Brevet FR2496847A1 — publié le 19820625

La présente invention se réfère aux installations de chauffage utilisant la chaleur rayonnée par le soleil, du genre comprenant un ou plusieurs panneaux solaires dans lesquels un fluide caloporteur circule sous l'effet d'une pompe appropriée, ce fluide venant chauffer un accumulateur thermique approprié, généralement constitué par une masse d'eau renfermée par un ballon, un réservoir ou une cuve, tandis qu'il est prévu un dispositif régulateur propre à commander la circulation du liquide caloporteur en fonction de l'ensoleillement et de la température de l'accumulateur thermique. Le dispositif régulateur doit avant tout éviter que du liquide caloporteur froid ne vienne abaisser la température de l'accumulateur. I1 faut donc qu'il arrête la circulation dans celui-ci en cas d'absence ou d'insuffisance de l'ensoleillement. On peut utiliser à cet effet des sondes thermométriques qui détectent la température régnant à l'intérieur du ou des panneaux et celle de l'accumulateur thermique. Mais cela multiplie les canalisations électriques dont une partie doit se trouver à l'extérieur des locaux intéressés. En outre comme à l'arrêt la température du fluide caloporteur n'est pas uniforme sur tout son trajet dans le ou les panneaux, il peut apparaître des phénomènes de pompage, un échauffement local de ce liquide au niveau de la sonde déclenchant à tort la circulation qui s'arrente peu de temps après. Pour éviter ces inconvénients on a imaginé d'associer à l'installation une canalisation de dérivation (by-pass) court-circuitant l'accumulateur thermique. On peut alors se borner à détecter l'ensoleillement, sans tenir compte de la température du ou des panneaux, pour mettre en marche la circulation en la faisant passer par la dérivation à l'aide d'une vanne à trois voies ou équivalent. Une sonde permet de mesurer dans de bonnes conditions la température alors uniforme du liquide sortant du ou des panneaux, une autre celle de l'accumulateur thermique. Quand la première est supérieure à la seconde la vanne coupe la dérivation et fait circuler le liquide dans l'accumulateur.Toutefois si cette solution permet d'éviter en principe les canalisations électriques extérieures et réduit les risques de pompage, elle ne simplifie pas les canalisations électriques intérieures et exige donc l'intervention d'un électricien pour la réalisation de l'installation de chauffage, ce qui augmente les frais. En outre il faut là encore un détecteur d'ensoleillement qu'il est souvent difficile de disposer à l'intérieur d'un bâtiment. La présente invention vise à permettre d'établir une installation de chauffage solaire dans laquelle l'ensemble des sondes thermométriques de la dérivation, de la vanne à trois voies et de la pompe puisse être réalisé sous la forme d'une unité montée à l'atelier et n'exigeant pas d'autre canalisation électrique que celle destinée à l'alimentation de la pompe, ce qui ne pose à l'installateur aucun problème particulier. Conformément à l'invention l'on dispose à la façon connue la première sonde sur la première canalisation de fluide caloporteur amenant celui-ci du ou des panneaux solaires à l'accumulateur thermique, mais on monte la seconde sonde sur la seconde canalisation allant de cet accumulateur au panneau, en aval de la dérivation, et l'on associe à ces deux sondes un régulateur qui laisse d'abord la dérivation en action (c'est-à-dire, l'installation à l'état d'attente) pendant un premier temps déterminé relativement long, puis mette cette dérivation hors d'action (donc amène l'installation à l'état de service) pendant un second temps déterminé relativement court, apprécie la différence entre les températures des deux sondes et ou bien maintienne l'installation à l'état de service si la température d'entrée sur la premier canalisation est supérieure à celle relevée sur la seconde, ou bien déclenche un nouveau cycle d'amenée de l'installation à l'état d'attente pendant le premier temps, puis à l'état de service pendant le second, et ainsi de suite jusqu'à ce que la température sur la première canalisation soit suffisante. On comprend que les deux sondes étant disposées sur les canalisations, et non plus sur les panneaux et/ou sur l'accumulateur, on puisse établir l'unité mentionnée plus haut avec une section de chacune des canalisations, les sondes, la dérivation, la vanne a trois voies, la pompe et le régulateur. Cette unité peut être entièrement montée et réglée à l'atelier, ce qui simplifie considérablement le coût d'établissement de l'installation solaire et évite les risques de réglage défectueux par des personnes incompétentes. On associe préférablement au régulateur des moyens permettant de mettre l'installation au repos complet au moins pendant la nuit. Ces moyens peuvent bien entendu comporter une cellule de détection du rayonnement solaire, mais dans une disposition préférée, on les réalise à l'aide d'une horloge de précision, par exemple à quartz, incorporée à l'unité et agencée de façon à suivre les saisons pour fixer les instants où l'installation doit être mise à même de servir, c'est-à-dire de passer de l'état de repos à celui d'attente. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une vue schématique d'une installation de chauffa- ge solaire suivant l'invention. Fig. 2 montre à titre d'exemple le schéma par blocs d'une réalisation possible du régulateur. L'installation schématiquement représentée en fig. 1 comprend un panneau solaire 1, un ballon d'eau chaude 2 pourvue d'un serpentin intérieur 3 propre à la circulation d'un fluide caloporteur approprié (hydrocarbure ou dérivé d'hydrocarbure restant liquide aux plus basses températures auxquelles le panneau peut être soumis), des canalisations 4, 5 reliant le panneau 1 au serpentin 3, et une unité de réglage désignée par la référence générale 6, interposée à la fois sur l'une et l'autre des canalisations précitées. Comme montré, cette unité 6 renferme une pompe de circulation 7 avec son moteur électrique d'entraînement (groupe moto-pompe), les tubulures d'aspiration 5a et de refoulement 5b de cette pompe étant respectivement reliées à la partie de la canalisation 5 qui part du serpentin 3 et à celle qui va au panneau 1. L'unité 6 comprend encore une dérivation 8 qui, partant de la tubulure d'aspiration Sa de la pompe 7, aboutit à l'une 8a des trois tubulures d'une vanne à trois voies 9 dont les deux autres tubulures 4a et 4b assurent l'insertion dans la canaliH sation 4 entre le panneau 1 et le serpentin 3. Cette vanne 9 comporte une première et une seconde position pour lesquelles elle relie respectivemer le panneau 1 à la dérivation 8 et au serpentin 3.Enfin il est en outre prévu dans ladite unité 6 un régulateur 10 que des lignes électriques 11 et 12 relient à deux sondes thermométriques 13 et 14 respectivement disposées à l'intérieur de l'unité 6 sur les tubulures 4a (en amont de la vanne 9) et 5b (en aval de la dérivation 8). Le régulateur 10 est établi pour réaliser les opérations suivantes 10 Entre le coucher et le lever du soleil il maintient l'installation à un état qu'on appellera état de repos pour lequel la pompe 7 est arrêtée et la vanne 9 retenue à sa première position (liaison du panneau 1 avec la dérivation 8). Le liquide caloporteur renfermé par le serpentin 3 ne peut circuler. Le ballon 2, convenablement isolé thermiquement, joue le rôle d'accumulateur d'eau chaude. 20 Dès que le soleil est suffisamment haut, le régulateur 10 amène l'installation à ce qu'on appellera l'état d'attente. La pompe 7 est mise en marche, mais la vanne 9 reste à sa première position. Le liquide caloporteur circule ainsi en circuit fermé à travers la dérivation 8, le serpentin 3 restant toujours isolé. 30 Au bout d'un laps de temps relativement court, juste suffisant pour que le liquide du panneau 1 arrive à la sonde 13 (par exemple 10 secondes), il compare la température t13 détectée par la sonde 13 (température du liquide caloporteur à la sortie du panneau) avec un seuil qu'on lui a imposé, par exemple 450C pour fixer les idées. Deux cas peuvent se présenter A- La température t13 est supérieure à 450C. Dans ce cas il fait passer l'installation à l'état de service pour lequel, la pompe 7 restant en marche, la vanne 9 est amenée à sa seconde position (liaison du panneau 1 avec le serpentin 3 par la canalisation 4). Le liquide caloporteur circule ainsi dans le serpentin et la à nouveau deux hypothèses sont à envisager a) La sonde 14 détecte une température tl4 inférieure à t13. C'est qu'alors le liquide caloporteur réchauffe l'eau du ballon. Le régulateur maintient donc l'installation à cet état de service de façon permanente aussi longtemps qu'il reconnaitra t13 > t14 b) La température t14 est supérieure a t13, ctest-à-dire que l'eau du ballon est à une température supérieure au seuil (450C). Alors le régulateur 10 ramène l'installation à l'état d'attente et en même temps il met en marche un circuit chronométrique qui, au bout d'un temps prédéterminé relativement long (par exemple 10 minutes), déclenchera un nouveau cycle d'essai, c'est-à-dire passage de l'installation à l'état de service et comparaison des températures t13 et tl4 (la première ayant pu varier entre temps par suite d'un plus fort ensoleillement). Le processus recommmencera alors, savoir qu'ou bien tl3 sera supérieure à t14 et l'état de service sera maintenu, ou bien si tl3 est inférieure à t14 on reviendra à l'état d'attente pour le temps prévu (10 minutes) et ainsi de suite. B- Lors du passage de l'état de repos à celui d'attente la température tl3 est inférieure au seuil (450C). Dans ce cas le régulateur maintient l'installation à l'état d'attente jusqu'à ce que t ait atteint le seuil. 