Brevet FR2591323A1 — publié le 19870612

"Chauffe-eau solaire stockeur" La présente invention concerne d'une manière générale les chauffe-eau solaires et elle vise plus précisément les chauffe-eau solaires de type stockeur, c'est-à-dire les chauffe-eau solaires comportant, comme élément absorbeur, ou capteur, dans un caisson formant boitier, un ballon stockage confinant un certain volume d'eau et faisant ainsi réserve. Dans les chauffe-eau solaires de ce type, une disposition symétrique est usuellement adoptée, de manière à ce que la totalité de la surface extérieure périphérique du ballon de stockage soit susceptible d'être exposée au rayonnement solaire. C'est le cas par exemple dans le demande de brevet français qui, déposée le 21 Octobre 1983, sous le No 83 16802, a été publiée sous le No 2.553.872. Dans cette demande de brevet français, en effet, la paroi latérale cylindrique du ballon de stockage se trouve en entier à distance de la surface intérieure du caisson, seules ses parois transversales d'extrémité étant au contact de ce dernier pour son maintien. Une telle disposition peut donner satisfaction, notamment dans la mesure où elle est relativement favorable à une bonne récupération du rayonnement diffus. Mais elle présente un inconvénient majeur, qui est le suivant : ainsi libéré sur la quasi totalité de sa surface extérieure, le ballon de stockage est lui-même à l'origine, par rayonnement, en période nocture, de déperditions calorifiques non négligeables, suffisantes en tout cas pour dévaloriser le plus souvent l'économie de l'ensemble. La présente invention a d'une manière générale pour objet une disposition permettant de minimiser cet inconvénient et conduisant en outre à d'autres avantages. De manière plus précise, elle a pour objet un chauffe-eau solaire du genre comportant, comme élément absorbeur, ou capteur, dans un caisson formant boîtier, un ballon de stockage, ce chauffe-eau solaire étant d'une manière générale caractérisé en ce que, conjointement, d'une part, dans le ballon de stockage s'étend une cloison interne qui en partage en hauteur le volume intérieur en deux. chambres distinctes, l'une supérieure, l'autre inférieure, avec des moyens de communication propres à permettre une circulation d'eau entre lesdites chambres, et, d'autre part, une fraction au moins de la partie de la surface extérieure dudit ballon de stockage correspondant à la chambre supérieure de son volume intérieur, et, en pratique, préférentiellement, la totalité de la partie de la surface extérieure de sa paroi latérale cylindrique correspondant à ladite chambre supérieure, est calorifugée. Grâce à une telle disposition, les déperditions calorifiques sont limitées, notamment en période nocture, seules restant susceptibles de telles déperditions la chambre inférieure du ballon de stockage, et il en est d'autant plus ainsi que ne se trouve usuellement dans cette chambre inférieure que la portion la plus froide de l'eau, celle, donc, dont les capacités de rayonnement à l'origine de telles déperditions sont les plus réduites, alors que, par contre, la portion la plus chaude de l'eau se trouve systématiquement dans la chambre supérieure dudit ballon de stockage, celle qui est précisément calorifugée. En effet, alors que, pour un chauffe-eau solaire stockeur de type usuel, il est couramment admis qu'il n'y a pas de circulation interne d'eau dans le ballon de stockage, la température de l'eau dans ce ballon de stockage étant relativement homogène en tout point de celui-ci, il s'établit systématiquement, en période diurne, par thermo-siphon, dans le ballon de stockage du chauffe-eau solaire suivant l'invention, une circulation d'eau entre ses chambres inférieure et supérieure, en sorte que, au terme de la période de chauffe correspondante, la portion chaude de cette eau se trouve systématiquement dans la chambre supérieure de ce ballon de stockage. Le rendement de l'ensemble s'en trouve avantageusement favorisé. En outre, la portion de l'eau qui, disposée dans la chambre inférieure du ballon de stockage, est exposée au rayonnement solaire en période diurne, est nécessairement toujours à une température inférieure à la température moyenne d'ensemble de l'eau présente dans ce ballon de stockage, en raison même de la circulation par thermo-siphon se développant alors au sein de celui-ci. Le chauffe-eau solaire suivant l'invention fonctionne de ce fait avantageusement toujours dans des conditions