Brevet FR2544844A1 — publié le 19841026

La présente invention concerne une installation fonctionnant à l'énergie solaire, notamment- en vue de produire du froid. fOn connait des installations fonctionnant à l'énergie solaire , dans lesquelles les échanges thermodynamiques s'effectuent entre un capteur qui constitue la source chaude , et un appareil utilisateur , qui constitue la source froide . Cependant , la plupart des installations connues ne sont pas entièrement autonomes , et nécéssitent la mise en place de pompes ou de circulateurs actionnés par exemple par l'énergie électrique La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients , en réalisant une installation entièrement autonome , susceptible de climatiser un local ou un entrepôt, notamment en y produisant du froid ou , éventùellement , en en chauffant certaines autres parties Une installation solaire selon l'invention comprenant un capteur solaire raccordé à un circuit fermé à l'intérieur duquel circule un gaz liquéfiable , est caractérisée en ce que le gaz sortant de la partie supérieure du capteur solaire redescend par circulation naturelle vers une bifurcation dont la première branche revient-ivers un réservoir à liquide relié par ailleurs à la partie inféreiure du capteur solaire , alors que la deuxième branche de cette bifurcation descend vers une vanne en aval de laquelle se trouve un détendeur évaporateur où le fluide descend par circulation naturelle , pour en sortir vers le bas , en direction du réservoir de liquide alimentant la partie inférieure du capteur solaire. Grâce à cette disposition , la circulation dans l'ensemble du circuit s'effectue entièrement par convection naturelle , la pente en amont du dé tendeur évaporateur contribuant à empêcher toute accumulation locale indésirable de fluide liquide. Suivant une autre caractéristique de l'invention , on intercale à la partie supérieure du circuit , entre le sommet du capteur solaire et la bifurcation , un échangeur thermique constituant la source chaude d'un chauffeeau Suivant une autre caractéristique de l'invention ,on prévoit sur la canalisation d'alimentation située immédiatement en amont du détendeur - évaporateur ,une première vanne , dont on commande l'ouverture ou la fermeture en fonction de la pression moyenne régnant à l'intérieur du circuit. Suivant une autre caractéristique de l'invention,on place à l'intérieur du circuit étanche , un fluide dont la température et la pression de vaporisation sont intermédiaires entre les conditions qui regnent au sommet et à la partie basse du circuit , si bien que la partie de ce circuit située au-dessus du capteur solaire contient pratiquement uni-quement du gaz , alors qu'au contraire , la partie située audessous , est remplie de liquide. Suivant une autre caractéristique de l'invention ,le détendeur-évaporateur est situé à l'intérieur d'une enceinte thermiquement isolée,susceptible de fonctionner à la façon d'une armoire frigorifique ou d'un coffre de congélation. Suivant une autre caractéristique d l'invention , un réservoir-condenseur est intercalé immédiatement en aval du détendeur-évaporateur. Suivant une autre caractéristique de l'invention , une seconde vanne est prévue immédiatement en aval du réservoir-condenseur , si bien qu'en utilisant les deux vannes, on peut éventuellement isoler du circuit toute la branche sur laquelle est situé le détendeur-évaporateur. Le dessin annexé , donné à titre d'exemple non limitatif , permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. La Figure unique représnete schématiquement le circuit fermé d'une installation selon l'invention. On a représenté sur le dessin , le circuit fermé d'une installation selon l'invention , qui comprend un capteur solaire 1 . Ce capteur est constitué par un panneau de type connu , à l'intérieur duquel se trouve , à l'état liquide 2 , un fluide qui peut etre , par exemple , du genre de ceux qu' on utilise habituellement dans les installations frigorifiques où il est