Brevet FR2575811A1 — publié le 19860711

Ensemble capteur-stockeur pour le chauffage d'eau var énergie solaire. Les installations sanitaires connues de chauffage à l'énergie solaire, comprennent généralement -un réservoir de. stockage d'eau monté à l'intérieur du local à alimenter en eau chaude, une batterie de capteurs solaires installée en un point bien exposé au soleil, par exemple sur le toit du bâtiment, et une pompe pour faire circuler l'eau dans un circuit de canalisations reliant le réservoir aux capteurs. Lorsque le réservoir et les capteurs sont relativement éloignés l'un del'autre, il peut se produire d'importantes pertes de charge et de chaleur dans les canalisations. I1 est donc nécessaire d'une part, d'utiliser une pompe suffisamment puissante pour entretenir un mouvement du fluide caloporteur dans le circuit, et d'autre part, de calorifuger les canalisations. Mais ces mesures sont relativement coûteuses et conduisent malgré tout à des installations à rendement thermique relativement bas. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un ensemble capteurstockeur ayant pour fonctions de capter lténergie solaire et de la stocker. L'ensemble capteur-stockeur selon l'2nvention se caractérise en ce qu'il comprend - un réservoir calorifugé servant au stockage de l'eau chaude et dont une partie au moins de sa paroi latérale verticale ou paroi mitoyenne est pourvue de moyens permettant un échange thermique avec le milieu extérieur, et - un capteur d'énergie solaire appliqué en contact contre ladite paroi mitoyenne, de manière que le fluide caloporteur du capteur puisse céder sa chaleur au réservoir, ltensemble du réservoir et du capteur étant monté à l'ex- térieur du local à alimenter en eau chaude. Le capteur-stockeur selon l'invention est donc remarquable en ce qutil ne comporte ni pompe, ni canalisations pour faire circuler l'eau entre le réservoir et le capteur. Son rendement thermiqueestdoncnettement supérieur à celui des installations classiques de chauffage à l'énergie solaire. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens favorisant échange thermique sont constitués par une pluralité de trous percés à la base et à différents niveaux de la paroi mitoyenne. Le capteur comprend une paroi latérale fixée de façon étanche sur la paroi mitoyenne, un fond vertical constitué par une tôle enduite de noir de carbone et une plaque transparente extérieure, parallèle au fond et définissant avec lui une couche dlair isolante, la chambre définie entre le fond, la paroi mitoyenne et la paroi latérale du capteur étant emplie d'eau qui est en conmunication avec l'eau du réservoir à travers lesdits trous. Ainsi, par temps ensoleillé, la tôle noire se chauffe et cède sa chaleur à liteau qui emplit le capteur. Lorsque celle-ci devient suffisamment chaude, il s'établit une circulation deau par convection à travers le capteur : l'eau relativement froide qui est à la partie inférieure du réservoir pénètre dans le capteur à travers le trou inférieur de la paroi mitoyenne. Au contact de lteau relativement chaude du capteur, elle se chauffe et monte dans ce dernier jusqutà atteindre un niveau où sa température est égale à celle d'une couche chaude du réservoir. L'eau du capteur pénètre alors dans le réservoir à travers le trou de la paroi mitoyenne qui se trouvent à ce niveau. L'eau du réservoir se réchauffe ainsi progressivement. Avantageusement, les trous de la paroi mitoyenne sont munis de clapets anti-retour s'opposant au passage de 1 eau chaude du réservoir vers le capteur. Ces clapets peuvent être constitués par de simples feuilles souples en matière plastique fixées au-dessus des trous et pendant vers le bas de manière à les recouvr:r. En fonctionnement normal, ces feuilles se soulèvent pour laisser passer l'eau chaude du capteur vers le réservoir, mais dès qu'un mouvement d'eau chaude tend à s'établir en sens inverse, par exemple la nuit, elles se plaquent contre la paroi intérieure du réservoir, obturant ainsi les trous. Ltensemble du réservoir et du capteur étant monté à l'extérieur du local à alimenter en eau chaude, il peut