Brevet FR2514872A1 — publié le 19830422

La présente invention concerne les récupérateurs de chaleur et les capteurs solaires Les différentes variétés connues de matériels permettant la récupération de chaleur solaire présentent , en général , les inconvénients majeurs de ne pas être : de taille aisée , d'une esthétique facilement admissible , d'un coût d'investissement et d'exploitation attractif des l'investissement,indépendant de l'édifice à équiper , facilement déplaçable , apte à récu -pérer simultanément la chaleur contenue dans plusieurs sour -ces produisant ou contenant de la chaleur , indépendant de la présence -ou non- de rayonnement solaire direct ou indirect , apte à récupérer la chaleur provenant de tout rayonnement Le module ordonné nour la récupération des énergies locales , objet de la présente invention , peut récupérer jour et nuit la chaleur se présentant sur sa paroi absorbante . Soit sur sa face avant , soit sur sa face arrière , soit sur les deux à la fois , indépendamment de sa faculté d'absorption du rayonne -ment solaire . Et ce S que la source de chsleur soit liauide ou gazeuse , ou les deux à la fois . Il est apte à fonctionner sous toutes les latitudes , en toute saison , en neutralisant la totalité des contraintes qu'introduit l'utilisation de 1.' énergie solaire par de capteurs-plans ou des capteurs à concen tration de ravonnement solaire .Ceci , nour une économie de dépenses d'énergie pour l'usager , supérieure à ce qu'il peut attendre avec tous les autres systèmes soit solaire , soit récupérateur d'énergie En effet , l'appareil est apte à produire , par exemple , la totalité des besoins en eau chaude sanitaire sans faire appel à une énergie classique en appoint Sa seule consommation d'énergie résidant à celle utilisée pour le fonctionnement des circulateurs et ventilateur dont il est pourvu .Cette énergie étant récupérée sous forme de chaleur par la face arrière de la paroi absorbante Pour ce module de base , la puissance électrioue installée peut & re de l'ordre de 350 watts , pour un potentiel de puis -sance de production de chaleur compris , en cas d'utilisation normale , entre 1,4 et 2 k'.h , selon la richesse en chaleur des différentes sources apportant la chaleur . îles sont d'une façon non limitative , : le Soleil , l'air , l'eau de pluie ou de ruissellement , les effluents , l'air vicié lorsqu'il est extrait des locaux , etc... Pouvant etre réalisé de taille différente du module de base objet de la présente invention (dont les dimensions sont envi -roni:hauteur 0,90 mètre , largeur 0,90 mètre , profondeur 0,26 mètre à sa base) , il est aisément manipulable vu sa forme et son poids (inférieur à 45 kilos). Son installation sur le lieu d'utilisation est donc aisée . Notamment: à l'in -térieur d'une pièce d'habitation (derrière une baie vitrée notamment) , immédiatement à l'extérieur d'une pièce d'habita -tion,en habillage d'une allège de baie, contre un mur , sur une terrasse , sur un balcon , en garde-corps de balcon ou de porte-fenetre , contre une souche de cheminée en toiture , à l'extérieur dans un jardin ou un massif , en élément de cloture ou en haie , en sete classé ou non (sans démarche parti culière).Elle ne nécéssite pas non plus : une formation par -ticulière du vendeur et de l'installateur , le recours à une architecture particulière lorsqu'on souhaite utiliser d'une façon esthétique l'énergie solaire , un entretien particulier. L'appareil est composé de : - un absorbeur -7- comprenant : un circuit présenté ici sous forme de serpentin -2- (noyé -ou non- dans un matériau -3 permettant l'absorption rapide et l'accumulation de la cha leur dans l'absorbeur lui-même) placé en surface ou en sous face d'une surface plane (éventuellement , le serpentin est placé: soit entre deux taies, soit entre deux verres,dont 1' espace est rempli -ou non- d'un matériau permettant l'absorp tion rapide et 17accumulation de la chaleur dans l'absorbeur ou est équipé d'ailettes,dont les intervalles entre ailet -tes sont remplis -ou non- dtun matériau comme indiqué ci avant), pouvant entre exposé au Soleil et être nourvu d'une solution technique lui permettant une meilleure absorptivité du rayonnement solaire . Le cas échéant , mais non obligatoi re , l'absorbeur pourra être équipé soit directement sur sa surface extérieure , soit à une certaine distance de sa sur -face extérieure , d'un élément permettant la réalisation de l'effet de serre .A l'intérieur du serpentin -oui est étan che de par nature- circule un mélange gazeux dont la Drorrié té physique essentielle est son évaporation , à l'intérieur du serpentin , à une température plus faible que la tempéra ture ambiante , quelle que soit la saison et le moment - un élément circulateur -4- permettant la circulation et l'au gmentation de la pression à l'intérieur d'un second serpen- tin -5- chargé de libérer la chaleur contenue dans le mélan ge gazeux qui le traverse ; serpentin pouvant être mis en oeuvre soit dans un caisson -pour qu'il libère la chaleur à l'ambiance "air" ou "gaz" qui circulera autour du serpentin afin que cellerci aille réchauffer le point d'utilisation à @@@@@@@@@@ @ partir de cet air réchauffé , par exemple , dans un circuit indépendant du reste de l'appareil- ; soit dans un récipient -6- contenant un fluide liquide ou gazeux -pour qu'il libère la chaleur au fluide dans lequel le ser pentin baignera- . Le serpentin absorbeur et le serpentin diffuseur étant une seule et mme canalisation interrompue par l'interposition de l'ensemble circulateur du mélange et par un système permettant la détente du mélange .Ce système consistant soit en simple tube capillaire d'une certaine dimension placé juste avant que le serpentin diffuseur ne re devienne le serpentin absorbeur ; soit en une série de plu sieurs capillaires -ou forme de canalisations- , selon le cas de tailles différentes , dont un seul est à chaque fois en fonctionnement selon le niveau de pression contenue dans le serpentin-diffuseur.La sélection entre chaque capillaire étant réalisée grSce à l'interposition de vannes automati-: -tiques et sélectives - un ensemble permettant le transfert de la chaleur contenue dans le diffuseur , au fluide d'utilisation de la chaleur.Il comprend : des canalisations isolées -ou non- assurant l'ar -rivée du fluide -f - et son retour -t8- au point d'utilisa- -tion , un circulateur -10- permettant au fluide d'utilisa tion d'évacuer au plus vite la chaleur contenue dans le réci pient -6 un ensemble de régulation électroniaue -t7- comnren2r.t: : une sonde de mesure de température -ft- à mettre en oeuvre au point d'utilisation de la chaleur , une sonde de température -t2- placée à l'intérieur au récipient -5- contenant le dif- -fuseur de chaleur , un contacteur de démarrage du circula- -teur -t- du melFnze gazeux , um contacteur de démarrage du ciculateur -10- du fluide d'utilisation , un contacteur de dé -marrage du ventilateur -t3- , le cas échéant , une sonde de température permettant de mesurer la température de la paroi absorbante , en sa surface à l'intérieur du module Une prise ramenée de courant électrique 9- à l'ensemble de régulation , des témoins lumineux de fonctionnement et des ca -drans indiquant la pression dans le circuit d'utilisation de la chaleur , et sa température , constituent les équipements électriques complémentaires et nécessaires au bon fonctionne -ment de la machine Ces témoins et cadrans -t6- étant mis en oeuvre , de préféren -ce , de telle sorte à etre visibles de l'extérieur . -Un système de ventilation permettant de pulser de l'air prove nant soit de l'espace libre extérieur , soit d'un local , à destination de l'intérieur de l'appareil . Une grille d'éva cuation -21- étant prévue pour permettre la sortie d'air con -tenu dans l'appareil , après refroidissement de celui-ci. -une cloison horizontale -14- séparant la partie basse de l'appareil , de lz partie haute , tout en laissant un espace suf -tisant entre la fàce arrière de la sari absorbante et la cloison de séparation,Afin que l'air apporté par le ventila teur soit contraint de cireuler contre la face arrière de 1' absorbeur , avant de s'échapper par la partie supérieure de la façade de 1 t appareil . -une carrosserie isolée -ou non- , placée sur : le dessus , les côtés , l'arrière -avec une partie amovible-, et le dessous de l'appareil ; sur -ou dans- laclùelle la paroi absorbante (la face avant de l'avant de l'appareil) est rapportée . L'ensem -ble constituant un élément hermétique , ayant pour seules ouvertures : une grille -21- d'évacuation d'air , une grille d'amenée d'air frais -20- placée devant le ventilateur -de pré férence à ltarrière de l'appareil-, un ou deux passais pour l'évacuation des condensations pouvant être présentes à l'inté rieur de l'appareil. -quatre pieds réglables afin d'assurer le nivellement correct de l'appareil lorsqu'il est mis en