Brevet FR2525329A1 — publié le 19831021

La plus grande partie des systèmes de chauffage solaire en thermosiphon actuellement en exploitation utilise des échangeurs thermiques directs dans lesquels le fluide a réchauffer, notamment de l'eau, traverse directement le panneau ou collecteur solaire. Dans ce cas, on observe plusieurs inconvénients majeurs. Lorsque 1 'eau est calcaire ou contient d'autres impuretés, le circuit est rapidement obturé. D'autre part, la régulation de tels systemes nécessite l'emploi d'un vase d'expansion séparé. Enfin, ces systemes doivent toujours comprendre des moyens de protection contre le gel et on fait alors appel à des dispositifs de vidange automatiques nécessitant du courant électrique pour leur fonctionnement et leur controle. La présente invention a pour objet de concevoir un échangeur thermique pour systèmes de chauffage solaire en thermosiphon permettant de remédier auxdits inconvénients des dispositifs de la technique antérieure et qui peut être exploité indépendamment de toute autre énergie extérieure. L'échangeur selon l'invention comprend une chemise cylindrique délimitant une chambre secondaire qui comprend a ses deux extrémités axiales opposées au moins une tubulure pour l'arrivée du fluide a réchauffer et une tubulure pour l'évacuation du fluide réchauffé, une chemise extérieure cylindrique fixée sur la chemise intérieure qui délimite une chambre annulaire reliée a un circuit primaire fermé dans lequel est inséré un panneau ou collecteur solaire pour chauffer le fluide du circuit primaire ; le conduit d'alimentation du circuit primaire est relié a la chambre annulaire a un niveau au-dessous du sommet de cette dernière tandis que le conduit de retour est relié au point bas de cette chambre,ledit circuit primaire contenant 1/3 de sa capacité d'air ou d'un autre gaz compressible, tandis que le restant de sa capacité est rempli d'un fluide primaire caloporteur, insensible au gel si nécessaire. Grâce à cette structure, le circuit primaire véhiculant un fluide a température élevée est un circuit fermé ne risquant plus d'être obturé par des dépôts de calcaire ou similaire. L'air contenu dans ce circuit fermé assure une parfaite autorégulation. A la partie supérieure de la chambre annulaire se situe un orifice servant au remplissage du circuit primaire. Cet orifice est muni d'un bouchon pouvant recevoir soit une tubulure de surverse soit une soupape. L'échangeur selon l'invention est d'une structure particulièrement simple ne nécessitant ni vase d'expansion extérieur ni système de purge automatique. Il est donc totalement autonome et fonctionne sans apport d'autre énergie extérieure telle que du courant électrique. Suivant un mode de réalisation préféré de l'échangeur selon l'invention, les chambres s'étendent par leur axe longitudinal sensiblement en position horizontale. Dans ce dernier cas, le conduit d 'arrivée du circuit primaire est relié à la chambre annulaire à un niveau correspondant sensiblement à la mihauteur de celle-ci et au voisinage de la tubulure d'arrive du circuit secondaire. Des expériences pratiques ont démontré qu'une telle disposition des chambres et un tel branchement du conduit d'arrivée du circuit secondaire permettent d'augmenter l'efficacité de l'ec.angeur selon l'invention. D'autres réalisations et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre ou on se refermera a la figure unique annexée qui est une vue en coupe axiale de l'échangeur selon l'invention relié à un capteur solaire. L'échangeur de chaleur selon l'invention représenté ici comprend une chemise cylindrique intérieure 1 délunitant une chambre intérieure 2 reliée à un circuit secondaire véhiculant de l'eau ou un autre liquide à réchauffer. La chemise intérieure 1 est fermée à ses extrémités par des couvercles 3 et 4 soudés ou rivetés d'une maniere étanche sur les parois de la chemise 1. Le couvercle 3 porte au voisinage de la périphérie de la chemise 1, deux tubulures pour l'arrivée du fluide à réchauffer 5 disposées dans des positions diamètralement opposées. Le couvercle 3 comprend de plus