Brevet FR2540610A1 — publié le 19840810

La présente invention a pour objet un chauffe-eau solaire, plus particulièrement destiné au chauffage et au stockage par passage direct d'eau sanitaire comportant des capteurs solaires intégrés. Le but poursuivi selon l'invention est de réaliser un chauffe-eau solaire à bon rendement, à faible cotit, ne nécessitant aucune servitude annexe, étant insensible au gel, pouvant etre immédiatement installé sur place et alimenté par l'dBuction d'eau froide. A ce jour, il n'existe pas sur le marché de tels chauffe-eau, la fonction de captage étant habituellement séparée de la fonction de stockage et de nombreux et délicats problèmes se posant notamment quant à l'implantation du captage et du stockage, à la pro- tection contre le gel, aux difficultés inhérentes à l'installation et au prix de revient finalement élevé de ces appareils. Le chauffe-eau solaire conforme à l'invention se caractérise en ce qu'il comprend un volume central principal de stockage de l'eau chauffée de forme sensiblement cylindrique allongée, une couche d'isolation thermique entourant ce volume, et une couche extérieure entourant la couche d'isolation soumise sur une partie au moins de sa surface au. rayonnement. solaire et dans laquelle couche sont noyés les capteurs solaires, lesquels sont irrigués par un circuit d'eau branché en parallèle sur le circuit d'entrée- sortie du chauffe-eau. Une telle conception qui intègre au stockas ge le captage présente de nombreux avantages, quant à la simplifia cation de la construction et au rendement thermique du chauffage. En effet, la distance séparant le captage du stockage est minimale, en fait pratiquement nulle, et les pertes thermiques du captage profitent directement au stockage et inversement. D'autres caractéristiques, objets et avantages de llinven tion apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1, montre une vue de coté d'un chauffe-eau solaire en position d'utilisation, - la figure 2, est une vue en cou.pe par dessus selon le plan diamétral dè-la figure 1, - la figure 3, est une vue en coupe faite sensiblement selon la ligne brisée III-III de la figure 1, - la figure 4, est une vue semblable à celle de la figure 1 relative à une variante, - la figure 5, est une vue de dessus faite selon la flèche V de la figure 4, - la figure 6, est une vue en coupe faite selon la ligne brisée VI-VI de la figure 4, - la figure 7, montre à plus grande échelle un détail de l'alimentation en eau du stockage et des capteurs, - les figures 8 et 9 illustrent schématiquement en vue perspective deux circuits d'irrigation des capteurs, - la figure 10 montre schématiquement en vue développée un circuit préféré d'alimentation du stockage et des capteurs, - la figure 11 montre une disposition dans laquelle plusieurs chauffe-eau solaires sont montés juxtaposés dans une même enceinte. En se reportant tout d'abord au mode de réalisation illustré aux figures 1 à 3, le chauffe eau solaire repéré 1 dans son ensemble comprend essentiellement un volume de stockage 2 d'eau sanitaire enfermé dans une enceinte 3 de forme générale cylindrique circulaire allongée. L'entrée d'eau froide sanitaire dans le volume de stockage 2 se fait en 4 ~ et la sortie, c'est-a-dire le soutirage d'eau chauffée se fait en 5. L'enveloppe 3 est enfermée dans une couche d'isolation thermique de nature convenable repérée 6, 7, 8, 9 à la figure 1. La couche inférieure 6 est relativement plus épaisse que la couche supérieure 7 la partie supérieure du chauffe-eau étant soumise indirectement au rayonnement solaire , tandis que la partie inférieure ne l'est pas. Par-dessus la couche supérieure 7 d'isolation thermique, et sur sensiblement la mctii-tié de la périphérie du chauffe-eau 1 est formée une couche extérieure 10 dans laquelle sont noyés les capteurs solaires. Dans l'exemple illustré aux figures 1 à 3, la couche 10 comprend à l'intérieur d'une enveloppe extérieure 11, par exemple constituée en polycarbonate formant effet de serre, une plaque d'aluminium noir 12 ou de tout autre matériau convenable bon capteur du rayonnement solaire, lequel est au contact de -deux conduits 13 irrigués par l'eau et branchésen parallèle ou dérivation surl'entrée 4 et la sortie 5 du chauffe-eau, comme il apparaît clairement à la figure 2.La plaque 12 dans l'exemple illustré entoure la demï partie supérieure du chauffe-eau et se prolonge extérieurement par des ailettes latérales 12a, 12b augmentant la surface du captage. Les conduits 13 sont avantageusements constitués en un matériau plastique non gélif et viennent en contact intime avec la plaque métallique 12 par simple effet de la mise sous pression des conduites 13 introduites dans des logements convenables ménagés dans la plaque 12 (par exemple constitués de deux plaques métalliques accolées). Comme il apparaît sur la figure 1, le