Brevet FR2547030A1 — publié le 19841207

CAPTEUR SOLAIRE HAUTE PRESSION AUTODEGIVRANT A DETENTE DIRECTE DE REFRIGERANT POUR POMPE A CHALEUR REVERSIBLE La présente invention concerne un capteur solaire destine aux pompes à chaleur reversibles. il est destin à jouer le rôle d'évaporateur en fonctionnement "hiver" ou "chauffage" et de condenseur à air en fonctionnement "été" ou "climatisation". Le schéma de principe ci-joint (figure n 7) 7) montre les deux possibilités de fonctionnement de la pompe à chaleur solaire réversible : - en fonctionnement S'hiver" ou l'chauffage", le compresseur A comprime le gaz réfrigérant en provenance des évaporateurs B1 et BZ (capteurs solaires). Par la compression, le gaz stéchauffe et cède sa chaleur dans le condenseur à eau C. Le fluide réfrigérant se liquéfie. il est ensuite détendu dans une vanne de détente D. Les capteurs solaires ou éva porateurs captent à la fois les calories basse température de l'air extérieur et le rayonnement solaire. - en'fonctionnement "été" ou "climatisation1,, le compresseur A comprime le gaz réfrigérant en provenance de l'évaporateur à eau E. Le gaz chaud est envoyé directement dans le conden seur à air B1 qui diffuse la chaleur dans l'air extérieur. Le réfrigérant se liquéfie au passage Le liquide est ensui te vaporisé partiellement dans la vanne de détente F Il est ainsi refroidi. ll codera ses frigories au circuit d'eau glacée de l'évaporateur E. Il existe sur le marché des évaporateurs dont la tenue à la pression (en général 15 Bar maximum) ne permet pas de leur faire jouer le role de capteur solaire sans courir le risque d'éclatement. Les courbes du réfrigérant R-12 montrent en effet qu'à 700C (température 'maximum atteinte en essai par fort enso leillement) correspond une pression de 20 Bar. Aucun d'eux n'est capable de supporter la haute pression d'une pompe à chaleur (20 Bar) et donc de jouer le rôle de condenseu à air d'une pompe à chaleur fonctionnant en régime 'climatisa- tion". Le capteur solaire objet du présent brevet permet, grâce à une tenue mécanique exceptionnelle obtenue grâce à l'adoption de tôles aluminium d'épaisseur importante (1,5 mm) de subir les tests de contrôle de 45 Bar après fabrication, ce qui permet des pressions maximum en service de 22,5 Bar. En outre, les evaporateturs proposes sous le vocable "capteur solaire à déterte directe de fluide réfrigérant" présentent le grave inconvénient de provoquer un phénomène irréversible de givrage. Le capter solaire haute pression objet du pré sent brevet permet de remédier à cet inconvénient ; le phdno- mène d'autodégivrage est obtenu de la façon suivante en fonctionnement "hiver", le capteur solaire joue le rôle d'évaporateur de la pompe à chaleur.Par un choix judicieux des surfaces d'évaporation, on limite lest, différence entre la température ambiante et la température du fluide ré réfrigérant pour un fonctionnement de nuit, ceci de façon à évi- ter d'atteindre le point de rose de l'air, ce qui a pour effet de provoquer le givrage en cas de température d'évapora tion négative. Néammoins, en cas d'augmentation inhabituelle du degré hygrométrique de l' air9 de nuit le plus souvent, il peut se pro- duire un léger givrage du capteur ç ceci se traduit par un voi le blanc en surface. Grâce à un equilibrage des pertes de charge à l'entrée et à la sortie du capteur et à l'adoption d'un cheminement complexe du réfrigérant, le capteur solaire objet du présent brevet est auto-dégivrant. Le phénomène de degivrage intervient dès l'apparition de la lumière diurne, meme faible. Il se produit en effet une élévation de température au niveau de la -couche de peinture sensible en surface du capteur. Cette élévation de température entraîne une élévation de la température d'évaporation à l'intérieur du capteur qui produit le dégivrage.Le dégivrage se produit de l'orifice d'entrée du liquide dans le capteur vers l'orifice de sortie du gaz avec des zones privilégiées correspondant aux canaux ascendants (présence de liquide à coefficient de transmission calorifique supérieur à celui du gaz). La conception du capteur solaire à détente directe, basée sur . les pertes de charge à l'entrée, les pertes de charge à la sortie, . le cheminement du fréon, . la couche de peinture sensible, entraîne un dégivrage pour des puissances d'ensoleillement inférieures à 100 W/mZ. La figure '-1 représente, en élévation, un capteur selon l'invention. La figure 2 représente, en élévation, un détail A des canaux de circulation de fréon dans le capteur. La figure 3 représente une coupe suivant A-A des canaux de circulation du fréon. La figure 4 représente en coupe verticale un détail B de la tubulure d'entrée du fréon, et un détail C de la tubulure de sortie du fréon. La figuré 5 représente, en coupe verticale suivant B-B , un dé tail de fixation du capteur sur cornières et cadre de supportage. La figure 6 représente, en élévation, un détail de la fixation du capteur sur cornières et cadre de supportage. La figure 7 représente schématiquement le circuit d'une pompe à chaleur solaire réversible. REVENDICATIONS 1/ Capteur solaire à détente directe de réfrigérant destiné à être associé à une pompe à chaleur réversible. En hiver, le capteur placé après l'organe de détente joue le rôle d'évaporateur et capte les calories basse température de l'air extérieur ainsi que l'énergie solaire. En été, le même dispositif reçoit le gaz réfrigérant porté à haute pression et à haute température par le compresseur. Il joue alors le rôle de condenseur à air. Le dispositif peut donc être utilisé, selon la saison . soit en capteur solaire à détente directe de fluide réfrigérant, . soit en condenseur à air. Cette double possibilité permet de réaliser des pompes à chaleur solaires réversibles utilisables à la fois pour le chauffage et la climatisation. 2/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le cheminement du réfrigérant est alterné et présente une grande longueur de fa çon à provoquer le dégivrage automatique du capteur sous l'effet du rayonnement solaire sans nécessité d'inverser le cycle de la pompe à chaleur. 3/ Dispositif selon la revendication 1 permettant une tenue mécanique à une pression de 45 Bar et une pression maximum en service de 22,5 Bar grâce à l'adoption de tôles d'aluminium d'épaisseur 1,5 mm.