Brevet FR2492959A1 — publié le 19820430

La pressente invention se réfère 9 un échangeur de chaleur pour absorber la chaleur de l'air, notamment pour alimenter une pompe de chaleur. muni d'air lettes parcourues par un fluide de transmission thermique De tels échangeurs de chaleur sont, en de nombreux points, supérieurs a d'autres échangeurs de chaleur conçus par exemple sous forme de surfaces de toiture ou de façade. Là ou les conditions architectoniques le permettent, par exemple sur la partie arrière d'une toiture, sur des bâtiments annexes en retrait, etc., ces échangeurs a ailettes sont le plus muvent préférables.Ce n'est que dans des positions très progégées du vent qu'il ne vaut généralement pas la peine de les installer, car ils requièrent un certain courant d'air entre leurs ailettes qui, dans ce but, snnt disposées horizontalement. Un inconvénient de ces échangeurs de chaleur t ailettes est avant tout le fait qu'à des températures inférieures à OOC ils givrent. Ils requièrent alors, lorsque le givrage entrave trop fortement l'échange thermique, la restitution d'une partie considérable de 1'énerve qu'lls ont préalablement fournie, afin de permettre leur dégivrage répété. Le problème auquel l'invention a apporté une solution consistait donc à assurer plus rapidement et avec moins de consommation d'énergie le dégivrage des échangeurs de chaleur du type décrit en préambule. La solution que l'invention a imaginé dans ce but consiste en ce que les ailettes sont orientées verticalement ou avec une inclinaison. Il suffit alors de faire fondre une mince couche de glace aux surfaces de contact avec les ailettes pour que toute la glace s'évacue alors en glissant. Cet avantage d'une orientation verticale ou inclinée contrebalance plusieurs fois l'inconvénient inhérent à cette orientation, savoir que l'air ne peut balayer uniformément en toutes directicns les intervalles entre ailettes. On peut d'ailleurs remédier à cet inconvénient par divers moyens. Par exemple on peut disposer l'échangeur de façon que ses ailettes soient orientées dans la direction du vent dominant, donc généralement dens la direction ouest-est. C'est en effet le vent d'ouest qui domine, occasionnellement le vent d'est, le vent du nord rarement et encore plus rarement le vent du sud. Des ailettes inclinées recueillent de l'air en outre également lorsqu'elles sont inclinées contre le courant d'air s ceci peut d'ailleurs être favorisé au moyen de tôles d'écopage ou déflectrices. Un autre avantage des échangeurs de chaleur selon l'invention, à ailettes verticales ou inclinées, est qu'en l'absence de tout vent il peut se produire entre ces ailettes un mouvement de haut en bas par gravité, alors que les échangeurs de chaleur a ailettes horizontales sont totalement inertes. Il est égalemertpossible d'installerltéchan- geur de chaleur selon l'invention de façon qu'il puisse pivoter autour d'un axe vertical et s'orienter, au moyen d'un mécanisme commandé, dans la direction du vent. En outre l'installation de l'échangeur selon l'invention peut être complétée par un système de ventilation qui, également pour le cas où le vent vient à manquer, assure le balayage de l'échangeur par un courant d'air. Pour faciliter l'évacuation de la glace par glissement les ailettes peuvent être revêtues d'un matériau à faible coefficient de frottement. Dans une forme d'exécution particulièrement favorable de l'invention, il est prévu de combiner 11 échangeur de chaleur, de préférence pour former une unité d'installation, à un capteur solaire qui fait suite à l'échangeur dans le sens de 1 'é- coulement du fluide de transmission thermique. Etant donné que l'échangeur de chaleur à ailettes est de toute façon une construction à caractère technique individuel et architectoniquement indépendante, il s'offre ici de la même façnn la possibilité d'installation d'un capteur solaire. Ce dernier peut donc venir simplement s'ajouter à l'échangeur, sans occuper plus de place à laquelle il gênerait, Par ailleurs, la combinaison d'un capteur solaire et d'un échangeur de chaleur est rationnelle dans la mesure où le capteur solaire échauffe le fluide de transmission thermique davantage que ne le fait l'échangeur de chaleur. L'in- tervalle de température de ce capteur peut donc venir s'ajouter à celui de l'échangeur de chaleur, notamment en hiver, car en service d'été le capteur solaire peut suffire non on peut donc optimiser le capteur solaire pour fonctionner en été, ltéchangeur de chaleur pour opérer en hiver. A la solution du problème du dégivrage auquel s'intéresse l'invention peut contribuer le capteur solaire en ce sens que l'on peut, pour assurer ce dégivrage, simplement mettre ce capteur en courtcircuit avec 1' échangeur de chaleur, c'est-à-dire renvoyer le circuit du capteur solaire directement dans l'échangeur de chaleur. Par temps de gel, la luminosité est le plus souvent relativement forte vers midi t mais une luminosit; moyenne suffit, étant donné la faible consommation d'énergie, pour assurer le dégivrage selon l'invention. De préférence, l'unité dtinstallation constituée par