Brevet FR2476283A1 — publié le 19810821

L'invention a pour objet un chauffe-eau solaire, destin plus particulièrement à la production d'eau chaude à usage sanitaire et, de façon plus générale, à la production d'eau chaude pour tous usages. Le prix des chauffe-eau solaires se trouvant sur le marché est généralement élevé, en raison de ce qu'ils sont constitués par deux appareils essentiels qui sont indépendants llun de l'autre, à savoir : d'une part, un capteur solaire et, d'autre part, un échangeur thermique, qui nécessitent bien entendu d'être reliés entre eux, et dont l'installation relativement complexe nécessite l'intervention d'un spécialiste Compte tenu de leur prix et de leur rendement, notamment dans les régions peu ensoleillées, ces chauffe-eau solaires ne sont donc amortissables que sur une période relativement longue, généralement évaluée à une dizaine d'années. Il s'agit là d'un inconvénient qui limite considérablement le développement de ces chauffe-eau solaires, dont le fonctionnement est pourtant subordonné à l'utilisation d'une énergie entièrement gratuite. L'invention remédie précisément à ces inconvénients, en proposant un chauffe-eau solaire qui allie les deux avantages essentiels ci-apres - un agencement extrêmement simple, conduisant à un prix de revient peu élevé; - et une installation se faisant dans des conditions de grandes facilité et rapidité, ce qui contribue encore à abaisser le prix de revient final du chauffe-eau. Dans ce but, un chauffe-eau solaire conforme à l'invention réunit, concentriquement les uns par rapport aux autres, un capteur cylindrique d'énergie solaire, un absorbeur annulaire placé dans ce capteur et dans lequel stécoule un fluide calo-porteur, un réservoir central recevant l'eau à chauffer et un échangeur qui, logé dans ce réservoir, est raccordé à l'absorbeur et forme avec lui un circuit fermé dans la partie extérieure duquel le fluide calo-porteur reçoit les calories provenant du capteur, et dans la partie intérieure duquel ce fluide calo-porteur transmet ses calories a au A chauffer. Suivant une forme d'exécution de ce chauffe-eau solaire, une cuve cylindrique munie d'un revête-ent isolant sert à la fois de réservoir pour l'eau a chauffer et de logement pour un échangeur en forme de serpentin tubulaire dont les deux extrémités sont raccordées à une chambre annulaire délimité par la cuve cylindrique précitée et par une virole cylindrique extérieure qui est constituée en métal, est munie d'un revêtement de surface garantissant une bonne absorption lumineuse et une faible émission thermique, et est enveloppée par une deuxième virole constituée par un matériau transparent et formant la face extérieure de l'ensemble. L'invention sera bien comprise d'ailleurs et ses avantages ainsi que d'autres caractéristiques ressortiront bien de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce chauffe-eau solaire: Figures 1 et 2 en sont des vues, respectivement en coupe transversale et en coupe longitudinale. Dans ce dessin, 1 désigne une cuve ou ballon cylindrique du genre de ceux constitutifs des chauffe-eau électriques et, comme cela est connu en soi, cette cuve 1 est -enveloppée par une deuxième cuve 2 délimitant avec elle une chambre annulaire dans laquelle est contenu un matériau isolant 3. L'un des fonds ou les deux fonds de cette cuve 1 présentent, a leur partie supérieure et å leur partie inférieure, des orifices permettant le raccordement de deux canalisations 4 et 5 destinées respectivement à l'entré. et A la sortie de l'eau hors du réservoir que constitue la cuve 1.Dans le cas représenté au dessin, l'entré et la sortie de lfeau se font respectivement à la partie inférieure de l'un des fonds et à lapartie supérieure de l'autre fond; mais comme il ressort de ce qui a été dit ci-dessus, l'entrée et la sortie d'eau peuvent être aménagés respectivement å la partie inférieure et à la partie supérieure du même fond. A l'extérieur du réservoir ainsi agencé, et concentriquement à lui, est montée et fixée de façon étanche une virole 6 constituée en tale revêtue d'une peinture noire mate, ou comportant tout autre revêtement de surface garantissant une bonne absorption lumineuse et une faible émission thermique. Cette virole 6 délimite avec l'enveloppe extérieure 2 du réservoir 1 une chambre annulaire Z destinée à jouer le rale d'absorbeur de l'énergie solaire. Cette chambre annulaire Z est remplie d'un liquide calo-porteur tel que de l'eau additionnée d'un produit anti-gel; et elle est reliée aux deux extrémités d'un échangeur thermique placé à l'intérieur du réservoir 1. Dans le cas représenté au dessin, cet échangeur consiste en un serpentin métallique 8 dont l'extrémité supérieure est raccordée par une tubulure 9 à un orifice prévu à la partie supérieure de la chambre Z; et l'extrémité inférieure de l'échangeur 8 est elle-meme reliée par une tubulure 10 à un orifice prévu dans la zone inférieure de la chambre 7. Cette chambre Z et le serpentin métallique 8 servant d'échangeur sont remplis du même liquide caloporteur et déterminent le circuit suivi par ce liquide. Ce circuit s'effectue dans le sens de la flèche 12, et la circulation du liquide dans ce circuit est accélérée par un circulateur li monté sur la tubulure 10. Sur la tubulure 9 sont montés un vase d'expansion 1i, un clapet antiretour li et