optimales. Par ailleurs, en période nocture, la portion chaude de l'eau se maintient d'elle-même par gravité dans la chambre supérieure du ballon de stockage, en sorte que ce dernier n'est plus l'objet d'aucune circulation. Et, ainsi, au matin, l'eau chaude présente dans la chambre supérieure du ballon de stockage se trouve à une température, qui, compte tenu du calorifugeage mis en oeuvre suivant l'invention, est sensiblement proche de celle obtenue en fin d'après midi Le chauffe-eau solaire stockeur suivant l'invention, qui, en pratique, correspond avantageusement à un compromis entre les chauffe-eau solaires stockeurs de type classique et les capteurs de type monobloc, convient ainsi tout particulièrement à la production d'eau chaude sanitaire, notamment en période estivale. Il en est d'autant plus ainsi que1 suivant un développement de l'invention, et grâce au calorifugeage mis en oeuvre, il est possible d'adjoindre à son ballon de stockage, dans la chambre supérieure de celui-ci, un quelconque moyen de chauffage propre à un chauffage d'appoint, alors qu'une telle adjonction est tout à fait exclue pour un chauffe-eau solaire stockeur de type classique, en raison même des déperditions calorifiques nocturnes importantes dont est inévitablement l'objet ce dernier. Le chauffe-eau solaire capteur suivant l'invention présente corollairement une architecture d'ensemble relativement simple, en sorte que son coût est relativement faible. Enfin, il est avantageusement susceptible -de s'intégrer très facilement à un réseau de distribution d'eau chaude préexistant, ce qui est favorable à sa mise en oeuvre directe par les intéressés, sans qu'il soit nécessaire pour eux de faire appel à un opérateur spécialisé. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective d'un chauffe-eau solaire suivant l'invention la figure 2 en est, à échelle supérieure, une vue en coupe transversale, suivant la ligne Il-Il de la figure 1 les figures 3 et 4 en sont, à échelle réduite, des vues schématiques en coupe axiale, qui, analogues à celle de la figure 2, se rapportent, respectivement, au mode d'intervention en période diurne et en période nocturne du chauffe-eau solaire suivant l'invention. Tel qu'illustré sur ces figures, le chauffe-eau solaire suivant l'invention est du genre comportant, comme élément absorbeur, ou capteur, dans un caisson formant boîtier 10, un ballon de stockage 11. Dans la forme de'réalisation représentée, le caisson 10 a globalement une forme prismatique de section transversale polygonale. Outre une paroi de façade 12, qui se réduit en pratique à un cadre, il comporte, une paroi supérieure 13, sensiblement horizontale, une paroi arrière 14, sensiblement verticale, et une paroi inférieure 15 formée, elle-même, d'un pan médian 16 sensiblement horizontal, parallèlement à la paroi supérieure 14, d'un pan oblique arrière 17, de pente relativement importante, par lequel le pan médian 16 se raccorde à la paroi arrière 14, et d'un pan oblique avant 18, de pente largement inférieure à celle de la précédente, par lequel le pan médian 16 se raccorde à la paroi avant 12. Bien entendu, des parois transversales 18 ferment l'ensemble aux extrémités des parois précédentes. La réalisation d'un tel caisson 10 ne faisant pas partie en soi de la présente invention et relevant de l'homme de l'art, elle ne sera pas décrite plus en détail ici. Les diverses parois concernées peuvent par exemple être métalliques. De même, la réalisation pratique du ballon de stockage 11 ne sera pas détaillée ici, car elle ne fait pas partie en soi de la présente invention et qu'elle relève simplement de l'homme de l'art. Il suffira d'indiquer que, dans la forme de réalisation représentée, ce ballon de stockage Il présente une paroi latérale cylindrique 20, de contour transversal circulaire, à la manière d'une virole, et, aux extrémités de celle-ci, deux parois transversales 21. L'ensemble peut par exemple être réalisé en métal. Quoi qu'il en soit, c'est par ses parois transversales 21 que le ballon de stockage 11 est fixé aux parois transversales 18 correspondantes du caisson 10. Suivant l'invention, dans ce ballon de stockage Il s'étend une cloison interne 22 qui en partage en hauteur le volume intérieur en deux chambres distinctes, l'une supérieure 23, l'autre inférieure 24, avec, tel que décrit plus en détail ci-après, des moyens de communication propres à permettre une circulation d'eau entre ces chambres 23 