alternativement soumis à des transformations successives par condensation et par évaporisation . Il s'agit d'un fluide qui, tout au long de sa circulation dans le circuit fermé de l'installation , passe alternativement de l'état liquide à l'état gazeux , en fonction des températures locales. A son sommet , le panneau ou capteur solaire 1 est relié , par une canalisation ascendante 3 , à la partie haute d'un échangeur thermique 4 .Ce dernier est orienté légèrement en pente , de façon que le fluide y descende en même temps qu'il circule- dans le sens indiqué par la flèche 5 .Cet échangeur 4 est préférablement logé à l'intérieur d'un ballon d'eau chaude 6 , susceptible de constituer un chauffe-eau. En aval de l'échangeur 4 , le circuit présente une bifurcation 7 , au-delà de laquelle il se sépare en deux branches 8 et 9 , le long desquelles est prévue une pente naturelle. La branche 9 redescend jusqu'à un premier réservoir 10 , de fluide liquide 2 , dont la partie inférieure communique , par une canalisation il , avec la base du panneau solaire 1 La deuxième branche 8 descend jusqu'à une première vanne d'ouverture ou de fermeture 12 , pour traverser ensuite un évaporateur-échangeur 13 , au-dessous duquel se trouvent successivement un réservoir-condenseur 14 , puis une deuxième vanne d'ouverture ou de fermeture 15 .Au-dessous de cette vanne , une canalisation descendante 16 va se raccorder à la canalisation collectrice générale 11. L'évaporateur-échangeur 13 est préférablement logé à l'intérieur d'un caisson d'isolation thermique 17 de façon à constituer une armoire frigorifique , un caisson de congélation , ou analogue. Le fonctionnement est le suivant On a tracé sur le schéma une ligne horizontale théorique 18 , schématisant le niveau au-dessous duquel le fluide 2 est à l'état liquide , alors qu'au-dessus de ce niveau , il est , en principe , à l'état gazeux , et: sous forte pression . Une exception peut exister en ce qui concerne la canalisation 8 , immédiatement en amont dela vanne 12 : quand cette dernière est fermée ,une certaine quantité de fluide liquide peut s'accumuler dans la zone référencée 19 . On voit que , grâce à la configuration donnée à l'en semblé de l'installation , cette éventuelle accumulation de liquide en 19 est bénéfique pour l'injection du fluide à 1' état liquide au niveau du détendeur 23 dès qu'on ouvre la vanne 12. Pendant les heures chaudes de la journée lorsque l'insolation est maxima sur le panneau 1 , on peut maintenir fermées les vannes 12 et 15 . Le liquide évaporé dans le capteur 1 s'élève , par circulation naturelle , dans la canalisation 3 . La vapeur traverse l'échangeur 4 , où une partie se condense en chauffant l'eau du ballon 6 , puis le liquide revient , par la canalisation 9 ,au réservoir 10 et ainsi de suite. Par contre , lorsqu'on ouvre la vanne 12 la pression étant plus élevée dans la canalisation 8 , il y a en même temps , injection de liquide et détente de vapeur dans le détendeur-évaporateur 13 . La vanne 12 doit être refermée assez vite , pour que la pression ne remonte pas trop entre les vannes 12 et 15 . La condensation de la vapeur s' effectue dans le réservoir 14 , zvec restitution de chaleur au milieu- ambiant . La -détente-évaporation en 13 provoque à cet endroit , une production de frigories qui assure la réfrigération du compartiment 17 L'installation est actionnée parun panneau solaire 1. Le liquide 2 s'évapore dans le capteur 1 .La vapeur s'élève dans la canalisation 3 , et la pression monte dans les volumes 3 , 5 et 9 .Une partie de cette vapeur se condense , d'une part près de la vanne 12 fermée , et d'autre part , dans le réservoir 10 . Dans le volume compris entre les vannes fermées 12 et 14 , la pression est faible ( environ 1 bar) . Dès que le soleil brille , la circulation naturelle s'effectue dans les canalisations 3 , 5 et 9 .On obtient du froid , en ouvrant périodiquement la vanne 12 ( la vanne 15 restant fermée) , grâce à l'évaporation de liquide au niveau du