oeuvre . L'étagère sur laquelle sont installés le récipient -6- et le circulateur du mélange gazeux A , est montée de facon à ce que les éventuelles vibrations de l'annereil ne soient pas transmises en dehors de l'appareil e Ceci permet également un meilleur aplomb de ces éléments dans le cas d'une installation avec un niveau peu correct de l'ap- -pareil , par rapport à la verticale -e Principe de fonctionnement du module Sous l'action de la chaleur provenant d'une source liquide et/ ou gazeuse , quelle au'elle soit , le mélange contenu à l'in -térieur du serpentin -2- va se réchauffer imperceptiblement . Sa pression augmentera . Par la canalisation -7- supérieure d'amenée , le mélange rejoindra le circulateur --. Ce dernier se mettra en fonction et permettra l'augmentation de la pres -sion du mélange gazeux è la sortie du circulateur.Sous cet effet , la température du mélange gazeux s'élèvera . Une canalisation -5- , isolée de préférence , amènera le mé -lange réchauffé au serpentin -5- . En dégageant sa chaleur dans le récipient contenant le fluide d'utilisation de la cha -leur , le mélange baissera en pression , d'une façon considé rable , lorsque le mélange gazeux traversera la canalisation en forme de capillaire de détente , pour pénètrer ensuite dans la canalisation -8- de retour du mélange à l'absorbeur . La chaleur accumulée dans le récipient -6- sera évacuée nr l'action du circulateur -10- , à destination du point d'utili -sation . La régulation comparera sans arrêt la température du fluide au point d'utilisation de la chaleur , et la température du fluide au point de mesure de la chaleur dans le récipient -6-. Toutes les fois où la température du fluide au point d'utili -sation sera inférieure à celle du récipient -6- , la régula- tion ordonnera au circulateur -10- l'évacuation du fluide chaud à destination du point d'utilisation . Ainsi de suite , jusqu'à ce que la température , au point d'utilisation , etteigne le paroxysme oui a été ordonné à ce dernier.Si pour une raison quelconque le niveau de température à l'intérieur du récipient -6- atteignait 50C , la régulation ordonnerait également au circulateur -70- la circulation du fluide d'utilisation fin de permettre l'élèvation de la tem pérature à l'intérieur du récipient . Paralllement , elle donnerait étalement l'ordre au circulateur -4- de cesser de fonctionner . L'originalité de cette invention ne consiste pas dans le fonc -tionnement proprement dit du circulateur -4- , ni dans le mélange gazeux (de produits du commerce) circulant de cette fa çon à l'intérieur du circuit. Elle réside à la fois dans les facultés regroupées de l'appa -reil d'être à la fois un récupérateur de chaleur provenant de sources les plus diverses , et un capteur d'énergie solaireeEt ce , grâce à la conception de son absorbeur-accumulateur de chaleur et à l'assemblage des composants représentés sur le dessin , et/ou stipulés dans la description de l'invention. Selon les besoins , il est possible de réaliser des installa -tions avec un ou plusieurs modules raccordés entre eux.Il est même possible de réaliser des ins'allations avec des modules de dimensions et puissances particulières , différentes à celui présenté ici , bien que ses dimensions ne sont pas forcément en rapport avec sa puissance. Sa production journalière de chaleur sous norme d'eau chaude est comprise entre 440 et 750 litres à 550C , selon les jours et les saisons.Elle peut servir tant au chauffage des locaux et piscines , qu'à celui des besoins industriels et ménagers tels que : usages hebitu- -els , machines à laver le linge et la vaisselle , etc... . Par le brassage de l'air que permettra le ventilateur -t3-, celui-ci jouera un rale de dstratificateur de la chaleur contenue habituellement plus près du plafond , que du sol des pièces d'habitations . En descendant au niveau du sol , l'air chaud favorisera une amélioration du confort et permettra des économies de chauffage très appréciables. REVENDICATIONS. 