et 24, et, conjointement, une fraction au moins de la partie de la surface extérieure de ce ballon de stockage 11 correspondant à la chambre supérieure 23 de son volume intérieur est calorifugée. De préférence, la cloison interne 22 est en matiere isolante. Par exemple, elle peut être en matière synthétique de qualité dite alimentaire. En pratique, dans la forme de réalisation représentée, il s'agit d'une plaque plane, qui s'étend suivant un plan de symétrie du ballon de stockage 11, en sorte que les chambres 23 et 24 qu'elle délimite dans celui-ci ont sensiblement un même volume, et qui est inclinée sur l'horizontale. Il va de soi, cependant, que, en variante, les volumes de ces deux chambres 23, 24 ne sont pas nécessairement égaux entre eux. Quoi qu'il en soit, l'inclinaison que présente la cloison interne 22 est telle que son bord longitudinal supérieur, celui le plus près de la paroi de façade 12 du caisson 10, est à un niveau supérieur à celui de son bord longitudinal arrière, celui qui est le plus proche de la paroi arrière 14 dudit caisson 10. Pour son maintien dans le ballon de stockage Il elle peut par exemple être engagée, par sa tranche, le long de ses bords longitudinaux, dans des glissières 25 rapportées longitudinalement à cet effet, par soudage par exemple, en positions globalement diamétralement opposées l'une à l'autre, sur la paroi latérale cylindrique 20 dudit ballon de stockage 11, à l'intérieur de celui-ci. Dans la forme de réalisation représentée, chacune de ces glissières 25 est formée par deux cornières disposées à distance l'une de l'autre. Par ailleurs, dans la forme de réalisation représentée, les moyens de communication entre les deux chambres 23 et 24 du ballon de stockage 11 sont constitués par des trous 26 dont est percée à cet effet sa cloison interne 22. En pratique, cette cloison interne 22 comporte deux séries de trous 26 disposées chacune respectivement le long de ses deux bords longitudinaux, à proximité de la surface interne du ballon de stockage 11. Il s'agit de trous verticaux, et donc obliques par rapport au plan général moyen de la cloison 22 qu'ils traversent. En pratique, le nombre de trous 26 et leur section dépendent des échanges à assurer. Par exemple, pour un ballon de stockage il ayant globalement un volume de 100 1 pour une longueur de 1,5 m, on peut penser qu'une dizaine de trous 26 de diamètre 16 mm peuvent donner satifaction, à raison de cinq le long du bord longitudinal supérieur de la cloison 22 et de cinq le long de son bord longitudinal inférieur. Mais, bien entendu, ces valeurs numériques ne doivent pas être considérées en quoi que ce soit limitatives de l'invention. Il en est de même pour l'épaisseur de la cloison interne 22, qui, pour l'isolation recherchée, peut par exemple être de l'ordre de quelques centimètres. De préférence, et tel que représenté, le ballon de stockage 11 est globalement disposé à la partie haute du caisson 10, et la totalité de la partie de la surface extérieure de sa paroi latérale 20 qui correspond à sa chambre supérieure 23 est calorifugée. Autrement dit, il est établi, entre lui et le caisson 10, suivant un angle solide de 180 correspondant à la seule chambre supérieure 23 de son volume interne, une masse de calorifugeage 30. Cette masse de calorifugeage 30, qui est réalisée en un quelconque matériau en usage en matière de calorifugeage, s'étend donc, entre le ballon de stockage 1t et le caisson 10, depuis la génératrice de la paroi latérale 20 de ce ballon de stockage 11 correspondant au bord longitudinal supérieur de sa cloison interne 22, jusqu'à la génératrice de ladite paroi latérale 20 correspondant au bord longitudinal inférieur de ladite cloison interne 22, en s'étendant ainsi entre ledit ballon de stockage 11 et une partie de la paroi de façade 12 dudit caisson 10, la paroi supérieure 13 de celui-ci, et sa paroi arrière 14. Le long de la paroi arrière du caisson 10, cette masse de calorifugeage 30 s'étend en pratique au-delà du ballon de stockage 11, en recouvrant la totalité de cette paroi arrière 14. Elle se prolonge en outre en continu, mais sous une épaisseur plus faible, réduite par exemple à 1 ou 2 cm, sur la paroi inférieure 15 du caisson 10. De même, il peut être établi un calorifugeage entre les parois transversales 21 du ballon de stockage 11 et les parois transversales 18 correspondantes du caisson 10. Dans cette hypothèse, c'est la totalité de la partie de la surface