Brevet FR2577023A1 — publié le 19860808

La présente invention concerne un dispositif pour la production d'eau chaude à usage sanitaire en utilisant l'énergie solaire récupérée par un capteur solaire à air. Compte tenu du problème du gel sur le capteur, les solutions usuelles existentes pour la production d'eau chaude sanitaire solaire mettent en jeu deux fluides caloporteurs séparés par un échangeur en genéral intégré au ballon d'eau chaude. Cette disposition est alors relativement coûteuse. D'autres solutions visent à supprimer cet échangeur. Elles conduisent à des techniques plus sophistiquées comme par exemples des capteurs solaires à eau à tuyauterie deformable, capteurs à fluide cryogénique, et donc aussi plus coûteuses ; par ailleurs, l'eau provenant du capteur est souvent réinjectee sur la sortie d'eau chaude sanitaire ce qui a pour effet soit de diminuer la température du ballon si l'ensoleillement est insuffisant, soit de diminuer le rendement du capteur si un dispositif de régulation impose en sortie du capteur une température supérieure à celle mesuree sur l'eau chaude du ballon. La présente invention a pour buts de supprimer l'échangeur intégré au ballon, de permettre une solarisation de ballon d'eau chaude sanitaire non muni d'un échangeur intégré, d'augmenter le rendement des capteurs en permettant le chauffage solaire dès que la température du capteur est supérieure de quelques degrés à celle de l'eau froide alimentant le ballon, sans mettre en jeu d'autres fluides que l'eau sanitaire, et l'air seul fluide en contact avec le capteur solaire. Cette disposition a pour avantages d'éliminer le problème du gel, de permettre une disposition géographique indifférente entre le capteur et le ballon d'eau sanitaire. Comme dans la plupart des ballons solaires, on peut prévoir un appoint thermique comme par exemple une résistance électrique. L'invention a pour objet un dispositif perfectionné pour la production d'eau chaude à usage sanitaire dans une installation mettant en jeu des éléments connus tels que un ballon d'eau chaude sanitaire non muni d'un échangeur intégré, un échangeur air-eau exterieur au ballon et relié à celui-ci par un circuit d'eau équipe dun circulateur, un ventilateur, un dispositif de regulations un capteur solaire a qro caractérisé en ce que le chauffage de l'eau sanitaire est obtenu par transfert d'énergie d'un capteur solaire à air à un ballon d'eau chaude sanitaire, au moyen dsun échangeur air-eau Pellé à ce ballon par un circuit d'eau dont l'eau froide est directement prelevée sur la tubulure d'entrée d'eau du ballon et l'eau chaude obtenue après passage dans l'échangeur est réinjectée dans la zone froide du ballon en un point aussi éloigne que possible du point de prelèvement d'eau froide, au moyen d'un dispositif en utilisant l'une des techniques suivantes le tubage rigide ou semi rigide, l'éjection à grande vitesse, la mise en place d'une deuxième tubulure d'entrée d'eau dans la zone froide du ballon. Les deux premières techniques interessent plutôt les ballons existants, la troisième concerne les ballons neufs ou aisément modifiables. Les dispositifs conformes à l'invention sont schématisés dans l'une des figures suivantes. La figure 1 est un schema conforme à l'invention. Les figures 2,4, 5 explicitent un mode de réalisation du capteur à air. Les figures 6, 7, 8, 9, 10 concernent différents dispositifs permettant le retour d'eau chaude, provenant de l'échangeur, dans le ballon. La figure 1 schématise une mise en oeuvre de l'invention. Lorsque la temperature T1 prise sur le capteur à air 1 est supérieure de quelques degres à la température d'eau froide T2 prise à l'entrée du ballon, le ventilateur 2 et le circulateur 3 sont mis en service. L'echange thermique entre l'air chaud provenant du capteur solaire et l'eau froide provenant du ballon 5 s'opère dans l'échangeur air-eau 4. L'eau chaude ainsi produite est réinjectée dans le ballon par un dispositif 6 décrit ultérieurement. Cette disposition avantageuse permet de soutirer dans le ballon l'eau la plus froide et de renvoyer l'eau chaude provenant de l'échangeur dans la partie basse du ballon afin de ne pas perturber le gradient thermique naturel.Sur les circuits air, eau on peut bien entendu mettre en place des clapets afin d'eliminer les pertes thermiques possibles par thermosiphon. Les figures 2, 3, 4, 5 schematisent une conception avantageuse du capteur à air constitué d'un isolant rigide 10 comme par exemple la mousse de polyurethane éventuellement recouvert d'un reflecteur d'infrarouge comme par exemple l'aluminium, d'un absorbeur 11 constitué d'une plaque mince formée d'ondulations courbes ou en V, le pas p et la hauteur h pouvant varier, comportant à l'une de ces extrémités deux boites 