2 semble adéquate. Si l'on utilise des tubesrécipients d'environ 2 m de longueur, cela signifie une-largeur hors-tout des tubes disposés côte à côte de l'ordre de 2 à 2,5 m. En uti- lisant des tubes-récipients standardisés, on peut facilement adapter l'appareil suivant l'invention de sorte qu'il réponde aux exigences. Le nombre des tubes est alors choisi en fonction des besoins du consommateur.- Les tubes contenus dans l'appareil suivant l'invention peuvent être faits de n'importe quelle matière appropriée, capa- ble d'absorber la chaleur provenant du rayonnement solaire et de la transmettre à l'eau contenue dans les tubes. Du point de vue de l'absorption de chaleur, c'est le laiton qui est le plus satisfaisant, mais il s'agit là d'un matériau assez co teux.Dans la pratique, l'aluminium s'est révélé très satisfaisant. Il est également possible d'utiliser des matières plastiques synthéti- ques pour les tubes, bien qu'un tel matériau ait pour inconvé- nient d'être un mauvais conducteur de chaleur. En conséquence, en utilisant une matière plastique synthétique, on court le risque que les tubes contenus dans l'appareil suivant la pré- sente invention soit rapidement chauffés et prennent une tempé- rature élevée sur le devant, c'est-à-dire du côté exposé aux rayons du soleil, tandis que leur côté arrière reste toujours froid, ce qui pourrait donner lieu à une flexion. Dans l'appareil suivant l'invention, les tubes-récipients sont de préférence raccordés par leurs extrémités à des con- duites d'alimentation et d'évacuation assez fortes, de sorte qu'il n'y ait pratiquement aucune différence de pression entre les différents orifices d'admission des divers tubes, ni qu'il s'établisse une telle différence de pression au niveau des ori- fices de sortie. e 4 D'après un mode de réalisati3n approprié, le corps de l'appareil suivant l'invention est une caisse dans laquelle sont disposés les tubes avec des conduites d'alimentation et des con- duites d'évacuation, les tubes étant de préférence couchés sur une couche de matière isolante disposée sur le fond de la caisse. La présence d'une telle matière est à conseiller, afin d'éviter une dissipation indésirable de chaleur dans l'environnement par l'appareil. Outre le fond, chaque paroi latérale et le bord de la caisse seront recouverts de matière isolante. La caisse et les tubes-récipients qui y sont contenus sont recouverts, du côté dirigé vers les rayons du soleil, par un couvercle en une matière perméable au rayonnement solaire. Le réceptacle est opportunément fermé par un couvercle composé de deux vitres. De préférence, l'intervalle entre les deux vitres est sous vide partiel. Cette disposition réduit considérablement les pertes de chaleur par conduction. Il est également possible que le couvercle soit com-_ posé de deux vitres avec une couche de tube de verre interposée entre elles, ces tubes de verre étant scellés à leurs extrémités opposées, les cavités à l'intérieur des tubes de verre étant sous vide et une couche réfléchissant la chaleur, perméable au rayonnement solaire, étant appliquée sur la paroi interne des tubes de verre. Un couvercle construit de cette manière est déjà connu en soi. Pour qu'il soit en mesure de fonctionner, l'appareil sui- vant l'invention doit être disposé de sorte que les tubes soient accessibles aux rayons du soleil à travers le couvercle de verre ou à travers le couvercle perméable au rayonnement. Par consé- quant, il sera opportunément possible d!incorporer l'appareil dans le toit du bâtiment dans lequel il est utilisé, en procédant approximativement de la manière par laquelle des collecteurs so- laires classiques sont inclus dans la couverture. On notera que ce sont les collecteurs solaires qui, à première vue, offrent une certaine ressemblance avec l'appareil suivant l'invention. Ces collecteurs solaires se composent d'un corps ou caisse, logeant des tubes le long desquels de l'eau circule, ces tubes étant chauffés, directement ou indirectement, par la chaleur pro- venant du rayonnement solaire. Mais dans le cas de ces collec- teurs connus, l'eau est utilisée comme fluide pour transporter la chaleur. L'eau réchauffée dans les collecteurs en est immé- diatement déchargée et l'eau réchauffée délivre sa chaleur à un dispositif accumulateur de chaleur situé ailleurs. Par contre, dans l'appareil suivant la présente invention, l'eau reste pré- sente. Une petite partie seulement de l'eau peut être puisée par le consommateur de temps à autre, aux moments o il a besoin d'eau chaude. La différence entre les collecteurs antérieurement connus, dans lesquels l'eau sert de fluide de transport, et l'appareil suivant la présente invention apparaîtra