13 4" Si au cours de la journée tl3 devient inférieure à tl4 le régulateur ramène l'installation à l'état d'attente en faisant à nouveau intervenir le circuit chronométrique comme sous 30 b) jusqu'à ce que tl3 ait atteint une valeur supérieure à t14. On voit ainsi que pendant les périodes d'ensoleillement insuffisant soit en valeur absolue (t13 inférieure à 45"C) soit en valeur relative (t13 supérieure à 450C, mais inférieure à tl4), l'installation se trouve à l'état d'attente avec de courts intervalles (par exemple 10 secondes) d'état de service se répétant de façon régulière suivant des intervalles de temps beaucoup plus longs (par exemple 10 minutes). Les intervalles d'état de service, qu'on peut qualifier d'essais, refroidissent théoriquemen le ballon 2, mais leur durée est si brève que cet effet peut être négligé. Pour mieux éclairer les explications qui précèdent, fig. 2 montre le schéma par rectangles d'une réalisation possible du régulateur 10. La référence 15 désigne une horloge à quartz de type annuel, comportant un organe susceptible de déceler les saisons et d'émettre une sortie pendant tout le temps de toute journée de l'année durant lequel le soleil peut être suffisamment actif sur le panneau solaire. Cette sortie est envoyée en premier lieu à travers un amplificateur 16 au contacteur 17 de commande du moteur 18 de la pompe 7 de fig. 1 pour fermer ce contacteur et le maintenir à l'encontre de ressorts tendant à l'ouvrir. La sortie de l'horloge 15 parvient encore à l'une des trois entrées d'une porte ET 19, laquelle commande la vanne 9 à travers un amplificateur 20. La vanne 9 est rappelée par ressort à sa première position précitée et le signal de la porte 19 peut ainsi l'amener é la seconde.Par ailleurs la sonde 13 est reliée à une autre entrée de la porte 19 à travers un circuit 21 à seuil réglable. Cette sonde 13 et l'autre sonde 14 sont d'autre part reliées aux entrées d'un comparateur 22 dont la sortie aboutit elle aussi à une entrée de la porte 19, à travers un circuit à retard 23 et une porte OU 24 à deux entrées. La sortie du circuit à retard 23 est également reliée à un inverseur 25 du genre transformant le signal 1 en signal O et inversement. Cet inverseur est à son tour relié à l'entrée de décleuchement d'un circuit chronométrique 26 qui, au bout d'un temps réglable assez long (10 minutes), émet une impulsion appliquée à un circuit monostable 27 agencé de façon à émettre en réponse une impulsion de sortie de durée réglable relativement courte (10 seconde).Cette sortie du circuit 27 aboutit à la seconde entrée de la porte OU 24 et. par conséquent à l'entrée correspondante de la porte ET 19. Aussi longtemps que l'horloge 15 n'émet pas de sortie (donc pendant la nuit ou tout au début et tout à la fin de la journée), l'installation est à l'état de repos, le contacteur 17 étant ouvert et la porte 19 étant déconditionnée sur au moins l'une de ses entrées. Quand la sortie de l'horloge apparaît, le contacteur 17 se ferme, la pompe est mise en marche et l'une des entrées de la porte 19 est conditionnée. Comme alors les deux sondes 13 et 14 sont pratiquement à la même température, le comparateur 22 émet une sortie, mais celle-ci est retardée par le circuit 23 de sorte que l'entrée correspondante de la porte 19 n'est pas conditionnée et que la vanne 9 reste à la position de dérivation. L'installation se trouve ainsi à l'état d'attente. Au bout du temps fixé par le circuit de retard 23 la sortie du comparateur arrive à la porte 19. Si la température tl3 décelée par la sonde 13 dépasse le seuil fixé par 21, la troisième entrée de cette porte est également conditionnée et la vanne 9 passe à sa seconde position. L'installation est alors amenée à son état de service. Si au bout du temps de retard fixé par le circuit 23, tl3 est supérieure à tl4 l'installation reste à cet état. Si au contraire t13 est inférieure à t14, la sortie du comparateur s'annulle, la porte 19 se bloque, la vanne 9 revient à sa première position (dérivation) et l'installation se retrouve à l'état d'attente. Mais alors du fait de l'inverseur 25 le circuit chronométrique 26 a été déclenché et au bout du temps fixé (10 minutes) il actionne le circuit 27 qui pendant la courte durée qui lui est prescrite (10 secondes! re-conditionne la porte 19 à travers la porte OU 24 en ramenant l'installation à l'état de service. Le comparateur 22 entre à nouveau en jeu. Si entre temps t13 est devenue supérieure à tel4, il émet une sortie qui, lorsque l'impulsion du circuit 27 cesse, vient la remplacer pour maintenir la porte 19 condition née, l'installation restant