arriver que l'eau du capteur gèle par temps froid. En gelant, l'eau augmente de volume, exerçant ainsi des contraintes sur la paroi mitoyenne. Selon lssinvention, pour éviter que ces contraintes dépassent la limite de résistance de la paroi mitoyenne, la paroi du réservoir ou tout au moins la paroi mitoyenne est réalisée en une matière souple, non rigide, capable dtabsorber les déformations, par exemple en polyéthylène ou en polyuréthane. Ces matières n'ayant pas un contact alimentaire, ou les revêtira avantageusement extérieurement et intérieurement de deux feuilles de polychlorure de vinyle. La paroi mitoyenne peut également comporter un ou des matériaux destiné(s)ilui conférer une légère raideur tout en lui conservant sa souplesse. Dans un second mode de réalisation de l'invention, dans lequel liteau du capteur contient un antigel, ladite paroi mitoyenne est constituée par une paroi pleine et métallique. Le capteur est alors constitué par une boite étanche métallique, comprenant une paroi latérale, un premier fond vertical appliqué en contact intime contre la paroi mitoyenne du réservoir, un second fond en tôle noircie, une chicane verticale disposée entre les deux fonds, et divisant la boite en une chambre interne adjacente à la paroi mitoyenne et en une chambre externe, et une plaque transparente qui définit avec le second fond une couche d'air isolante, l'espace intérieur de la boîte compris entre les deux fonds étant rempli d'un mélange d'eau et d'antigel. Avantageusement, la chicane est percée sur toute sa hauteur de trous munis de clapets anti-retour, s'opposant au passage du mélange dteau et d'antigel de ladite chambre interne chaude vers ladite chambre externe froide. Pour limiter les deperditions de chaleur du réservoirs la chicane et la paroi latérale du capteur sont calorifugées ou réalisées en une matière isolante. Le premier fond du capteur étant en contact avec la paroi mitoyenne du réservoir, le mélange contenu dans la chambre interne peut être considérée comme ayant une température qui varie selon le même gradient que l'eau du réservoir. A un niveau donné, la température du mélange dans la chambre interne est théoriquement égale à celle de la couche d'veau du réservoir située au même niveau. En réalité, la première température susmentionnée est légèrement inférieure à la seconde, du fait que le contact entre le premier fond et la paroi mitoyenne n'est pas parfait et qu'une résistance thermique est créée lors du transfert de chaleur par conduction entre ces parois. Par temps ensoleillé, lteau de la chambre externe se chauffe au contact de la paroi en tale noircie. Il se produit alors un mouvement de convection dans lequel l'eau froide située à la partie inférieure de ladite chambre, en se chauffant, monte, forçant ainsi les couches d'veau chaude situées à la partie supérieure de ladite chambre externe à passer dans la chambre interne à travers les trous de la chicane situés en regard desdites couches, tandis que 11 eau relativement froide qui se trouve à la partie inférieure de la chambre interne est transférée à la chambre externe, où elle se réchauffe au contact de la paroi en tale noircie. La chambre interne se réchauffe donc progressivement, et cède à son tour sa chaleur au réservoir. Selon une variante de réalisation de ltinvention appliquée au cas où l'eau du capteur contient un antigel,le transfert de chaleur entre le capteur et le réservoir peut être effectué au moyen dtun échangeur de chaleur plongé dans le réservoir et dont les conduites dtarrivée d'eau chaude et de retour d'eau froide sont branchées respectiveFlent à la partie supérieure et à la partie inférieure de ladite chambre-. interne. Plusieurs modes de réalisation de l'invention seront décrits à présent à titre d'exemples non limitatifs en regard des dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un capteurstockeur selon un premier mode de réalisation de l'inven- tion; et La figure 2 est une vue en coupe axiale d'un -capteurstockeur selon un second mode de réalisation de l'invention. Avec référence à la figure 1, le capteur-stockeur comprend un