Brevet FR2531194A1 — publié le 19840203

Panneau collecteur solaire pour la climatisation et la production d'eau chaude domestique utilisant des zéolithes. La présente invention se rapport à un nouveau type de panneau collecteur solaire utilisant des zéolithes comme absorbeur. Les zéolithes sont des alumino-silicates de Na, K, Ca et Ba contenant de l'eau très peu-adhérente, qui peut se dégager sous l'effet de la chaleur et être réabsorbée à partir d'une atmosphère humide sans affecter la structure cristalline du minéral Elles peuvent agir comme système d'absorption passif, avec la même fonction qu'un compresseur mécanique dans un réfrigérateur, mais sans pièce mobile. L'emploi des zéolithes dans les panneaux collecteurs solaires est bien connu Elles dégagent de la vapeur d'eau lorsqu'elles sont chauffées par le soleil pendant la journée et elles l'absorbent lorsqu'elles sont refroidies pendant la nuit Le panneau collecteur à zéolithes fonctionne alors comme un compresseur à un cycle par jour. L'emploi de l'énergie solaire pour la climatisation des bâtiments est intéressant car très souvent la charge frigorifique et journalière est plus ou moins proportionnelle à l'irradiation solaire journalière. Il y a plusieurs façons de convertir de l'énergie solaire en un effet refroidisseur: un cycle d'absorption utilisant un liquide absorbant par exemple Li Br HF 20, H 20-NHO 3 Li Cl-H 20 un cycle d'absorption utilisant un solide absorbant Cacl 2 NH 3, silicogel H 20 zéolithe H 20 un compresseur entraîné par une machine Rankine mue par le soleil; un compresseur entraîné par de l'électricité produite par des cellules photovoltatques: Le choix de la méthode à utiliser dépendra également des circonstances locales comme: climat, disponibilité d'eau de refroi- dissement, disponibilité d'énergie auxiliaire, considérations économiques, etc. Avec la plupart des méthodes citées ci-dessus lorsqu'elles sont utilisées pour la climatisation solaire de bâtiment, les températures du générateur peuvent être relativement basses, par exemple 80 'C. Toutefois la température de l'eau chaude obtenue sera également relativement basse, par exemple 290 C On ne peut pas considérer comme très intéressante une chaleur à cette température étant donné que, lorsque l'on a besoin de climatisation, c'est plus ou moins la tempé- rature ambiante. Une méthode prometteuse est celle qui utilise les zéo- lithes et H 20; son avantage étant que la température de l'eau chaude obtenue peut être de l'ordre de 40 'C. En accord avec l'invention il est prévu un panneau collec- teur solaire pour la climatisation et la production d'eau chaude domes- tique utilisant des zéolithes dans le volume absorbeur d'énergie du collecteur, caractérisé en ce que volume absorbeur comporte un film plastique fin dans lequel les zéolithes sont emballés sous pression, le volume absorbeur étant contenu dans un chagsis et ayant une face protégée par un vitrage transparent tandis que l'autre face est isolée thermiquement, et en ce que la deuxième face présente une entrée/ sortie pour le passage de la vapeur d'eau vers et depuis un condenseur- évaporateur relié par un double système de robinets à deux voies à un réservoir d'eau chaude et à un réservoir d'eau réfrigérée, respecti- vement, un robinet à une voie reliant la base du condenseur au volume absorbeur. De préférence les zéolithes qui se trouvent dans le volume absorbeur sont sous forme granulaire et le volume absorbeur a la forme d'un parallélépipède. Lorsqu'on l'utilise pour la production d'eau chaude exclu- sivement, un robinet de by-pass est prévu pour permettre au collecteur de travailler continuellement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure I est une vue schématique du système à panneau collecteur solaire utilisant des zéolithes de la présente invention; 31194 les figures 2 a, 2 b et 2 c sont différentes vues du volume absorbeur contenant des zéolithes de la figure 1;;o, la figure 2 a est une vue en perspective de l'ensemble du volume absorbeur la figure 2 b donne deux vues en coupe prises selon la ligne A-A et B-B, respectivement, de la figure 2 a; et la figure 2 c est une vue en coupe à échelle agrandie prise sur la ligne D-D de la figure 2 a. Selon la figure 1, le panneau collecteur solaire 1 comprend un volume absorbeur 2, rempli de zéolithes, protégé sur sa face supérieu- re par un vitrage 3 (simple ou double) et sur sa face inférieure par un produit isolant 4; tous ces éléments étant contenus dans un châssis support 5 Une entrée/sortie 6 relie l'intérieur du volume absorbeur 2 à un condenseur 7 dont le serpentin 8 est relié, par des robinets à deux voies 9 et 10, à deux réservoirs de stockage Il' et 12 pour l'eau chaude et l'eau réfrigérée respectivement Un robinet à une voie 13 relie la base du condenseur 7 