l'échangeur de chal.eur et le capteur solaire peut pivoter autour d'un axe vertical ou légèrement incliné vers le nord et suivre la course du soleil. Egalement ainsi on met à profit pour le capteur solaire l'installation séparée et libre de 1 'é- changenr de chaleur0 L'adaptation permanente d'un capteur solaire à la position du soleil est connue en soi, mais pour des raisons de construction elle est le plus souvent impossible à réaliser. Entre l'orientation du capteur solaire vers le soleil et l'orientation des ailettes selon le vent il est tout à fait possible de trouver un compromis acceptable. On disposera le capteur solaire perpendiculairement aux ailettes, celles-ci étant orientées dans la direction ouest-est, tandis que le capteur solaire est tourné vers le sud, c'est-à-dire vers la position moyenne du soleil. Si l'on prévoit, par rapport à cette position moyenne, un angle de pivotement de F 300, le vent d'ouest ou d'est trouve encore un passage suffisant à travers l'échangeur de chaleur, et en pratique le capteur solaire tire pleinement parti des neuf heures du jour les plus lumineuses, car ce n'est qu 'à partir d'un angle d'incidence de 400 que le ooefficient de rendement du capteur solaire baisse notablement (seulement de 7 % jusque là). Dans le cas ou l' échangeur de chaleur est combiné à un capteur solaire, il y a intérêt à ce ut le système de ventilation mentionné plus haut comporte un ventilateur disposé sous le capteur solaire et dirigé contre la face inférieure de l'échangeur de chaleur, laquelle présente alors une pente montante en direction du ventilateur et est de préférence munie de tôles d'écopage et/ou de tôles directrices latérales conduisant dans les intervalles entre ailettes. Un exemple d?exécution dîun échangeur de chaleur selon l'invention est décrit en détail ci-après, avec référence au dessin schématique annexe sur lequel - la figure 1 est une vue en élévation latérale d'une unité d'installation constituée par un échangeur de chaleur et un capteur solaire, - la figure 2 est une vue en plan correspondant à la fig.1, et - la figure 3 est un schéma des circuits. Sur un socle 1 est montée à pivotement autour d'un axe vertical, au moyen d'une liaison par plateau tournant à billes, une unité 3 composée d'un échangeur de chaleur 4 et d'un capteur solaire 5. L'échangeur de chaleur 4 se compose d'une série d'ailettes verticales creuses 7 disposes avec des intervalles 6 et reliées entre elles de telle sorte qatun liquide introduit à l'entrez 8 de l'échangeur traverse, avant de parvenir à la sortie 9, toutes les ailettes creuses 7 les unes après les autres. La face supérieure de l'échangeur 4 est horizontale alors que sa face inférieure va en montant un peu, à partir de l'entrée 8. Le capteur solaire 5 est orienté vers le point cardinal perpendiculaire à l'étendue des ailettes 7, avec l'inclinaison habituelle vers le haut. Sous le capteur solaire 5 un ventilateur 10 est dirigé vers la face nférieure de l'échangeur de chaleur 4. Son couraift d'air peut être guidé par des toles dirsetrices (non reprsentées) en fonne de triangle ou de trapèze aplati disposées le long des deux arêtes inférieures latérales de cet échangeur, tandis que par des tôles d'écopage ou déflectrices (également non représentées) disposées aux aretes inférieures des différentes ailettes 7 ce courant d'air peut être dévié pour pénétrer dans les intervalles 6 entre ailettes, dans lesqueles il pénètre déjà cependant de toute façon du fait que dans le sens de ce courant toute ailette situe en av; par rapport à celle qui la précède s'étend plus bas que cette dernière. A la fig.2 on a représenté en tirets et en traits mixtes l'angle de pivotement de + 300 que peut décrire l'ensemble de l'appareil à partir de la position moyenne qu'il occupe, dans laquelle le capteur solaire 5 est dirigé vers le sud tandis que les ailettes creuses sont orientées dans le sens est-ouest. Le mécanisme et sa commande permettant le pivotement de l'ensemble n'ont pas à être décrits en détail t il en est de memas en ce qui concerne les détails de construction qui font de 1'échangeur de chaleur et du capteur solaire une unité d'installation 3. Les liaisons tubulaires suivantes sont installées: Une conduite d'amenée Il (dessinée en trait plein) dans laquelle sont disposés une pompe 12 et un clapet de retenue 13 est racoordée à l'entrée 8 de l'échangeur de chaleur 4. La sortie 9 de ce dernier est reliée à l'entrée 14 du capteur solaire 5. A la sortie 15 de ce dernier est raccordée une conduite de retour 16 qui, par une conduite de court-circuitage 17 dans laquelle sont installés une pompe 18 et un clapet de retenue 19, peut être reliée à la conduite d'amenée Il Une autre conduite 20 (dessinée en tirets) dans laquelle sont disposés une pompe 21 et un clapet de retenue 22, est raccordée à la liaison entre la sortie 9 de l'échangeur et l'entrée 14 du capteur. La conduite d'amenée 11 et la conduite de retour 16 relient l'unité 3 à une pompe de chaleur 23. La conduite 20 et la conduite de retour 16 relient le capteur solaire 5 seulement à un ballon 24. Du côté de la sortie