Brevet FR2560674A2 — publié le 19850906

FR 2560674 A2 19850906 FR 8503077 A 19850301 La présente invention se rapporte aux échangeurs et capteurs thermiques à faisceaux de tubes parcourus par un caloriporteur, disposés horizontalement un peu au-dessus du faite d'un toit, en particulier d'un toit en tuiles tels que décrits et mis sous protection par la demande de brevet fran çais 8214757 déposée le 30 août 1982. La présente invention a pour objet des modifications et des améliorations apportées à ces appareils au point de vue de leur configuration et de leur aspect ainsi que en ce qui concerne le montage et la mise en place. A cet effet, la configuration et la construction de l'échangeur sont conçues de manière à s'adapter à la forme et/ou à l'inclinaison du toit et de manière à ce que l'échangeur repose rigidement sur le sommet du toit à la manière d'une selle. Un autre but, est de permettre l'utilisation d'éléments tubulaires permettant de simplifier la construction d'ensemble et d'en diminuer le prix ainsi que d'améliorer le rendement au point de vue de l'échange de chaleur. Dans ce but, les tubes du faisceau tubulaire sont constitués par des tubes ondulés. D'autres caractéristiques ressortiront d'une description plus détaillée qui sera donnée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation illustré par les dessins ci-joints. Les figures la, lb et lc montrent le collecteur modifié et amélioré au point de vue de sa configuration d'ensemble et de sa mise en place et de son montage. La caractéristique essentielle est que sa configuration est conçue de manière à s'adapter à la forme et à l'inclinaison du toit et qu'il repose rigidement sur le sommet du toit à la manière d'une selle en formant optiquement avec le toit une unité dont la continuité n'est troublée, ni par un espace vide, ni par des faces du collecteur se trouvant disposées angulairement par rapport aux faces du toit ou de l'habitation. D'autre part, en raison de la forme en selle, la hauteur est sensiblement diminuée pour une même surface d'échange de chaleur (diminution d'environ et plus de 50 %). En outre, comme le collecteur repose en forme de selle sur le toit, le centre de gravité se trouve plus bas et de ce fait, les moyens de fixation au toit nécessitent moins de travail et l'intervention de moins de pièces pour que le collecteur puisse résister aux tempêtes. Les tubes de l'échangeur amélioré s' étendent au travers de plaques perforées 1. en une matière plastique qui à l'aide de barres ou de tirants horizontaux 2 et de tubes de distancement 3. en matière plastique glissés sur ces dernières forment une unité rigide. En général trois tubes ou tirants peuvent suffire. Les plaques perforées, qui en général, sont en PVC peuvent de ce fait être maintenues très minces, en général une épaisseur de 3-5 mm suffit. Les tirants horizontaux 2 sont reliés entre eux par des chassis porteurs 4 pliés en forme de selle, disposés verticalement et constitués par des tubes métalliques de préférence des tubes galvanisés. Ils sont disposés à des distances de 2-3 m. Ils s'étendent de manière étanche au travers de tuiles perforées et sont fixés aux chevrons de la toiture. Les chassis 4 reportent de cette manière l'entièreté du poids du collecteur de chaleur y compris la force du vent sur les poutres du toit. Les passages au travers des tuiles perforées (tuiles d'antenne) sont en général rendus étanches à l'aide de manchettes en caoutchouc. Le montage du chassis porteur sur les chevrons du toit a lieu comme décrit et représenté dans le brevet principal. Au point de vue de l'écoulement des-fluides et au point de vue thermodynamique la configuration et la disposition de l'echan- geur ne-donnent lieu à aucun inconvénient car des expériences d'écoulement ont montré l'existence sur la partie supérieure du toit, du coté du collecteur exposé au vent, de fortes turbulences d'air par suite de l'impact de courants sur les sommets du toit et du collecteur qui favorisent une transmission de chaleur sur les tubes du collecteur. Une autre caractéristique de l'invention réside dans l'utilisation des tubes ondulés en lieu et place des tubes unis de longueur relativement peu importante. Tout comme dans le brevet principal, le matériau utilisé de préférence est le polyéthylène de haute densité (PEHD). Un tube exécuté conformément a''invention est représenté