un embout central 6 fermé par un bouchon 7 permettant l'inspection et l'entretien de la chambre intérieure 2. De même, le couvercle 4 comprend deux tubulures 8 pour l'évacuation du liquide réchauffé disposées én regard des tubulures d'arrivée 5 et un embout central 9 fermé par un bouchon 10. Autour de la chemise intérieure 1, est prévue une chemise cylindrique extérieure 11 soudée sur la chemise intérieure et délimitant une chambre annulaire 12 pour la circulation du fluide du circuit primaire. Ce circuit comprend un panneau solaire 13, représenté très schématiquement ici, qui est relié à un conduit de retour de fluide 14 et a un conduit de départ de fluide 15. Le conduit est relié à la chambre annulaire 12 à un niveau inférieur au sommet de cette chambre comme représenté schématiquement en 16 et, de préférence sensiblement a la mi-hauteur de la chambre 12. Le retour vers le panneau solaire 13 est prévu à l'extrémité inférieure de la chambre 12 et au voisinage de l'extrémité opposée au raccord 16 comme représenté schématiquement en 17. Au centre et au sommet de la chambre 12 est prévu un orifice 18 servant au remplissage du circuit primaire. Cet orifice peut être obturé par un bouchon 19 pouvant recevoir un tube de surverse ou une soupape de sureté. On obtient ainsi un circuit primaire fermé comprenant le panneau solaire 13, le conduit 15, la chambre 12 et le conduit de recyclage 14. Ce circuit ne risque plus d'être obturé par des dépôts de calcaire ou d'autres matières contenues dans le fluide caloporteur. De plus, selon l'invention, le circuit primaire n'est pas conplètement rempli de fluide véhiculant de la chaleur mais environ 1/3 de sa capacité est rempli d'air . L'air étant compressible, on obtient ainsi une autorégulation parfaite, sans avoir besoin d'un vase d'expansion complémentaire. L'élévation de température obtenue dans le capteur solaire provoque une expansion du fluide caloporteur et donc une compression de l'air contenu dans la chambre, comme dans toute compression d'un gaz, on obtient ainsi un échauffement accroissant le phénomène d'échange de chaleur. La quantité d'air contenue dans le circuit primaire est bien entendu fonction de l'inclinaison de la cuve par rapport à l'horizontale. On obtient ainsi une installation totalement autonome ne nécessitant plus de courant électrique pour des vidanges automatiques et qui est particulièrement apte à être installée et utilisée dans des régions isolées loin de toute autre source d'énergie. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ici mais on peut y apporter de nombreuses modifications sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique pour installations de chauffage solaire par thermosiphonage, caractérisé en ce qu'il comprend une chemise cylindrique (1) délimitant une chambre secondaire (2) qui comprend a ses deux extrémités axiales opposées au moins une tubulure (5) pour l'arrivée du fluide à réchauffer et une tubulure (8) pour l'évacuation du fluide réchauffA, une chemise extérieure (11) cylindrique fixée sur la chemise intérieure (1) et qui délimite une chambre annulaire (12) reliée a un circuit primaire fermé (14,15) dans lequel est inséré un panneau ou collecteur solaire pour chauffer le fluide du circuit primaire, le conduit d'alimentation (15) du circuit primaire est relié a la chambre annulaire (12) a un niveau au-dessous du sommet de cette dernière tandis que le conduit de retour (15) est relié au point bas de cette chambre (12), ledit circuit primaire contenant 1/3 de sa capacité d'air ou d'un autre gaz compressible tandis que le restant de sa capacité est rempli d'un fluide primaire, de préférence de l'eau. 2. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les chambres (2,12) s'étendent par leur axe longitudinal, sensiblement en position horizontale. 3. Echangeur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le conduit d'arrivée (15) du circuit primaire est relié à la chambre annulaire (12) à un niveau correspondant sensiblement à la mi-hauteur de celle-ci et au voisinage de la tubulure d'arrivée du circuit secondaire.