immédiatement si l'on considère le diamètredes tubes à eau. Dans l'appareil suivant la présente invention, ce diamètre est assez grand et, comme on l'a indiqué précédemment, il est déterminé sur la base de considérations se rapportant à la quantité d'eau que l'on veut garder en réserve à l'état réchauffé, ainsi qu'à la quan- tité qui peut être chauffée. Dans le cas de collecteurs, o l'eau sert de véhicule de chaleur, le diamètre est relativement petit. Une autre différence entre l'appareil de la présente in- vention et les collecteurs antérieurement connus,dans lesquels l'eau est utilisée comme fluide de transport de chaleur, consiste en ce que, dans l'appareil suivant l'invention, aucun dispositif mécanique n'est prévu pour faire circuler l'eau. Il s'agit donc d'un système passif. Dans le cas de collecteurs dans lesquels l'eau est utilisée comme fluide de transport de chaleur, une pompe est par contre prévue pour faire circuler ce fluide de transport de chaleur entre le collecteur et un système d'accumu- lation, puis pour le ramener au collecteur. Les jours très ensoleillés, au cours desquels une grande quantité de chaleur est donc délivrée, il peut se poser un pro- blème avec l'appareil suivant i'invention,à savoir que l'eau devient trop chaude. Dans de tels cas, une protection contre le surchauffage est nécessaire. Par conséquent, l'appareil est de préférence équipé de moyens propres à déterminer la température de l'eau dans les tubes et de moyens pour provoquer une circula- tion d'air le long et autour des tubes, si nécessaire, en fonc- tion de la température déterminée. Il est ainsi possible d'assurer un refroidissement par air dans-le cas o la température s'élève au-dessus d'une valeur prédéterminées Il peut être suffisant de ménager des ouvertures appropriées dans la paroi de l'appareil suivant l'invention, -de telle sorte qu'il s'établisse une circu- lation naturelle d'air depuis l'intérieur de la maison, à travers l'appareil vers l'extérieur ou, en sens inverse, vers l'intérieur de la maison. De cette manière, on peut éviter les effets indési- rables d'ébullition. Naturellement, il est également possible de prendre des dispositions pour une ventilation mécanique, fonctionnant sous la commande des moyens qui déterminent la température de l'eau. Dans le cas du refroidissement au moyen de courants d'air, l'air peut être amené à circuler entre les tubes et le couvercle de verre, mais de préférence l'air est mis en circulation en arriè- re des tubes pour le refroidissement. On évite ainsi un encrasse- ment du couvercle de verre du côté intérieur. En principe, aucune pompe n'est nécessaire pour prélever de l'eau.chaude dans l'appareil. Dans la plupart des cas, la pression normale de l'eau est suffisante pour l'utilisation de l'appareil. En hiver, lorsqu'il n'y a guère d'ensoleillement alors que la température à l'extérieur de la maison ou du local dans lequel l'appareil est installé est très basse, il existe un ris- que dé gel de l'eau dans l'appareil suivant l'invention. Ily.a lieu de penser qu'un tel danger sera exclu si l'on utilise un couvercle se composant de plusieurs couches de verre entre les- quelles une pression réduite est maintenue, ou se composant de la couche précitée de tubes de verre creux, mis sous vide. Dans les appareils o un tel danger est réel, on peut prévoir des moyens'propres à délivrer de la chaleur à l'appareil. Si l'appa- reil est équipé des moyens précités pour son refroidissement en cas de surchauffage, ces moyens peuvent être utilisés de façon analogue pour faire circuler de l'air provenant de l'intérieur de la maison le long des tubes remplis d'eau. Quelques formes de réalisation de la présente invention vont maintenant être décrites à titre d'exemple, en référence aux dessins ci-annexés. La figure 1 est une vue schématique en plan d'une forme de réalisation de l'appareil suivant la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe transversale de l'appa- reil de la figure 1, faite suivant la ligne Il-II. La figure 3 est une vue schématique en coupe d'une forme de réalisation différente de l'appareil suivant l'invention. La figure 4 représente un élément de support qui peut être utilisé pour supporter les récipients cylindriques à eau dans l'appareil suivant l'invention. Sur les dessins, les éléments correspondants ont été désignés par les mêmes numéros de référence. La forme de réalisation de l'appareil suivant l'invention qui est représentée sur les figures 1 et 2 comprend une caisse 1. La caisse 1 peut être faite d'un quelconque matériau approprié, par exemple le bois, et elle sert à loger et à supporter les ré- cipients pour l'eau qui doit être chauffée ou qui