à la base du volume absorbeur 2. Pendant la journée les zéolithes qui se trouvent dans le volume absorbeur 2 sont chauffées par le soleil et une partie absor- bée s'évapore puis se condense dans le condenseur La chaleur de con- densation peut être extraite par l'eau par l'intermédiaire du robinet 9 et stockée à 40 'C dans le réservoir de stockage Il pour usage domes- tique. Pendant la nuit, les zéolithes qui se trouvent dans le volume absorbeur 2 vont se refroidir et peuvent absorber à nouveau l'eau évaporée pendant la journée Le condenseur 7 va alors servir d'évaporateur La chaleur d'évaporation de l'eau pendant la nuit fournit l'effet de refroidissement et elle peut être stockée sous forme d'eau réfrigérée. La figure 2 représente le volume absorbeur 2 rempli de zéolithes. De préférence ce volume absorbeur a les caractéristiques suivantes il doit pouvoir contenir environ, 40 kg de zéolithes par m 2 il doit pouvoir résister à une pression interne de 1 millibar sa capacité calorifique doit être aussi faible que possi- ble; son prix de revient doit être aussi faible que possible et sa durée de vie doit être d'au moins 20 ans. Le volume absorbeur comporte essentiellement un film plastique fin dans lequel sont emballées les zéolithes sous forme granu- laire Le fait que la pression intérieure soit très faible donne au système sa rigidité mécanique. La forme géométrique est de préférence mais non néces- sairement rectangulaire. Le filtre 14 (fig 2 c) monté dans l'embouchure du tube d'entrée/sortie 6 retient les zéolithes 15 à l'intérieur du volume absor- beur, le tube 6 étant généralement en cuivre Le volume absorbeur est fait d'une seule feuille de film mince 16 scellé sur trois côtés (figure 2 b). De préférence, le matériau utilisé est celui connu commer- cialement sous le nom de "Polyacry lamitrile", qui a une résistance à la traction de 14 kg/mm 2 et une température maxima de service de 250 'C La face exposée au soleil est peinte d'une peinture noire sélective. Le volume absorbeur fabriqué de cette façon présente plusieurs avantages: il a une longue durée de vie du fait que le film mince utilisé est extrêmement résistant et qu'il ne se produit pas de corrosion, la capacité calorifique du film mince est négligeable et ceci est très important pour garantir une montée rapide en tempé- rature des zéolithes dès que le panneau collecteur est exposé au soleil; le prix du film est d'environ 0,1 $ US/m 2; et il n'y a pas de difficulté particulière pour remplir le volume-absorbeur. On peut utiliser de deux façons le panneau collecteur avec le volume absorbeur selon l'invention: pour combiner le refroi- disseinent et le chauffage de l'eau et pour le chauffage de l'eau seulement Dans le deuxième cas le cycle est continu. 2 5311994 Lorsqu'on utilise le collecteur pour le chauffage seulement, on ouvre le robinet 13 Ceci signifie que l'eau condensée dans-le conden- seur est immédiatement renvoyée au volume absorbeur Par conséquent, le rendement journalier en chauffage du collecteur est augmenté. Le système de panneau solaire aux zéolithes décrit ici représente un panneau collecteur solaire idéal pour emploi sous les climats méditerranéens; particulièrement lorsque, en plus des refroi- dissements des locaux, il faut une importante quantité d'eau chaude, par exemple dans les hôtels, bâtiments, etc Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple -non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 Panneau collecteur solaire ( 1) pour la climati- sation et la production d'eau chaude domestique utilisant des zéolithes dans le volume absorbeur d'énergie du collecteur ( 2), caractérisé en ce que le volume absorbeur comporte un film plas- tique fin dans lequel les zéolithes sont emballées sous pression, le volume absorbeur étant contenu dans un châssis ( 5) et ayant une face protégée par un vitrage transparent ( 3), tandis que l'autre face ( 4) est isolée thermiquement, et en ce que la deuxième face présente une entrée/sortie ( 6) pour le passage de la vapeur d'eau vers et depuis un condenseur-évaporateur ( 7) relié à un double système de robinets à deux voies à un réservoir d'eau chaude et à un réservoir d'eau réfrigérée, respectivement, un robinet à une voie ( 13) reliant la base du condenseur au volume absorbeur. 2 Panneau collecteur solaire selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les zéolithes qui se trouvent dans le volume absorbeur sont sous forme granulaire. 3 Panneau collecteur solaire selon l'une quel- conque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le volume absorbeur a la forme d'un parallélépipède. 4 Panneau collecteur solaire selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un robinet de by-pass permet au collecteur de travailler continuelle- ment pour la production d'eau chaude.