à l'état de service. Dans le cas contraire le circuit 26 est remis en jeu et ainsi de suite jusqu'a ce que t13 devienne supérieure à t14. On peut améliorer encore le schéma de fig. 2 en prévoyant que le moteur 18 de la pompe 7 tourne normalement au ralenti sous l'effet d'un appareil approprié 28 (rhéostat, commutateur de pâles, etc...) et ne soit amené à sa pleine vitesse de travail que lorsque cet appareil est mis hors d'action par le signal de sortie de l'amplificateur 20 transmis par une ligne appropriée 29. On économise ainsi du courant quand 1 'instal- lation est à l'état d'attente. On pourait en outre prévoir que tous les circuits, à l'exception de l'horloge 15 (laquelle comporte préférablement sa pile individuelle) et de l'amplificateur 16 qui lui est associé, soient alimentés à partir de la ligne d'alimentation du moteur 18, mais en aval du contacteur 17, de manière que ces circuits ne consomment rien quand l'installation est à l'état de repos. De quelque façon qu'on procède et de quelque manière qu'on réalise le régulateur 10, on comprend que l'ensemble de l'unité 6 peut être monté et réglé à l'atelier de sorte que tout ce que l'installateur a faire, c'est de raccorder les tubulures 4a, 4b, 5a et 5b aux canalisations 4 et 5 de fluide caloporteur, sans devoir se préoccuper de mettre en place les sondes sur les canalisations ou sur le ballon 2, ni de les raccorder au régulateur par une filerie compliquée. L'unité, qui lui est livrée avec une boite à bornes, peut se disposer à l'intérieur du local intéressé, au voisinage immédiat du ballon et la liaison de ladite boite au secteur ne comporte donc aucune difficulté particulière. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution decrits par tous autres équivalents. On comprend que le schéma donné en fig. 2 pour le régulateur 10 ne constitue qu'une indication et que tout autre type de circuit pourrait être utilisé. Le ballon 2 pourrait être remplacé par tout autre genre d'accumulateur thermique. Le fluide caloporteur pourrait être gazeux moyennant un dimensionnement approprié des canalisations. Enfin au lieu de l'horloge 15 on pourrait utiliser tout autre appareil propre à déceler l'apparition et la disparition du soleil, tel par exemple qu'une cellule photo-électrique, laquelle pourrait être incorporée à l'unité 6 lorsque celle-ci est disposée près d'une fenêtre du local à l'intérieur duquel elle est montée. REVENDICATIONS 1. Installation de chauffage solaire, du genre comportant un ou plusieurs panneaux dans lesquels un fluide caloporteur circule sous l'effet d'une pompe appropriée, ce fluide venant chauffer un accumulateur thermique, tandis qu'il est prévu un dispositif régulateur comprenant une dérivation du fluide caloporteur qui court-circuite l'échangeur, deux sondes thermométriques dont la première est associée à la canalisation qui conduit le fluide caloporteur des panneaux à l'accumulateur, et des moyens de réglage qui, recevant l'information des sondes, font passer l'installation diun état d'attente pour lequel le fluide circule dans la dérivation, à un état de service pour lequel il arrive à l'accumulateur, caractérisée en ce que la seconde sonde thermométrique est disposée sur la canalisation de retour du fluide caloporteur de l'accumulateur aux panneaux, tandis que les moyens de réglage sont agencés de façon à imposer alternativement à l'installation l'état d'attente pendant un premier temps relativement long, puis l'état de service pendant un second temps relativement court, jusqu'à ce que pendant l'un de ces seconds temps la température décelée par la seconde sonde s'avère inférieure à celle décelée par la première, les moyens maintenant alors l'installation à l'état de service aussi longtemps que la différence de température entre les deux sondes ne s'inverse pas. 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de réglage ne commencent pas à lui imposer l'alternance des états d'attente et de service, mais la maintiennent au premier de ceux-ci aussi longtemps que la première sonde n'a pas décelé une tempéra ture dépassant un seuil prédéterminé. 3. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens de réglage lui imposent un état de repos avec arrêt de la pompe entre le coucher et le lever du soleil. 4. Installation suivant la revendication 3 caractérisée en ce que les moyens de réglage comprennent une horloge annuelle qui fournit l'information concernant le lever et le coucher du soleil. 5. Installation suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisée en ce que l'ensemble du dispositif régulateur, y compris la pompe et ses tubulures, la dérivation et sa vanne de commande, les sondes et les circuits de réglage,~est établi sous la forme d'une unité susceptible d'être montée et réglée à l'atelier.