12, 13 permettant l'entrée d'air froid 14 et la sortie d'air chaud 15 et à l'autre extrémité une boite 16, dans laquelle le sens de circulation d'air est inversé. L'air circule à grande vitesse entre le refleoteur et l'absorbeur.Ce dernier peut être du type à revêtement selectif afin d'augmenter ses qualités d'émission et d'absorption, éventuellement d'un cadre permettant une présentation en kit du capteur. Sur les figures 6, 7, 8, 9, 10 sont présentés différents dispositifs permettant d'assurer le retour de l'eau chaude provenant de l'échangeur dans le ballon lorsque ce dernier ne comporte que deux tubulures correspondant l'une à l'entrée d'eau froide, l'autre à la sortie d'eau chaude sanitaire, sans effectuer de modificationssur le ballon même. Deux cas sont possibles Sur les figures6, 7 le retour d'eau chaude solaire s'effectue par la tubulure 20 d'entrée d'eau froide sanitaire EF, ou la tubulure 21 de sortie d'eau chaude sanitaire EC, au moyen d'un meme dispositif qui comme indiqué sur la figure 8 permet d'obtenir une double circulation d'eau, tubulaire 22 pour l'eau chaude solaire ECS, provenant de l'échangeur, annulaire 23 pour l'eau froide solaire EFS, alimentant l'échangeur ou inversement. Le dispositif n'entrave pas le fonctionnement normal du ballon puisque la zone annulaire permet aussi la circulation d'eau sanitaire froide ou chaude. Comme indiqué sur la figure 8, le dispositif est constitué par exemple d'un T fileté dont la première branche 24 vient se visser sur une des tubulures 20 ou 21 du ballon. La seconde branche 25 permet la circulation variable, dans le ballon. L'étanchéité est obtenue au moyen d'un dispositif 27 comme par exemple un presse-étoupe. Trois variantes concernent la forme de la tubulure Elle peut être rigide ou semi-rigide dans le cas où il serait nécessaire de contourner un obstacle dans le ballon. Sur la figure 9, la tubulure 22 peut etre effilée 28 à l'intérieur du T afin d'obtenir un jet fin d'eau chaude qui se mélangera à l'eau froide dans une zone aussi éloignée que possible du point de soutirage d'eau froide alimentant l'échangeur. Comme sur la figure 10, l'extrémité de la tubulure 22 peut être terminée par un diffuseur 29 permettant d'améliorer le mélange eau chaude, eau froide dans une zone prévilégiée vers la partie froide du ballon. REVENDICATIONS 1) Dispositif perfectionné de production d'eau chaude à usage sanitaire mettant en jeu des éléments connus tels que : un ballon d'eau chaude sanitaire non muni d'un échangeur intégré, un échangeur air-eau extérieur au ballon et relié à celui-ci par un circuit d'eau équipé d'un circulateur, un ventilateur, un- dispositif de régulation, un capteur solaire à air, caractérisé en ce que le chauffage de l'eau sanitaire est obtenu par transfert d'énergie d'air capteur solaire à air 1 à un ballon d'eau chaude sanitaire 5, au moyen d'un échangeur air-eau 4 relié à ce ballon par un circuit d'eau dont l'eau froide est directement prélevée sur la tubulure d'entrée d'eau du ballon et l'eau chaude obtenue après passage dans l'échangeur est réinjectée dans la zone froide du ballon en un point aussi éloigné que possible du point de prélèvement d'eau froide, au moyen d'un dispositif 6 et en utilisant l'une des techniques suivantes le tubage rigide ou semi-rigide, l'éjection à grande vitesse, la mise en place d'une deuxième tubulure d'entree d'eau dans la zone froide du ballon. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le capteur solaire comporte dans une forme particulièrement avantageuse un absorbeur 11 constitué dune plaque fine ondulée ou en V, un isolant thermique 10 équipé d'un réflecteur, entre lesquels l'air circule à grande vitesse ; dans l'une de ses extrémités. 2 boites 12 et 13 permettant l'entrée d'air froid 14 et la sortie d'air chaud 15 ; dans l'autre extrémité une boite 16 permettant d'inverser le sens de circulation d'air. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'injection d'eau chaude solaire dans le ballon de stockage est obtenue au moyen d'un dispositif 6 permettant une circulation tubulaire 22 de l'eau chaude solaire et déterminant une circulation annulaire 23 de l'eau froide ou inversement. 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la tubulure 22 où circule l'eau chaude solaire peut être effilée 28 en son extrémité afin d'obtenir un jet fin d'eau chaude qui se mélangera à l'eau froide alimentant l'échangeur. 53 Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le tubulure peut être constitué d'un tuyau rigide ou semi-rigide. 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'extrémité de la tubulure 22 peut être équipée d'un diffuseur 29 permettant d'améliorer le mélange eau chaude, eau froide dans une zone prévilégiée vers la partie froide du ballon.