Brevet FR2500917A1 — publié le 19820903

La présente invention concerne un échangeur de chaleur notamment un échangeur solaire destiné au camping. Dans les activités de loisirs telles que le camping, il faut souvent de l'eau chaude soit pour les douches, soit pour la lessive ou la vaisselle. Bien que, dans la plupart des cas, les campeurs soient munis de réchauds, il serait préférable de profiter de l'énergie solaire, disponible, pour réchauffer l'eau à usage domestique. En effet, les campeurs disposent ainsi d'une automonie plus grande, voire totale. I1 existe ainsi une poche en matière synthétique que les campeurs remplissent d'eau et laissent séjourner au soleil pour faire réchauffer l'eau. I1 est également possible de placer au seoleil un bidon contenant l'eau. Toutefois, ces solutions dites "de fortune" ne présentent pas la meilleure efficacité notamment par faible soleil. En effet, l'inconvénient de ces solutions est de disposer de surfaces de captage du soleil et de moyens d'échange calorifique mal orientés et insuffisants. De plus, la poche ou le bidon ne comportent pas de moyens d'isolation thermique, évitant les déperditions calorifiques. Cela est particulièrement important pour le stockage de l'eau. En effet, comme le bidon ou la poche ne sont pas isolés thermiquement, ils perdent très rapidement la chaleur accumulée. Inversement, on ne peut envisager d'utiliser des récipients isolés pour tenter de réchauffer le contenu au soleil. La La présente invention a pour but de créer un dispositif échangeur de chaleur, portatif, destiné au camping ou à des usages similaires qui permette de réchauffer ou de refroidi: une certaine quantité d'eau et de stocker cette quantité d'eau pendant une durée raisonnable et cela à l'aide d'un dispositif d'une fabrication relativement facile, peu coûteuse, compatible avec les exigences de son utilisation. A cet effet, l'invention concerne un dispositif caractérisé en ce que la surface de captation entoure au moins une partie importante du réservoir, cette surface étant séparée du réservoir par une cloison isolante thermiquement et le circuit du fluide caloporteur est en contact avec le réservoir, le dispositif comportant des moyens de préhension. On obtient ainsi un dispositif complet, portatif, d'un encombrement très réduit. Comme, par ailleurs, la surface de captation entoure le réservoir, on dispose ainsi de la plus grande surface de captation possible. Cette surface est particulièrement intéressante lorsque, suivant une autre caractéristique de l'invention, elle est en forme de calotte sphérique dont le sommet est occupé par les moyens de préhension. Cela permet une insolation particulièrement efficace puisque la surface de captation est pratiquement exposée intégralement au rayonnement solaire. I1 est à remarquer que ce dispositif qui est destiné à fonctionner comme récepteur de chaleur lorsqu'il est exposé au rayonnement solaire tel quel peut également fonctionner en générateur de froid, si on l'entoure d'un linge humide ; en effet, l'évaporation de l'humidité puisera- des calories dans l'enceinte se trouvant derrière la surface de captation. Du fait de l'effet de thermosiphon, le'fluide caloporteur froid se réchauffera au contact du liquide du réservoir, c'est-à-dire refroidira ce liquide. De même, en fonctionnement nocturne, comme la surface de captation est directement en contact avec le liquide caloporteur, on peut ainsi refroidir le liquide à l'intérieur du réservoir pour disposer de liquide froid. Le thermosiphon fonctionne ainsi de façon inverse ; la surface de captation irradie la volte céleste et cède les calories que le fluide caloporteur puise dans le liquide du réservoir. Comme le réservoir est isolé, on a une grande souplesse d'utilisation. En effet, il suffit de placer le dispositif échangeur au soleil pour que celui-ci récupère les calories et réchauffe le liquide. Etant donné l'isolation, le réservoir conserve sa température meme après disparition du soleil lorsqu'il a fonctionné en capteur de chaleur, soit après la levée du soleil, lorsque durant la nuit, il a fonctionné en générateur de froid. Comme, suivant une autre caractéristique de l'invention, le circuit du fluide caloporteur est commandé par un clapet anti-retour ou valve permettant de déterminer le sens de circulation du fluide caloporteur, on évite toute inversion accidentelle du mouvement du fluide caloporteur. Cela permet de ne pas surveiller le fonctionnement du dispositif, dans les périodes intermédiaires lorsqu'il faudrait arrêter son fonction nement par exemple après le coucher du soleil ou au