réservoir 10 dont la paroi est constituée d'une épaisseur de matière isolante souple et déformable, par exemple en polyéthylène ou en polyuréthane. Ladite épaisseur est revêtue intérieurement dune feuille de polychlorure de vinyle 12 qui empêche le contact de l'eau du réservoir avec la matière isolante, et extérieurement d'une jaquette métallique de protection 14, qui peut être constituée par une tole noircie capable d'absorber le rayonnement solaire. Le réservoir est alimenté en eau froide depuis le réseau par l'intermédiaire d'une conduite 15 qui débouche à sa partie inférieure. Pour l'utilisation, l'eau chaude est soutirée à la partie supérieure du réservoir par une conduite 17. La paroi latérale verticale du réservoir présente en une zone, que l'on désignera par paroi mitoyenne 16, une interruption de la jaquette 14. Cette paroi est percée à sa base dtun trou 18 pour la sortie de l'eau froide du réservoir et sur toute sa hauteur dcune pluralité de trous 19 disposés à des niveaux différents. Ces trous sont munis sur leur face intérieure au réservoir de clapets anti-retour, constitués par exemple par des feuilles souples 21 en "TéFLON" qui pendent en regard des trous. Sur cette paroi mitoyenne est fixé un capteur dténer- gie solaire 20 qui comprend une paroi latérale 22 fixée de façon étanche sur la paroi mitoyenne, un fond vertical 24 constitué par une tôle noircie et une plaque de verre extérieure 26, parallèle au fond 24 et définissant avec lui une couche d'air isolante. La chambre définie entre la paroi mitoyenne 16 et le fond 24 du capteur est remplie dteau. Le fonctionnement de ce capteur-stockeur a déjà été décrit dans le préambule de la description. Le capteur-stockeur représenté à la figure 2 comprend également un réservoir 10 dont la paroi est en matière isolante revêtue intérieurement d'une feuille de polychlorure de vinyle 12 et extérieurement dune jaquette métal lique 14. La paroi mitoyenne 16 est ici constituée par une portion de la jaquette de laquelle la matière isolante a été retirée. La paroi mitoyenne est dépourvue de trous. Sur cette paroi est fixé un capteur d'énergie solaire 20 qui comprend une paroi latérale calorifugée 22, un premier fond vertical 30 en métal qui est appliqué en contact intime contre la paroi mitoyenne 16t, un deuxième fond 24 parallèle au premier fond et constitué par une tôle noircie, une plaque de verre extérieure 26 et une chicane 32 constituée par une plaque disposée entre les deux fonds 30 et 24 et parallèlement à ces derniers. La chicane est fixée à la paroi latérale 22 et divise ainsi le capteur en une chambre interne 38 adjacente à la paroi mitoyenne et en une chambre externe 40. Elle est percée à sa base dtun trou inférieur 42 et sur toute sa hauteur de trous 44 munis sur leur face située dans la chambre interne de clapets anti-retour 46 constitués par des feuilles souples en "TEFLON". Le capteur est rempli dtun mélange d'eau et dtantigel. Le réservoir étant pas calorifugé sur sa paroi mitoyenne 38, on limite les pertes de chaleur en réalisant la chicane 32 ainsi que la paroi latérale 22 du capteur en une matière isolante. Le fonctionnement de ce capteur-stockeur a été également décrit dans le préambule de la description. Sur la figure 2,on a représenté en traits tiretés un échangeur de chaleur 48 qui peut être utilisé, en addition, pour effectuer le transfert de chaleur entre le capteur et le réservoir. Le capteur-stockeur selon l'invention forme un bloc compact beaucoup moins encombrant et moins coûteux que les installations classiques de chauffage à-lénergie solaire, du fait outil n'utilise pas de moteur pour faire circuler le fluide caloporteur entre le capteur et le réservoir, et ne comporte pas de canalisations pour relier ces deux éléments. Il présente en outre un meilleur rendement thermique. REVENDICATIONS 1.