un purgeur 16. Sur les tubulures 9 et 10 sont enfin montées deux sondes, respectivement 17 et lô, qui sont associées à un thermostat li contrôlant le fonctionnement du circulateur li Extérieurement a l'absorbeur 6-7 et concentriquement à lui est enfin montée et fixée de façon étanche une virole cylindrique 20 qui est constituée en un matériau transparent tel que méthacrylate de méthyle ou en tout autre matériau perméable à la lumière solaire, mais imperméable au rayonnement infra-rouge lointain. Cette virole 20 constitue l'enveloppe extérieure de l'ensemble et délimite avec la virole 6 une chambre annulaire 21 engendrant un effet de serre. A titre d'exemple, pour un réservoir I dont le diamètre est de l'ordre de 50 à 80 cm, les écartements entre la paroi extérieure 2 de ce réservoir et la virole 6, ainsi que l'écartement entre cette virole 6 et la virole extérieure 20 sont respectivement de 1 à 2 mm et de 2 à 4 mm. Le chauffe-eau solaire ainsi constitué est placé horizontalement sur le sol ; mais il est évident qu'il doit occuper la position la plus opportune par rapport au soleil ; et c'est ainsi qu'il est conseillé d'aligner son axe sur l'orientation est-ouest. Pour favoriser une récupération maximale des rayons solaires quelle que soit la position du soleil, l'ensemble est d'ailleurs avantageusement, non pas posé sur le sol, mais supporté à l'intérieur d'un réflecteur semi-cylindrique 22 dont le rayon est égal à deux fois celui du rayon de la virole 6 qui est muni d'un piètement 23, et dont le plan d'ouverture, désigné par A-B à la figure 1, forme avec le sol un angle compris entre 40- et 60'. Le fonctionnement de ce chauffe-eau solaire se conçoit aisément : gracie au capteur délimité par la virole transparente 20 et par la virole métallique mate 6, et grâce à l'absorbeur délimité par cette virole 6 et par la virole 2, l'énergie solaire récupérée par le capteur se transforme en calories que le fluide calo-porteur contenu dans la chambre Z transporte dans l'échangeur 8, qui lui-même transmet ces calories à l'eau contenue dans le réservoir 1.La circulation du liquide calo-porteur est accélérée par le circulateur 13 ; mais il est évident que ce circulateur ne fonctionne que pour autant que que la température du liquide caloporteur à la sortie de l'absorbeur, c'est-à-dire dans la tubulure 9, est supérieure à la température de l'eau à la sortie de l'échangeur, c'est-à-dire dans la tubulure 1O.Si par contre la température du liquide calo-porteur à la sortie de l'échangeur est supérieure à celle de ce liquide à la sortie de l'absorbeur, le circulateur 13 cesse de fonctionner. C'est précisément le rôle des deux sondes 17 et 18 de déterminer, par l'intermédiaire du thermostat 19, le fonctionnement ou l'arrêt du circulateur 13. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas bien entendu à la seule forme d'exécution de ce chauffe-9au solaire qui a été ci-dessus indiquée a titre d'uxample ; elle en embrasse au contraire, toutes les variantes de réalisation, et elle étend bien entendu son champ d'application au cas où à l'intérieur du réservoir d'eau à chauffer sont en outre prévues des résistances électriques pouvant être mises en service lorsque l'énergie solaire est insuffisante pour apporter des calories au liquide calo-porteur. RIVENDI CÂTIONS 1.- Chauffe-eau solaire, caractérisé en ce qu'il réunit concentriquement les uns par rapport aux autres un capteur cylindrique d'énergie solaire, un absorbeur annulaire placé dans ce capteur et dans lequel s'écoule un fluide calo-porteur, un réservoir central recevant l'eau à chauffer et un échangeur qui, logé dans ce réservoir, est raccordé à l'absorbeur et forme avec lui un circuit fermé dans la partie extérieure duquel le fluide caloporteur reçoit les calories provenant du capteur, et dans la partie intérieure duquel ce fluide calo-porteur transmet ses calories à l'eau å chauffer. 2. - Chauff e-eau solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une cuve cylindrique munie d'un revAterent isolant sert ê la fois de réservoir pour l'eau à chauffer et de logement pour un échangeur en forme de serpentin tubulaire dont les deux extrémités sont raccor dées A une chambre annulaire délimitée par la cuve cylindrique précitée et par une virole cylindrique extérieure qui est constituée en métal, est munie d'un revêtement de surface garantissant une bonne absorption lumineuse et une faible émission thermique, et est enveloppée par une deuxième virole constituée par un matériau transparent et format la face extérieure de l'ensemble. 3.- Chauffe-eau solaire selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que sur la canalisation reliant la sortie du serpentin de l'échangeur et l'entrée de la chambre de l'absorbeur est placée une pompe de circulation, en ce que sur la canalisation reliant la sortie de l'absorbeur et l'entrée de l'échangeur sont placés en série un clapet anti-retour et un vase d'expansion, et en ce que deux sondes placées sur les deux dites canalisations sont associées a un thermostat différentiel contrôlant le fonctionnement du circulateur. 4.- Chauffe-eau solaire selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce qu'il est placé à l'intérieur d'un réflecteur semi-cylindrique délimitant une ouverture située dans un plan faisant avec le sol un angle compris entre 40 et 60 .