moment du lever de soleil. Suivant une autre caractéristique particulièrement importante, le dispositif absorbeur échangeur est composé d'éléments réunis pour former l'ensemble compartimenté en secteurs. Ce cloisonnement est particulièrement important car il évite que certaines parties du dispositif ne fonctionnent simultanément de façon opposée. En effet, si le volume derrière la surface de captation n'était pas cloisonné, comme une partie de la surface peut être exposez au soleil et l'autre, être à l'ombre, le liquide caloporteur circulerait de façon opposée et évacuerait vers l'extérieur, au niveau de la surface à l'ombre, une partie des calories reçues par la surface au soleil.De plus, cette réalisation en secteur permet de simplifier considérablement la fabrication du dispositif lorsque celui-ci est, par exemple, réalisé par injection de matière synthétique. I1 suffit en effet d'avoir un moule de petite dimension correspondant à une fraction - seulement de la forme de l'ensemble du dispositif. Les pièces élémentaires ainsi obtenues par moulage peuvent être réunies par collage, soudage ou analogues. Suivant une caractéristique intéressante, la surface de captation, l'enceinte et le volume arrière traversé par le fluide caloporteur, forment une enveloppe qui reçoit le réservoir.venant en contact avec le circuit du fluide caloporteur. Ce réservoir a une forme complémentaire à celle du volume arrière pour favoriser l'échange calorifique par contact. Cela permet d utiliser une même enveloppe pour plusieurs réservoirs successifs pour chauffer plusieurs volumes d'eau. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide d'exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue de côté d'un échangeur solaire portatif, selon l'invention. - la figure 2 est une demi-coupe verticale selon II-II de la figure 4 d'un premier mode de réalisation d'un échangeur, selon l'invention. - la figure 3 est une demi-coupe verticale selon III-IÍ de la figure 4 d'un second mode de réalisation d'un échangeur selon l'invention. - la figure 4 est une coupe horizontale selon IV-IV des figures 2 et 3. - la figure 5 est un détail d'un mode de réalisation d'un clapet anti-retour. Selon la figure 1, le dispositif d'échangeur de chaleur selon l'invention se compose d'un corps 1 correspondant à la surface de captation, terminé à sa partie haute par une tête 2 munie de poignées 3 et d'un bouchon isolant 4 permettant le remplissage du réservoir (non apparent sur cette figure). Dans sa partie basse, l'échangeur comporte un socle 5. Le dispositif selon la figure 1 a une forme de révolution dont le corps est une calotte sphérique subdivisée en secteurs 6. Cette forme est particulièrement compacte et correspond à une grande surface d'échange. De plus, il est intéressant que-ce volume soit aplati pour offrir une surface utile aussi grande que possible au soleil lorsqu'il fonctionne en capteur de chaleur, notamment en été, saison préférentielle du camping. Les figures 2 et 3 montrent deux modes de réalisation d1un échangeur, selon l'invention. Selon le premier mode de réalisation (figure 2), la surface extérieure 11 du corps 1 constitue- la surface de captation. Cette surface 11 forme une enceinte 12 pour le fluide caloporteur (schématisé avec les deux flèches A > avec une paroi isolante 13. Comme la surface de captage 11 est de préférence aussi peu épaisse que possible, pour réduire 1a inertie thermique, il est avantageux que la cloison isolante 13 assure en même temps la tenue mécanique du corps 1. Cette cloison 13 fait corps avec le fond 5, de préférence également en un matériau isolant. L'enceinte 12 communique avec des tubes 14 formant une boucle de circulation du fluide caloporteur. A l'intérieur du tube 14 se trouve un dispositif anti-retour 15 qui sera explicité ultérieurement. La cloison 13 et le fond 5 délimitent le volume intérieur de l'échangeur formant le réservoir 7. Ce volume contient le liquide à réchauffer (ou le-cas échéant à refroidir). Le remplissage du réservoir 7 se fait par exemple par la partie supérieure de la tête 2 après enlèvement du bouchon 4. Toutefois, d'autres moyens de remplissage peuvent être prévus. On peut également envisager un robinet de vidange situé dans la partie inférieure du dispositif et non représentée aux figures. Dans le premier mode de réalisation décrit ci-dessus l'enceinte 12 du fluide caloporteur derrière la surface de captation 11 est reliée à un certain nombre de conduites 14 de circulation,du fluide caloporteur. Ces conduites 14 traversent le réservoir 7 et la circulation du fluide caloporteur se fait