1. - Module ordonné pour la récupération des énergies locales caractèrisé par les fonctions qu'il assure du fait de sa con -ception , grâce notamment à sa paroi absorbante . Ses fonc -tions étant , tolites en même temps:la récunération simultanée de la chaleur provenant de plusieurs sources de nature diffé -rente , se présentant sous forme liauide et/ou gazeuse , et/ ou de rayonnement divers , sur la seule paroi absorbante de l'appareil , tant par sa face avant que par sa face arrière,ou les deux à la fois ; l'accumulation de la chaleur à tout niveau de température,dans un très faible volume,à l'intérieur même de la paroi absorbante,en attendant que cette chaleur soit trains férie au mélange gazeux ou fluide circulant dans le serpentin formant circuit de déplacement du fluide , partie intégrante de la paroi absorbante ; la fonction de capteur solaire -avec ou sans effet de serre- , à très haut niveau de performance technique lorsque la face avant du module est exposée au soleil ; l'extraction d'air vicié -ou non- contenu dans un local , grâce à son ventilateur ; la neutralisation de condensation sur les parois des pièces faiblement isolées sur le plan thermique -ou peu ventilées naturellement-, dont il extrait l'air au niveau du plancher; la déstratification des couches de chaleur contenue à des niveaux différents de tempé -rature à l'intérieur d'un local , en rabattant l'air ambiant au niveau du sol du local équipe , assurant de ce fait un meilleur confort dans ce local , pour une consommation d'éner -gie moindre ; le maintien hors risque d'asphyxie par cer -tains gazs , des locaux dont il est l'équipement ; la récupération de chaleur sur l'air extrait des locaux . Le module étant composé d'un ensemble carrossé -isolé thermi- -quement ou non- de dimensions : 0,90 mètre de hauteur , 0,90 mètre de largeur de façade , 0,26 mètre de profondeur à la base et à mi-hauteur environ , 0,13 mètre de profondeur à la partie supérieure de la carrosserie , nesant moins ae z.7 kg reposant sur 4 pieds règlables afin d'assurer l'horizontalité et la verticalité du module lors de sa rise e: oeuvre ; équipé en façade avant et en facade arrière de grilles permettant l'entrée et la sortie d'air , ainsi que d'entrée et sortie pour le fluide d'utilisation de la chaleur récupérée, d'une prise d'arrivée d'électricité à l'appareil , d'une sortie de sonde de mesure de température au point d'utilisation de la chaleur , d'un ensemble de voyants lumineux , cadrans et/ou compteurs portant des indications de fonctionnement ;dont la façade avant (îa paroi absorbante) est de couleur sombre de préférence , avec un albédo inférieur à 0,20 , mate et/ou bril lente , recouverte -ou non- d'un système créant 11 effet de serre;;à l'intérieur duquel -ou sur lequel- sont assemblés les équipements suivants: - un système de ventilation équipé d'un ventilateur d'une cer taine puissance et à gros débit d'air , permettant la péne- tration d'air à l'intérieur du module , afin de refroidir en permanence les circulateurs; ---une paroi absorbante comprenant un circuit , de préférence tubulaire , canalisant un mélange gazeux à très faible ni- veau de température d'évaporation , circuit intimement lié à une surface plane -ou façonnée- , de très bon niveau de con duction de chaleur , afin d'assurer un meilleur contact ther mique entre le circuit et la surface .Cette dernière pou -vant Qtre mise en oeuvre dans -ou sur- le module , de préfé rence côté face externe en façade avant du module . Contre cette surface et entre -et/ou sur- les canaux du circuit , est mis en oeuvre un matériau permettant : l'absorption rapi de de la chaleur , la rétention de cette chaleur (avec une capacité de stockage de chaleur pouvant se situer aux envi rons de 5 klwfh de chaleur restituée,pour une épaisseur finale de la paroi absorbante ne dépassant pas t5 millimètres dont 8 à 10 millimètres pour le seul matériau absorbant la cha leur),la restitution très lentement , eu fur et à mesure des besoins en chaleur du circuit canalisant le mélange gazeux. - un élément permettant à la fois la circulation du mélange gazeux contenu dans un circuit indépendant du point d'utili sation de la chaleur ; et l'élèvation de sa pression avant la phase de restitution de le chaleur à un fluide d'utilisa tion de cette chaleur - un ensemble permettant le transfert de 1- chaleur contenue dans le circuit du mélange gasaux gaux , au fluide d'utilisation de cette chaleur , et son transport jusqu'au point d'utili -sation ;; - un élément comprenant une ou plusieurs canalisations -ou formes due canalisations- , éventuellement de tailles et sec tion différentes,assurant par détente , la modulation de la pression du mélange gazeux , avant sa pénètntion à l'inté rieur du circuit faisant partie intégrante de la paroi ab sorbante.Le cas échéant , la sélection pour l'utilisation de telle ou telle canalisation -ou forme de canalisation-, lors