a déjà été chauffée. Lorsque l'appareil suivant l'invention est utilisé dans une maison ou un autre bâtiment, la caisse 1 sera ordinairement incorporée dans le toit, son côté inférieur étant dirigé vers le bâtiment et son côté supérieur étant orienté vers l'extérieur. Sur le fond et le long des parois latérales, ainsi que des bords supérieur et inférieur de la caisse 1 est disposée une couche de matière d'isolation thermique. Sur le dessus de la couche 2 garnissant le fond sont placés plusieurs tubes 3 jux- taposés à très petite distance les uns des autres, tubes dans lesquels l'eau à réchauffer est gardée en réserve. D'après ce qui est représenté, la surface supérieure de la couche 2 garnis- sant le fond de la caisse 1 peut épouser la forme des tubes 3, de telle manière qu'en quelque sorte, les tubes 3 soient couchés dans un lit de matière isolante. Les tubes cylindriques 3 ont par exemple 2 m de longueur et un diamètre intérieur de 7 à 8 cm. De préférence, les tubes 3 sont faits d'une matière qui est un assez bon ou un bon conducteur de la chaleur, par exemple l'alu- minium ou le laiton. Néanmoins, on pourrait utiliser des tubes de matière plastique synthétique.La caisse 1 a des dimensions - telles qu'on puisse y placer côte à côte vingt à trente tubes par exemple. Si les tubes ont un diamètre intérieur de 8 cm, cela signifie une capacité de 200 à 300 litres. Si l'on a besoin d'une plus grande capacité, on peut évidemment augmenter le nombre de tubes. La caisse 1 sera.alors agrandie en conséquence, mais il est également possible d'utiliser unie seconde. caisse. Les tubes de stockage 3 sont munis, à leurs extrémités opposées, de raccords ou courts tuyaux 4. Tous les tubes 3 sont raccordés à l'une de leurs extrémités à une conduite d'alimenta- tion 5 par les courts tuyaux 4. La conduite d'alimentation traverse la paroi de la caisse 1 et est munie, à son extrémité qui fait saillie sur la paroi de la caisse, d'une bride 6 pour son raccordement à un tuyau d'alimentation d'eau 7 qui fait par exemple partie du réseau de distribution d'eau et qui est égale- ment muni d'une bride-8 à cet effet. Il va de soi qu'on peut adopter un mode différent de branchement sur le réseau de dis- tribution d'eau. De préférence, la conduite d'alimentation 5 a un diamètre intérieur assez grand, de sorte qu'il n'y ait pratiquement aucune différence de résistance à l'écoulement en- tre les orifices d'admission des tuyaux de raccordement 4 des différents tubes 3. A leur autre extrémité, les tubes 3 sont raccordés par de courts tuyaux 4 à une conduite d'évacuation 9. La conduite 9 a elle aussi des dimensions telles qu'il n'y ait pratiquement pas de différence de pression entre les différents orifices de sortie. La conduite d'évacuation 9 traverse la paroi de la caisses 1 et est raccordée à une canalisation d'écoulement d'eau 10. La canalisation 10 est munie d'un ou de plusieurs points de soutira- ge, quelque part dans la maison ou autre bâtiment dans lequel est 2-5 installé l'appareil suivant l'invention. Si nécessaire, un appa- reil de.chauffage complémentaire peut être intercalé dans la ca- nalisation 10 pour le cas o l'eau ne serait pas suffisamment chauffée dans l'appareil de l'invention. En conséquence, toutes les fois que de l'eau est prélevée dans la canalisation d'écoule- ment d'eau en un point de soutirage, une partie de l'eau est extraite des tubes 3. Vers le haut, la caisse 1 est fermée par un couvercle qui,-dans le forme de réalisation illustrée par la figure 2, se compose d'une paire de vitres 11 et 12 logeant entre elles un grand nombre de tubes de verre 13 qui sont couchés en posi- tion contiguë. Les tubes 13 sont des tubes creux, scellés à leurs extrémités après avoir été mis sous vide..De préférence, un revêtement àsélectivité.spectrale est appliqué sur la paroi 2476-286 interne de chaque tube. Le couvercl&'ainsi construit est mainte- nu sur la caisse 1 par des organes de fixation appropriés 14 ou d'une autre manière. En service, les tubes 3 sont remplis d'eau. Dès que les rayons du soleil frappent les tubes à travers le couvercle, les tubes et l'eau qui y est contenue sont chauffés. Par la suite, de l'eau chaude peut être soutirée à tout moment voulu. Il n'y a pas besoin de pompe pour faire circuler l'eau, la pression nor- male du réseau de distribution d'eau assurant cette circulation dès qu'un robinet branché sur la canalisation d'écoulement est ouvert.La circulation ne se produit qu'aux moments o de l'eau chaude est prélevée. Les jours o une grande quantité de. rayonnement solaire est captée par l'appareil, la température des tubes 3 et de l'eau qui y est contenue peut atteindre des valeurs élevées. Afin