par thermosiphon. Selon le second mode de réalisation (figure 3), le réservoir 7' qui contient le fluide à réchauffer ou à refroidir n'est plus traversé par les tubes du fluide caloporteur. Au contraire, l'enceinte 12 communique avec des tubes ou des volumes 14', séparées de l'enceinte 12 par la cloison isolante 13. Les tubes ou volumes 14' ne traversent pas le réservoir 7' mais ils sont seulement en contact avec la surface extérieure de celle-ci. Cela permet de réaliser le réservoir 7' sous la forme d'un réservoir amovible. Dans ce cas, le dispositif se compose dtune enveloppe formée des éléments 11, 12, 13, 14' et de la tête 2 ainsi que d'un réservoir amovible 7'. I1 importe que, dans ce cas, la forme de la surface périphérique 71 du réservoir 7' corresponde à celle de la paroi non référencée tdélimitant les conduits ou les volumes 14' pour assurer un bon échange de chaleur par conduction. De plus, il est possible d'avoir des parois peu épaisses puisqu'aucune d'elles n'est exposée aux chocs ou doit avoir une fonction mécanique. Dans cet exemple, le fond est composé d'une partie périphérique 5 solidaire de l'enveloppe et d'une partie centrale 72 appartenant au réservoir 7'. Suivant une variante non représentée, le fond de ce second mode de réalisation est amovible, le réservoir 7' s'introduisant par l'ouverture du fond. Dans le volume arrière 14', il est prévu une valve d'arrêt 15 ou clapet anti-retour s la réalisation dans cet exemple est légèrement différente de celle de la valve d'arrêt 15 du mode de réalisation de la figure 2. Toutefois, les divers modes de réalisation sont interchangeables et tout autre moyen permettant d'éviter une circulation inverse du fluide caloporteur par rapport à la circulation présélectionnée, est possible. Il est particulièrement intéressant pour le bon fonctionnement du thermosiphon, que le réservoir 7, 7' comporte au moins une partie au-dessus ou en-dessous des points haut et bas respectifs du circuit de fluide caloporteur. Dans le capteur selon 1'invention, cela est réalisé avantageusement notamment par le volume du réservoir à l'intérieur de la tête 2. La figure 4 est une coupe horizontale des figures 2 et 3 montrant une partie de la surface de captation 11, l'enceinte 12, située derrière cette surface de captation, la cloison isolante 13, Dans sa partie gauche et au milieu, la figure 4 montre en coupe les conduits 14. Dans la partie droite, les conduits 14 sont remplacés par un volume arriere 14' éventuellement subdivisé en canaux ou ne correspondant qu'à une partie de la surface intérieure ou arrière de la cloison isolante 13. Selon la figure 4, l'ensemble du dispositif est subdivisé en six secteurs réalisables indépendamment. Chaque secteur comporte ainsi une partie de - la surface de captation 11, de l'enceinte 12 et de la cloison isolante 13. Suivant ce mode de réalisation, chaque secteur comporte un conduit 14 ou une partie du volume de retour 141. Les secteurs sont distincts les uns des autres. Les parties telles que la surface de captation 11, l'enceinte 12 et la cloison isolante 13 sont limitées par une cloison 8. Les antres parties et notamment la fraction du réservoir ou volume inte- rieur 7 ou 7' sont occupées par des cloisons ouvertes 81. Les cloisons correspondantes de deux secteurs étant adjacentes. Cette subdivision du dispositif en des secteurs est intéressante} car elle simplifie considérablement la fabrication et réduit le coût du moule lorsque cette fabrication se fait par injection. I-l suffira, en effet, de mouler six éléments identiques à l'aide du même moule puis de les assembler par collage, soudure ou autre moyen de liaison approprié, en fonction du matériau utilisé. Dans le cas du second mode de réalisation (figure 3 partie de droite, figure 4), les cloisons ne peuvent exister au niveau du réservoir 7' puisque tout le volume intérieure du dispositif est occupé par un réservoir distinct 7'. En variante toutefois, ce réservoir peut également être constitué par la combinaison de plusieurs réservoirs. Dans les différents modes de réalisation décrits ci-dessus; le circuit du fluide caloporteur comporte un clapet anti-retour pour éviter l'inversion du fonctionnement. En effet, lorsque l'échangeur de chaleur est exposé par exemple au soleil, mais qu'une partie de la surface de captation est à l'ombre, le fluide caloporteur circulant dans cette partie, pourrait avoir tendance à circuler en sens inverse, c'est-à-dire à faire passer du fluide caloporteur réchauffé au contact du liquide à l'intérieur du réservoir 7, 7' pour réchauffer la surface de captation 11 à