de la pompe de chaleur 23 sont racoordoes une conduite 25 reliée à un poste de consommation et munie d'une pompe 30 et une conduite 26 de retour du poste6 consommation. Ces deux conduites sont également reliées au ballon d'eau chaude 24, par l'intermédiaire des conduites 27 et 28 respectivement et d'une pompe 29. Enfin, la conduite 25 alimentant le poste de consommation est raccordée en outre à une chaudière 34, par l'intermédiaire d'un robinet à plusieurs voies 31 et d'une conduite 32 ; de même, la conduite 26 de retour du poste de consommation est raccordée à la dite chaudière par l'intermédiaire d'une conduite 33. En service hivernal la pompe 12 envoie dans l'échangeur dgkhaleur 4, par la conduite d'amenée 11, du liquide de transmission thermique1 généralement de l'eau additionnée d'agent antigel, qui passe ensuite dans le capteur solaire 5 et revient alors par la conduite de retour 16 dans la pompe de chaleur 23. La pompe 21 est hors service1 le clapet de retenue 22 s'oppose à un retour intempestif de fluide par la conduite 20. De l'autre côté de la pompe de chaleur 23 la pompe 30 envoie par la conduite 25 de l'eau chaude au poste de consommation, constitué généralement par une installation de chauffage, notamment de chauffage de locaux par le sol, et cette eau revient par la conduite de retour 26. De ce circuit la pompe 29 dérive un courant qui circule par les conduites 27 et 28 et chauffe le ballon 24 qui fournit l'eau chaude d consommation. Lorsque l'eau devient trop froide dans la conduite d'amenée 25 au poste de consommation, la chaudière 34 intervient et envoie de l'eau chaude dans cette conduite par l'intermédiaire du robinet à plusieurs voies 31 ; le retour d'eau à la chaudière 34 s'effectue par la conduite 33. L'eau fournie par la chaudière 34 peut être melangée à celle en provenance de la pompe de chaleur, ou la remplacer ; on pourrait également disposer les conduites de façon telle que l'eau provenant de la pompe de chaleur 23 soit chauffée davantage dans la chaudière 34. Lorsqu'il s'agit de dégivrer l'échangeur de chaleur 4 on arrete la pompe 12 et on met en marche la pompe 18, Le liquide de transmission thermique ne circule plus alors que dans l'unité 3, absorbe des calories dans le capteur solaire 5 et les cède dans l'échangeur 4. Le dégivrage se déroule assez rapidement, car il suffit qu'une mince pellicule d'eau se soit formée à la surface des ailettes creuses 7 pour que la glace glisse aussitôt et soit évacuée. En service estival seule la pompe 21 fonctionne, et le ballon 24 est chauffé seulement par les calories fournies par le capteur solaire 5. Les pompes et clapets de retenue sont disposés de façon telle qu'en dehors du robinet à plusieurs voies 31 aucun autre robinet commandé n'est à prévoir. En ce qui concerne les possibilités fondamentales de faire pivoter une telle unité en fonction de la position du soleil, il est renvoyé à ce qui a été exposé plus haut en détail. Pour permettre une telle rota tison, les conduites 11,16 et 20 peuvent comporter des tronçons souples capables d'accompagner les mouvements oscillants de l'unité. REVENDICATIONS i. Echangeur de chaleur pour absorber la chaleur de l'air, notamment pour alimenter une pompe de chaleur, muni d'ailettes parcourues par un fluide de transmission thermique, cet échangeur étant remarquable en ce que les ailettes (7) sont orientées verticalement ou avec une inclinaison. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, remarquable en ce que les ailettes (7) sont orien tuées dans la direction du vent dominant, notamment dans la direction ouest-est. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, remarquable en ce qu'il peut pivoter autour d'un axe vertical (2) et s'orienter, au moyen d'un mécanisme commandé, dans la directinn du vent. 4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, remarquable en ce qu'il comporte un systeme de ventilation (10) qui assure le balayage de l'échangeur par un courant d'air. 5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications I à 4, remarquable en ce que les ailettes (7) sont revetues d"un matériau à faible coeSfioient de frottement. 6. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à Ss remarquable en ce qu'il est combiné à un capteur solaire (5) qui fait suite à l'échangeur dans le sens de lseeoulement du fluide de trslsmission ffllermique, formant avec ce capteur de préférence une unité d'installation (3). 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6 remarquable en ce que la dite unité d'installation (3) peut, de façon connue en soi, pivoter autour d'un axe vert cal ou légèrement incliné vers le nord et suivre la course du soleil. 8. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, remarquable en ce que le système de ventilation comporte un ventilateur (io) disposé sous le capteur solaire (5) et dirigé contre la face inférieure de l1échangeur de chaleur (4), laquelle présente une pente montante en direction du ventilateur et est de pré férence munie de tales d'écopage et/ou de tôles directrices latérales conduisant dans les intervalles (6) entre ailettes.