détendeur 13 , vapeur qui , ensuite , se condense dans le réservoir 14 , en restituant de la chaleur au milieu ambiant . Le retour du liquide accumulé dans le réservoir 14 peut s'effectuer la nuit , quand la pression a de nouveau diminué dans l'installation , par l'ouverture simultanée des deux vannes 12 et 15 Ainsi , on dispose d'une installation entièrement autonome pour la production simultanée de calories (eau chaude) et de frigories (réfrigérateur) En ce qui concerne les vannes 12 et 15 , leur commande d'ouverture et de fermeture peut être assurée automatiquement à partir de la variation des pression différentielles évoluant entre les divers emplacements du circuit. Comme précédemment indiqué , on voit que l'installation selon l'invention est susceptible de fonctionner de façon entièrement autonome , par circulation naturelle. REVENDICATIONS 1 - Installation solaire comprenant un capteur solaire (1) raccordé à un circuit fermé étanche à l'intérieur duquel circule un gaz liquéfiable , caractérisée en ce que le gaz sortant de la partie supérieure (3) du capteur solaire (1) redescend , par circulation naturelle , vers une bifurcation (7) dont la première branche (9) revient vers un réservoir à liquide (10) relié par ailleurs , à la partie inférieure du capteur solaire (1) D alors que la deuxième branche (8) de cette bifurcation (7) descend vers une première vanne (12) en aval de laquelle se trouve un détendeur-évaporateur (13) où le fluide descend , par circulation naturelle et se condense dans un réservoir condenseur (14) , e-n aval duquel une deuxième vanne (15) reste fermée pendant le fonctionnement de l'installation. 2 - Installation solaire suivant la revendication 1 , caractérisée en ce que la circulation dans l'ensemble du circuit s'effectue par convection naturelle , et pii..l'emploi judicieux des deux vannes (12) et (15) , la pente en (8) en amont du détendeur-évaporateur (13) contribunat à empêcher toute accumulation locale indésirable de fluide liquide (2). 3 -Installation solaire suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 , caractérisée en ce que l'on intercale , à la partie supérieure du circuit , entre le sommet (3) du capteur solaire (1) , et la bifurcation (7) , un échangeur thermique (4) constituant la source chaude d'un chauffe-eau. 4 - Installation solaire suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisée en ce qu'on prévoit , sur la canalisation d'alimentation (8) située immédiatement en amont du détendeur-évaporateur (13) , une première vanne (12 ) , dont on commande l'ouverture ou la fermeture , en fonction de la pression moyenne régnant à l'intérieur du circuit. 5 - Installation solaire suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisée en ce qu'on place , à l'intérieur du circuit étanche , un fluide (2) dont la température et la pression de vaporisation sont intermédiaires entre les conditions qui règnent au sommet et à la partie basse du circuit , si bien que la partie de ce circuit située au-dessusdu capteur solaire (1) au niveau (18) contient pratiquement uniquement du gaz , alors qu'au contraire , la partie située au-dessous du niveau (18) est remplie de liquide. 6 - Installation solaire suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisée en ce que le détendeur-évaporateur (13) est situé à l'intérieur d'une enceinte (17) thermiquement isolée , tandis que le réservoir de condensation (14) est à l'extérieur de ladite enceinte (17) , l'ensemble étant susceptible de fonctionner à la fa çon d'une armoire frigorifique ou d'un coffre de congélation. 7 - Instqllation solaire suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisée en ce qut une seconde vanne (15) est prévue immédiatement en aval du condensateur (14) , si bien qu'en utilisant de façon judicieuse les deux vannes (12) et (15) , on peut , soit faire fonctionner 2e réfrigérateur , soit isoler le- circuit (8) vers (16) , soit enfin- ouvrir , la nuit , ce circuit ,pour la récupération du fluide condensé.