chauffe-eau 1 est supporté par des pieds 14, 15 de façon à présenter une inclinaison par rapport au sol 16, laquelle sera avantageusement sensiblement égale à la latitude du lieu d'implantation, en vue d'avoir le meilleur rendement de captage. Le chauffe-eau sera positionné autant que possible avec son axe parallèle à la direction Nord-Sud du lieu. Le fonctionnement et l'installation du chauffe-eau apparaissent clairement de la description qui précède. L'installation du chauffe-eau nécessite seulement le raccordement de la canalisation 4 d'alimentation à l'aMSuction d'eau froide, et le raccordement de la sortie 5 aux postes de consommation d '-eau chaude. En l'absence de soutirage d'eau, et pendant la période d'ensoleillement, la surface 12 de captage est chauffée , élevant la température des conduites 13 irriguées par l'eau d'addiction. L'eau circule alors automatiquement par effet de thermosiphon entre ces conduites 13 et le volume de stockage 2, grâce aux tés de dérivation 17, 18 prévus respectivement à l'entrée et à la sortie du chauffe-eau. Ainsi, l'eau chauffée par les capteurs vient peu à peu repousser l'eau moins chaude contenue dans la partie haute du stockage 2. Lors d'un soutirage d'eau par la conduite 5, le passage direct à travers le volume 2 de moindre perte de charge que le circuit 13 assure l'alimentation en eau chaude à partir du stockage. Il y a lieu de noter que dans cette construction, on ne risque pas de désamorçage du circuit 13 en thermosiphon par création d'une bulle gazeuse, toute bulle gazeuse étant automatiquement éliminée dans la canalisation 5 de soutirage. La variante de réalisation illustrée aux figures 4 à 6 diffère de celle illustrée aux figures 1 à 3 en ceci que la surface de captage 12' en aluminium noir entoure la couche d'iso- lant 7' sur un peu plus des trois quart de la circonférence du cylindre 3 (les ailettes 12a, 12b ayant été supprimées), et en ce que trois conduites 13' d'irrigation ont été prévues dont une en partie haute au lieu des deux conduites 13 contenues dans -le plan diamétral à mi-hauteur du chauffe-eau comme au mode de réalisation precédent. Ceci nécessite la prévision dgun purgeur 19 en partie haute du conduit d'irrigation des capteurs pour éviter le désamorçage du thermosyphon. L'ensemble de l'appareil est un peu moins encombrant à volume de stockage égal que celui du mode de réalisation précédent, puisque les ailettes latérales 12a, 92b ont été supprimées. Un tel appareil présente notamment face au vent la résistance la plus réduite et son implantation peut être préférée dans les régions fréquemment soumises à des cyclones ou vents importants. On se reportera maintenant à la figure 7 dans laquelle on a illustré un mode préféré de réalisation de la croix de dérivation telle que repérée 17 à la figure 2 permettant l'alimentation du stockage 2 et l'alimentation parallèle des circuits 13-d'irrigation des capteurs. L'eau de ládduction entrant en 4 est guidée directement à l'intérieur du stockage par un conduit 20 L'irrigation en parallèle par thermosiphon des conduits 13 se fait dans le volume annulaire 21 compris entre le conduit 20 et le conduit 22 de la croix centrale 23 assurant la dérivation. De cette façon, lors d'un soutirage, on réduit les possibilités de circulation parasite d'eau par les canalisations 13 d'irrigation des capteurs. L'un des avantages importants de la présente invention est que la technique mise en oeuvre permet de n'utiliser que des matériaux plastiques, donc non gélifs, pour contenir les divers volumes d'eau. Ainsi par exemple, le cylindre de stockage 3 pourra être constitué en polyester armé résistant à trois bars pour une température de 650C. Les piquages en haut et en bas du chauffe- eau pourront être réalisés en polypropylène fileté. Le revêtement extérieur 11 assurant l'effet de serre pourra être réalisé en polycarbonate de dix dizièmes de millimètres d'épaisseur. Les fonds extérieurs pourront être réalisés en polyéthylène noir résistant aux ultraviolets. Les circuits d'irrigation 13 pourront être constitués par des tuyaux en silicone armésd'une tresse. A titre d'exemple, un chauffe-eau présentant un volume de stockage de 100 litres sera recouvert d'une surface de 1,40 m2 de capteur enroulé équivalent à i,iom2 de capteur plan. Le diamètre hors tout de la construction sera de l'ordre de 40 cm et la longueur hors tout de l'ordre de 2 mètres. Aux figures 8 et 9, ont été représentées schématiquement deux variantes d'irrigation de capteurs solaires entourant le chauffe-eau sensiblement comme montré au mode de réalisation des figures 4 à 6. La construction est symétrique par rapport au plan vertical médian du chauffe-eau. Selon la figure 8, chaque circuit d'irrigation 24, 25 a une forme en épingle à cheveu , Pour le fonctionnement en thermosiphon de l'installation, le chauffe-eau doit être laissé