par la figure 2. En raison de la forme ondulée et de l'épaisseur faible de la paroi, le tube exécuté en grande longueur sous forme d'un anneau enroulé (longueur d'environ 100 m) est très flexible. Il est permis, sans difficulté, de plier même des arcs de 1800 avec un rayon de courbure d'environ 2xda (da = diamètre extérieur du tube) sans donneur lieu à des tensions trop fortes pouvant nuire à la durée de vie. De ce fait, il est possible de réaliser chaque boucle du collecteur en une pièce tubulaire continue ondulée de la longueur nécessaire ainsi que le montre la figure 3. On peut ainsi renoncer aux éléments supplémentaires encombrants utilisés jusqu'à présent de prix élevé et donnant lieu à des dérangements nécessaires pour relier les extrémités de tubes plats par les moyens connus en techniques (ressorts en spirale, pièces de serrage, raccords-de déviation, etc). Comme un tube ondulé à paroi mince et flexible ne peut avoir la rigidité d'une tige tubulaire unie, il a tendance à fléchir plus vite par suite des dilatations se produisant lors de l'echauf- fement. Il est tenu compte des mouvements axiaux du tube ondulé résultant des variations de température grâce à ce qu'on laisse ces mouvements se produire librement et que d'autre part qu'on prévoit un dispositif de tension élastique pour éviter les flexions. Comme le montre la figure 4, les extrémités du tube ondulé sont réalises en forme de U au-travers d'une plaque en une matière plastique pouvant se déplacer sur les tiges 2 et pressées vers l'extérieur par des ressorts 5 mis sous tension montés sur les tirants. En général, on prévoit trois tiges 2 sur lesquelles sont montés trois ressorts 5 qui de préférence sont en matériau inoxydable. Le tuyau ondulé donne bien un avantage très important au point de vue thermodynamique. En raison de l'épaisseur faible 6 de la paroi, la résistance à la conductibilité S (A: conductibilité calorique de la matière plastique de la paroi du tube est très faible et de ce fait le passage de la chaleur est amélioré. De plus, le tube ondulé a une superficie sensiblement plus élevée (calculé sur le contenu du liquide échangeur de chaleur) qu'un tube uni (environ 70% en plus), de sorte que le liquide s'écoulant au travers des tubes est chauffé plus vite et plus fortement. De cette manière, le rapport d'efficacité entre l'énergie reçue et offerte du collecteur est sensiblement augmentée REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1 du brevet principal placé sur le toit d'un bâtiment pour soutirer de l'énergie calorifique à partir de l'atmosphère et éventuellement de précipitations à l'aide d'une pompe à chaleur, cet échangeur étant formé d'un faisceau de tubes parcourus par un liquide refroidi; cet échangeur étant prévu à un endroit aussi élevé que possible d'un bâtiment et en particulier sur le faite d'un toit en tubes, ces tubes étant disposés parallèlement à ce faite suivant la longueur et un dispositif etant prévu de fixation en forme d'éléments traversant le toit en vue de la fixation aux poutres du toit, caractérisé en ce que la configuration et la construction de l'échangeur sont réalisées de manière à s'adapter à la forme et/ou à l'inclinaison du toit àla manière d'une selle. 2.Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes du faisceau tubulaire sont constitués par des tubes ondulés. 3. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes de l'échangeur s'étendent au travers de plaques (1) qui, à l'aide de tirants horizontaux (2) et d'éléments ou de manchons tubulaires (3) de distancement glissés sur ces derniers, forment une unité ou un ensemble rigide. 4. Echangeur de chaleur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les plaques (1) sont en matière plastique et ont une épaisseur de 3-5 mm. 5. Echangeur thermique suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les tirants (2) sont reliés par des châssis verticaux porteurs (4) en élé- ments tubulaires métalliques, pliés en forme de selle qui traversent d'une manière étanche à l'eau des tuiles perforées et sont fixées aux chevrons du toit. 6. Echangeur thermique suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les extrémités des tubes ondulés ont une forme en U et traversent les plaques (1) qui peuvent se déplacer ou coulisser sur les tirants et sont soumises à l'action de ressorts de pression (5) montés sur les tirants.