- Ensemble capt.eur-stockeur pour le chauffage d'ean par 11 énergie solaire, caractérisé ou ce qutil comprend - un réservoir calorifugé (10) servant au steckqe de l'eau chaude et dont une partie au moins de sa paroi latérale verticale ou paroi mitoyenne (16 g 16') est pourvue de moyens (19, 30) permettant un échange thermique avec le milieu extérieur, et - un capteur dlinergie solaire (20) appliqué en contact contre ladite paroi mitoyenne, de manière que le fluide caloporteur du capteur puisse céder sa chaleur au réservoir, l'ensemble du réservoir et du capteur étant monté à l'extérieur du local à alimenter en eau chaude. 2.- Ensemble captour-stockeur selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits noyons permettant l'échange thermique sont constitués par une pluralité de trous (18, 19) percés à la base et à différents niveaux de la paroi mitoyenne (16) de façon à induire une pluralité d'effets therso-syphons et en ce que le capteur d'énergie solaire comprend une paroi latérale (22) fixée de façon étanche à un fond vertical (24) constitué par une tale enduite de noir de carbone et une plaque transparente extérieure (26), parallèle au fend et définissant avec lui une couche d'air isolante, la chambre définie entre le fond, la paroi mitoyenne et la paroi latérale (22) da capteur étant emplie d'eau qui est en communication avec lteau du réservoir à travers lesdits trous0 3.- Ensemble capteur-stockeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les trous (19) de la paroi mitoyenne ne (16) sont munis de clapets anti-retour (21) s'opposant au passage de l'eau chaude du réservoir vers le capteur. 4.- Ensemble capteur-stockeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits clapets sont constitués par de simples fouilles souples en matière plastique fixées au-dessus des trous (19) et pendant vers le bas de manière à les recouvrir. 5.- Ensemble capteur-stoekeur selon l'une des reven dications précédentes, caractérisé en ce que la paroi du réservoir ou tout au moins la paroi mitoyenne(16) est réalisée en une matière souple, non rigide, capable dabsor- ber les déformationyt par exemple une épaisseur en polyéthylène ou en pelyuréthane. 6.- Ensemble capteur-stockeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que épaisseur de matière isolante est revalue sur ses deux faces, de deux feuilles de polychîcrure de vinyle. 7.- Ensemble capteur-stockeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la paroi mitoyenne comporte un ou des matériaux destiné(s)à lui conférer une légère raideur tout en lui conservant sa souplesse. 8.- Ensemble capteur-stockeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite paroi mitoyenne est constituée par une paroi pleine et métallique (16) de façon à permettre un échange thermique avec le capteur et en ce que ledit capteur est constitué par une bote étanche métal- lique (20) comprenant une paroi latérale (22), un premier fond vertical (30), appliqué en contact intime contre la paroi mitoyenne (16t) du réservoir, un second fond (24) en tle noircie, une chicane verticale (32) disposée entre les deux fonds, percée sur toute sa hauteur d'une pluralité de trous (42, 44) de façon à indaire une pluralité d'effets thermo-syphons, et divisant la boite en une chambre interne (38) adjacente à la paroi mitoyenne et en une chambre externe (40), et une plaque transparente (26) qui définit avec le second fond une couche d'air isolante, l'espace intérieur de la boite compris entre les deux fonds étant rempli d'un mélange d'eau et d'antigel. 9.- Ensemble capteur-stockeur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les trous (42, 44) sont munis de clapets anti-retour (46) s'opposant au passage du mélange d'eau et d'antigel de ladite chambre interne vers ladite chambre externe. 10.-Ensemble capteur-stockeur selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé on ce que la chicane (32) et la paroi latérale (22) du capteur sont calorifugées ou réalisées en une matière isolante. 11.- Ensemble capteur-stockeur selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le transfert de chaleur entre le capteur et le réservoir est effectué au moyen d'un échangeur de chaleur plongé dans le réservoir et dont les conduites d'arrivée d'eau chaude et retour d'eau froide sont branchées respectivement à la partie supérieure et à la partie inférieure de ladite chambre interne.