horizontal ou au moins pas trop incliné pour ne pas gêner le cheminement en retour de l'eau d'irrigation Dans la variante de réalisation préférée illustrée à la figure 9, les capteurs sont irrigués par six circuits en parallele, respectivement bas 26, 27 alimentés à partir de l'entrée 4 par le té 28, moyens 29, 30 alimentés par le té 31 et hauts 32, 33 alimentés également par le té 28 par l'intermédiaire de piquages intermédiaires 34, 35. Le collectage en point haut se fait comme l'entrée au moyen des tés 36, 37.On notera que dans cette réalisation, le branchement d'entrée du circuit d'irrigation des capteurs se fait à un niveau au moins aussi bas que l'entrée dans le stockage du ballon, et le branchement de sortie du circuit d'irrigation des capteurs se fait à un niveau au moins aussi haut que le branchement de sortie du stockage (repercé en 38) ; une telle construction permet donc le dégazage automatique du circuit d'irrigation des capteurs et le fonctionnement en thermosiphon peut être obtenu même si le chauffe-eau est placé en position horizontale. La figure iO montre en vue développée, schématiquement le circuit d'alimentation et d'irrigation adopté selon la réalisation décrite à la figure 9. En se reportant à la figure 11, on a illustré une réalisation dans laquelle plusieurs volumes de stockage 40, analogues au volume de stockage 2 des figures précédentes ont été juxtaposés dans une enceinte 41 avec interposition d'une couche d'isolant appropriée 42. A la partie supérieure, a été disposée la surface 43 des capteurs irrigués par des conduits 44 alimentés en parallèle avec les volumes de stockage 40 comme dans les modes de réalisation précédents. L'ensemble est avantageusement coiffé d'une feuille 45, par exemple en polycarbonate formant effet de serre. L'ensemble est avantageusement incliné de façon que les volumes 40 occupent une position relative par rapport au sol sensiblement identique à celle illustrée en relation avec les figures 1 et 4. REVENDICATIONS 1. Chauffe-eau solaire pour le chauffage et le stockage par passage direct d'eau sanitaire, caractérisé en ce qu'il comprend un volume central principal de stockage (2) de l'eau chauffée, de forme sensiblement cylindrique allongée, une couche d'isolation thermique (6-9) entourant ce volume, et une couche extérieure entourant la couche d'isolation soumise sur une partie au moins de sa surface au rayonnement solaire et dans laquelle couche sont noyés les capteurs solaires (12), lesquels sont irrigués par un circuit daeau (13) branché en parallèle sur le circuit d'entrde- sortie (4, 5) du chauffe-eau. 2. Chauffe-eau selon la revendication 9, caractérisé en ce que les capteurs sont formés par des plaques métalliques (12, 12', 43) d'aluminium noir ou analogue au contact desquelles sont pressés des conduits plastiques (13, 13' 44) de circulation d'eau, 3. Chauffe-eau selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les capteurs sont surmontés par une enceinte (10, 45) formant serre en polycarbonate ou analogue. 4. Chauffe-eau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'ayant une forme générale de cylindre circulaire allongé, il est positionné avec son sçe de prd^frence orienté Nord-Sud, lequel est incliné sensiblement selon la latitude du lieu. 5. Chauffe-eau, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'entrée (4) et à la sortie (5) du chauffe-eau, sont formées des dérivations (28, 31, 36, 37) sur le circuit d'amenée et de soutirage d'eau, le circuit direct pénétrant dans le volume (2) de stockage et en sortant, le circuit de dérivation alimentant le circuit d'irrigation (26,27, 29,30, 32,33) des capteurs. 6. Chauffe-eau selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est prévu un guidage direct (20) de l'eau dans le volume de stockage (2) et des chicanes (21) pour l'alimentation du circuit de dérivation d'irrigation (13) des capteurs. 7. Chauffe-eau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entrée (4) de l'eau se fait en partie basse du cylindre (3) de stockage, et la sortie (5) se fait en partie haute. 8. Chauffe-eau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le branchement d'entrée (28, 31) du circuit d'irrigation des capteurs se fait à un niveau au moins aussi bas que l'entrée du stockage (2) et le branchement de sortie (36, 37) du circuit d'irrigation des capteurs se fait à un niveau au moins aussi haut que le branchement de sortie du stockage. 9. Chauffe-eau selon l'une des-revendications précedentes, caractérisé en ce que plusieurs volumes de stockage (40) sont montés en parallele dans un même support isolant (41, 42). 10. Chauffe-eau selon lune des revendications précédentes, caractérisé en ce que les circuits d'alimentation (4 5) et d'irrigation (13, 13') d'eau et la paroi du cylindre (3) du volume de stockage du chauffe-eau sont réalisés en matière plastique.