du fonctionnement du module , dont une seule est utilisée à chaque fois ,se faisant automatiquement par un système de vannes automatiques agissant en fonction de la pression du mélange gazeux et/ou de sa température - une étagère , non fixe , sur laquelle est montée l'élément de circulation du fluide gazeux et celui du transfert de cha leur, - une cloison horizontale placée de telle sorte tutelle oblige l'air pénétrant dans le module , à se plaquer contre la face interne de la paroi absorbante , avant de ressortir en par -tie haute de la façade avant du module - un ensemble de régulation permettant d'assurer le fonctionne ment du module , pour sa plus grande rationalité . 2 - Disposition selon revendication n01 , caractérisé par le fait que le module peut être réalisé en toutes dimensions et selon la puissance que nécessite la deman de . tes dimensions , la forme et la puissance n1ayat pas de report de nroportion entre elles . 3 - Disposition selon revendication n01 et 2 , caractérisé par le fait que la paroi absorbante est composée de deux surfeces planes ou taçonnées , entre lesquelles le cir cuit canalisent le mélange gazeux est emprisonné , et en con -tact -ou non- avec les deux surfaces , dont les espaces res -tant libres sont remplis d'un matériau accumulateur de cha -leur comme indiqué dans la revendication n 1. 4 - Disposition selon revendications n 1,2 et 3 caractérisé par le fait que la paroi absorbante est composée c'une structure formant une succession d e cellules creuses oc -togonales ou hexagonales, dont les parois sont en cortunica- tion directe et permettent la circulation , en leur intérieur, du mélange ozzeux;;l'es ace libre su milieu de choque cellule étant rempli -ou non- d'un matériau accumulateur de chaleur comme indiqué dans la revendication n01 5 - Disposition selon revendications n01,2,3 et 4 caractérisé par le fait que l'=me de la paroi absorbante est composé d'un tube dans lequel circule le mélange gazeux , pouTL vu d'ailettes mises en oeuvre perpendiculairement au tube , et destinées à diffuser rapidemment la chaleur au tube .L'espace entre les ailettes étant rempli -ou non- d'un matériau accumu lateur de chaleur , comme indiqué dans la revendication noie 6 - Disposition selon revendications n01,2,3,4 et 5 , caractérisé per le irait oue le circuit canalisent le mélange , et les éventuelles parois et/ou structures en contact avec le circuit , sont complètement incorporés à l'intérieur d'un maté riau accumulateur de chaleur comme indiaué dans le revendica -tion n01 . 7 - Disposition selon revendications n 1,2,3,4,5 et 6 , caractérisé par le fait que le matériau utilise pour accumuler la chaleur peut être un dérivé de produits minéraux composé à base de silice , dont on a obtenu la transformation physique par élèvation de température à plus de 8500C , afin de le rendre : fortement absorbeur de chaleur , accumulateur de chaleur (4 fois plus que l'eau , pour un volumre égal) , restitu -eur de chaleur(T2 fois plus lentement que l'eau);quelque soit le niveau de sa température . 8 - Disposition selon revendications n01,2,3,4,5 et 6 , caractérisé par le fait que le matériau utilisé pour accumuler la chaleur est un produit du commerce ou un déchet industriel, pouvant se présenter sous forme solide , liquide ou gazeux , à changement de phase physique ou de comportement -ou non- , en fonction du niveau de température duquel il peut se situer soit lors de l'absorption de la chaleur, soit lors r3e la ré -tention , soit lors de s restitution , soit lors des trois à la fois . 9- Disposition selon revendications n 1,2,3,4,5,6,7 et 8 , caractérisé par le fait que la face avant du module est formée de telle sorte à obtenir une exposition perpendiculaire optimale au raaronnement solaire tant en été , qu'en hiver ; grâce à sa partie verticale et à sa partie inclinée, qui sont consues -le telle sorte k, à obtenir cet effet en toute période ensoleillement . 10 - Disposition selon revendications n 1,2,3,4,5,6,7,8 et 9, caractérisé nar le fait oue le système de transfert de le cha -leur produite par le module , peut également ne pas être un récipient comme indiqué dans la revendication n01 , mais un système à circulation d'air raccordé à -ou incorporé à- l'ap -pareil et est indépendant de l'autre circuit de ventilation , déjà partie intégrante du module.Ce système servant soit au recyclage de l'air ou au préchauffage de l'air , soit aux deux à la fois .