d'é- -viter que cette température devienne excessive, la caisse 1 peut comporter, en des points appropriés, des ouvertures pratiquées dans sa paroi, afin d'établir une circulation naturelle d'air à - partir du volume situé au-dessous du toit dans lequel l'appareil est incorporé et à travers la caisse 1, de manière à refroidir les tubes. Il est également possible de prévoir une ventilation mécanique commandée. Une forme de réalisation possible en est représentée sur la figure 3. Dans la forme de réalisation illustrée par la figure 3, les tubes prennent appui sur plusieurs supports appropriés 15. * Les supports 15, faits par exemple de bois ou de métal, avec une épaisseur convenablement choisie de l'ordre de quelques centimè- tres, sont disposés en plusieurs endroits, par exemple en trois ou quatre endroits au-dessous des tubes 3, à des distances uni- formes les uns des autres, afin-de maintenir les tubes à distance de la surface supérieure de la matière isolante 2. Du côté in- férieur de l'un ou de plusieurs des tubes 3 sont disposés des capteurs de température appropriés. Le signal de température fourni par les capteurs est transmis par une ligne 16 à un dis- positif de commande et de commutation, représenté sous forme simplifiée par le bloc 17. Dès qu'une température de niveau pré- déterminé, enregistrée dains le dispositif de commande et de commutation, est atteinte, ce dispositif met. en marche un venti- lateur mécanique qui est supposé contenu lui aussi dans le bloc 17. Le ventilateur souffle de li.air à travers un passage 18 pra- tiqué dans la paroi de la caisse 1, le long du côté inférieur des tubes 3, cet air étant ensuite évacué par un passage 19. L'air qui s'écoule le long des tubes 3 assure le refroidissement voulu. Dès que les capteurs de température indiquent que la tem- pérature a suffisamment baissé, le ventilateur est arrêté. De préférence, la circulation.d'air de refroidissement s'effectue, de la manière indiquée ci-dessus, à travers l'intervalle entre les- tubes 3 et la matière isolante 2, plutôt qu'à travers l'in- tervalle entre les tubes 3 et le couvercle. Cela afin d'éviter, dans toute la mesure du possible, le dépôt de poussière ou similaires sur le couvercle. La figure 4 illustre une forme de réalisation différente d'un support pour les tubes 3. Le support 20 est constitué par une bande de métal, mise sous une forme telle que les tubes 3 soient supportés par lui en position contiguë. Le support 20 offre, par rapport au support 15 représenté sur la figure 3, l'a- vantage qu'il ne perturbe pratiquement pas l'écoulement d'air le long du côté inférieur des tubes 3. Lorsqu'on utilise le sup- port 20 représenté sur la figure 4, on doit le monter dans la caisse i de telle sorte qu'il ne se produise pas de dissipation de chaleur, par ses moyens de fixation, vers la paroi de 'la cais- se et, au-delà, vers l'extérieur. - REVENDICATIONS - 1. Appareil pour chauffer l'eau et pour la garder en réserve à l'état réchauffé tant que l'on ne tire pas d'eau chaude, comprenant un corps dans lequel sont disposés un ou plusieurs récipients pour l'eau à chauffer et à garder en réserve, corps qui est équipé d'un raccord (6) pour son branchement sur une conduite d'alimentation (7) en eau froide et d'un raccord pour son branchement sur une conduite d'évacuation (10) de l'eau chaude, caractérisé en ce qu'il est conçu comme un collecteur pour recueillir la chaleur solaire et qu'à cet effet, les récipients pour l'eau sont constitués par plusieurs tubes (3) essentiellement cylindriques disposés côte à cote dans le corps, le corps propre- ment dit étant constitué par une caisse (1) dans laquelle les tubes sont couchés, recouverts par un couvercle (11-12-13) perméable au rayonnement solaire. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'une de leurs extrémités, les tubes cylindriques sont raccordés, au moyen de raccords (4), à une conduite d'alimentation (5) en eau froide et en ce qu'à leur extrémité, ils sont reliés, au moyen de raccords (4), à une conduite d'évacuation (9) de l'eau réchauffée, la conduite d'alimentation et la conduite d'évacuation étant contenues dans le corps et étant raccordées respectivement aux raccords de branchement. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les tubes ont un diamètre de 5 à 10 cm. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tubes sont faits de laiton ou d'aluminium. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par des moyens (16, 17) propres à déterminer la température de l'eau à l'intérieur des tubes, et par des moyens (18, 19) qui provoquent un écoulement d'air le long et autour des tubes, si nécessaire, en fonction de la température déterminée.