extérieure du ballon de stockage 11 correspondant à la chambre supérieure 23 de son volume intérieure qui est calorifugée. De préférence, une fraction au moins de la partie de la surface intérieure du caisson 10 qui s'étend en dessous du ballon de stockage Il est munie d'un revêtement réfléchissant 32. Dans la forme de réalisation représentée, il en est ainsi non seulement pour la paroi inférieure 15 du caisson 10, mais également pour la fraction de sa paroi arrière 14 qui est-en dessous du ballon de stockage 11, le revêtement réfléchissant 32 correspondant étant bien entendu appliqué à la masse de calorifugeage 30 mise en oeuvre par ailleurs. De même, il peut être établi un revêtement réfléchissant sur la surface intérieure des parois transversales 18 de ce caisson 10. De manière usuelle, un tel revêtement réfléchissant peut par exemple être réalisé à l'aide d'une simple feuille d'aluminium, ou d'une feuille en matière synthétique métallisée. Dans la forme de réalisation représentée, le ballon de stockage Il est, à l'avant, en relation avec une ailette métallique 33, qui, à la partie haute du caisson 10, recouvre, parallèlement à la paroi de façade 12 de celui-ci, la portion de la masse de calorifugeage 30 présente à cet endroit entre ledit ballon de stockage 11 et ladite paroi de façade 12. Cette ailette métallique 33, qui est par exemple réalisée en aluminium, s'étend sur toute la longueur du caisson 10, et, par un retour en équerre 34 par exemple, tel que représenté, mais non nécessairement obligatoirement, elle est en relation de conduction avec la paroi latérale 20 du ballon de stockage 11, le long d'une génératrice de celle-ci correspondant sensiblement au bord longitudinal supérieur de la cloison interne 22. Par exemple, elle est simplement attelée à cette paroi par des moyens de fixation appropriés. Ces derniers relevant de l'homme de l'art, ils ne seront pas décrits en détail ici. En façade, le caisson 10 du chauffe-eau solaire suivant l'invention est en pratique fermé par une simple couverture transparente 35, par exemple un simple vitrage, ou une plaque en polycarbonate, sa paroi de façade 12 formant un cadre autour de celui-ci. Tel que schématisé en traits interrompus à la figure 2, le chauffe-eau solaire suivant l'invention se complète par des canalisations propres à son insertion dans un quelconque réseau d'alimentation et de distribution. Il y a ainsi, par exemple, une-canalisation 36 propre à l'alimentation de son ballon de stockage 11 en eau à refroidir, et une canalisation 37 propre au puisage d'eau échauffée dans celui-ci. La canalisation 36 débouche donc dans la chambre inférieure 24 du ballon de stockage 11, tandis que la canalisation 37 débouche dans sa chambre supérieure 23. De préférence, et tel que représenté, ces canalisations 36, 37 sont disposées en opposition. Dans la forme de réalisation représentée, elles sortent du ballon de stockage Il et du caisson 10 par leurs parois transversales opposées, mais elles pourraient tout aussi bien en sortir d'un même côté, lune d'elles étant alors de préférence prolongée intérieurement par une canne, pour en respecter un montage en opposition et ainsi éviter un risque de mélange direct entre les eaux correspondantes. Dans le même but, il est peut être prévu un brise jet à l'extrémité de la canalisation d'alimentation en eau froide 36. Pendant la période diurne, figure 3, le rayonnement solaire se trouve concentré sur la partie inférieure du ballon de stockage 11, en atteignant celui-ci soit directement soit par réflexion sur le revêtement réfléchissant 32 qui lui est sous-jacent. Il en résulte une augmentation de la température de l'eau dans la chambre inférieure 24 de ce ballon de stockage 11. Par thermo-siphon, l'eau ainsi réchauffée a tendance à s'élever, et donc à gagner la chambre supérieure 23, par ceux des trous 26 de la cloison interne 22 qui se trouvent le long du bord longitudinal supérieur de celle-ci. Il se crée ainsi, à l'intérieur du ballon de stockage 11, et tel que schématisé par des flèche F à la figure 3, une circulation naturelle d'eau, l'eau réchauffée dans la chambre inférieure 24 gagnant progressivement la chambre supérieure 23 cependant que l'eau intialement présente dans celle-ci, plus lourde que la précédente, rejoint progressivement la chambre inférieure 24 au fur et à mesure que l'eau réchauffée s'échappe de celle-ci. En fin de journée, la chambre supérieure 23 du ballon de stockage 11 