l'ombre et rayonner vers l'extérieur la chaleur fournie par le fluide caloporteur, ce qui réduirait le rendement. Pour éviter un tel fonctionnement antagoniste, il est intéressant de prévoir une valve anti-retour Lorsque l'échangeur solaire n'est prévu que pour fonctionner en récepteur de chaleur, une valve anti-retour unidirectionnelle suffit.Par contre, lorsque le dispositif dait être réversible, c'est-à-dire permettre le fonctionnement sélectif, soit en récepteur de chaleur, soit en générateur de chaleur (pour refroidir un liquide), les valves d'arrêt doivent pouvoir fonctionner dans deux sens, suivant le choix qui sera fait La figure 5 montre le détail d'un mode de réalisation d'une valve anti-retour 15. Selon la figure 5, la valve se compose de deux sièges 151, 152 prévus dans la conduite 14. Entre ces butées se trouve un flotteur 153 déformable dont au moins une partie 154 de la paroi est déformable. Ce flotteur est vide ou contient un gaz de façon à pouvoir se déformer en fonction de la pression du fluide caloporteur agissant sur ses parois. Pour un certain volume ou un certain état, ce flotteur a une densité égale à celle du fluide caloporteur. Si l'on comprime le flotteur en déformant par exemple la paroi 154 pour réduire le volume du flotteur, la densité du flotteur augmentera et il tendra à s'appliquer contre le siège inférieur 152. Par contre, si l'on réduit la pression de façon à augmenter le volume du flotteur 153, sa densité dépassera celle du fluide caloporteur et le flotteur tendra à se soulever pour s'appliquer contre le siège supérieur 151. Pour exercer la pression appropriée sur le fluide caloporteur, il est prévu un piston 9 débouchant dans le circuit du fluide caloporteur. Ce piston peut être une vis ou une tige à cliquet. Suivant que l'on fait pénétrer plus ou moins ce piston dans le circuit du fluide caloporteur, on comprime le fluide caloporteur et on provoque la déformation décrite ci-dessus. Un tel piston 9 est nécessairement associé à chaque circuit de fluide caloporteur. Pour simplifier la commande, il peut être prévu une commande générale, telle qu'une couronne agissant sur 11 ensemble des pistons. Enfin, le dispositif selon l'invention peut être complété par une enveloppe extérieure transparente en forme de jupe pour créer un effet de serre pour le fonctionnement en capteur de chaleur. Cette enveloppe peut être une jupe amovible. Pour le fonctionnement en générateur de froid, on peut avoir-une jupe imprégnée d'eau dont l'évaporation crée du froid. REVENDICATIONS 10) Dispositif échangeur de chaleur, portatif, notamment échangeur solaire destiné au camping, échangeur comportant un récipient (7) et une surface de captation (11) ainsi qu'un circuit (12, 14) de circulation du fluide caloporteur entre la surface de captation et le réservoir (7, 7'), appareil portatif caractérisé en ce que la surface de captation (11) entoure au moins une partie importante du réservoir (7, 7') par une cloison isolante thermiquement (13) et le circuit (12, 14) du fluide caloporteur est en contact avec le réservoir (7, 7'), le dispositif comportant des moyens de préhension (3). 20) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa surface de captation (11) ainsi que le circuit (12, 14, 14') du fluide caloporteur sont divisés en des éléments indépendants (6) dont la réunion constitue la surface de captation et le circuit du fluide caloporteur. 30) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, par la surface de captation (11), l'enceinte (12) ainsi que le volume arrière (14') traversé par le fluide caloporteur forment une enveloppe recevant le réservoir (7') venant en contact avec le circuit de fluide caloporteur (14'). 40) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit du fluide caloporteur est constitué par une enceinte (12) située derrière la surface de captation et par au moins un tube (14) à l'intérieur du réservoir (7) directement en contact avec le liquide du réservoir. 50) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit du fluide caloporteur est muni d'une valve anti-retour (15) permettant de déterminer le sens de circulation du fluide caloporteur et le fonctionnement du dispositif (récepteur ou émetteur de chaleur). 60) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valve anti-retour est un clapet à deux positions permettant de choisir le sens de circulation du fluide caloporteur. 70) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de captation a une forme de calotte sphérique dont le sommet est occupé par le bouchon (4) du réservoir (7, 7') et les moyens de préhension (3).