est ainsi *chargée" en eau chaude, et aussi également la chambre inférieure 24. Pendant la période nocturne, et grâce à l'isolation dont est l'objet suivant l'invention cette chambre supérieure 23, tant en raison de la masse de calorifugeage 30 établie à cet effet entre le ballon de stockage 11 et les parois correspondantes du caisson 10 qu'en raison de la cloison isolante 22 qui la sépare de la chambre inférieure 24, les déperditions calorifiques sont minimisées. En pratique, seule se refoidit l'eau présente dans la chambre inférieure 24 du ballon de stockage 11, cependant qu'aucun mélange ne s'établit entre cette eau ainsi en cours de refroidissement et l'eau chaude présente dans la chambre supérieure 23. En effet, figure 4, toute circulation d'eau par thermo-siphon est alors interrompue, l'eau froide, plus lourde, se trouvant déjà à la partie inférieure du ballon de stockage 11 tandis que l'eau chaude, plus légère, se trouve à sa partie supérieure. Au matin, la température de l'eau dans la chambre supérieure 23 du ballon de stockage 11 se trouve donc sensiblement proche du celle obtenue en fin d'après midi, ce qui permet avantageusement un soutirage d'eau chaude à cette période de la journée. Ainsi qu'on l'aura compris, l'ailette métallique 33 permet avantageusement de récupérer directement, en période diurne, le rayonnement solaire arrivant au-dessus de la portion correspondante de la masse de calorifugeage 30. Ainsi qu'on l'aura compris également, si un soutirage d'eau chaude intervient en fin de journée, il n'y a aucune déperdition calorifique au cours de la nuit. En effet, l'eau présente dans la chambre inférieure 24 du ballon de stockage 11 est alors de l'eau qui provient directement du réseau d'alimentation et qui n'a pas été réchauffée. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite et représentée, mais elle englobe toute variante d'exécution. En particulier, du fait du calorifugeage mis en oeuvre, il est possible, si désiré, de disposer dans la chambre supérieure du ballon de stockage un quelconque moyen de chauffage, et par exemple une résistance électrique, propre à assurer un chauffage d'appoint de l'eau présente dans cette chambre supérieure, étant entendu que ce moyen de chauffage peut aussi résulter par exemple d'un jumelage du chauffe-eau avec une autre chaudière, et par exemple une chaudière au fuel ou au gaz. En outre, les parois transversales du caisse peuvent si désiré être plus ou moins inclinées, pour tenir compte des variations incidence du rayonnement solaire. REVENDICATIONS 1. Chauffe-eau solaire, du genre comportant, comme élément absorbeur, dans un caisson (10) formant boîtier, un ballon de stockage (11), caractérisé en ce que, conjointement, d'une part, dans le ballon de stockage (11) s'étend une cloison interne (22) qui en partage en hauteur le volume intérieur en deux chambres distinctes, l'une supérieure (23), l'autre inférieure (24), avec des moyens de communication propres à permettre une circulation d'eau entre lesdites chambres (23, 24), et, d'autre part, une fraction au moins de la partie de la surface extérieure dudit ballon de stockage (11) correspondant à la chambre supérieure (23) de son volume intérieur est calorifugée. 2. Chauffe-eau solaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la totalité de la partie de la surface extérieure de la paroi latérale (20) du ballon de stockage (11) correspondant à la chambre supérieure (23) de son volume intérieur est calorifugée. 3. Chauffe-eau solaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cloison interne (22) du ballon de stockage (11) est en matière isolante. 4. Chauffe-eau solaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cloison interne (22) du ballon de stockage (11) est inclinée sur 1 'horizontale. 5. Chauffe-eau solaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cloison interne (22) du ballon de stockage (11) s'étend suivant un plan de symétrie de celui-ci. 6. Chauffe-eau solaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de communication entre les deux chambres (23, 24) du ballon de stockage (11) sont constituées par des trous (26) dont est percée à cet effet la cloison interne (22) dudit ballon de stockage (11). 7. Chauffe-eau solaire suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la cloison interne (22) du ballon de stockage (11) comporte deux séries de trous (26) disposées chacune respectivement le long de ses deux bords longitudinaux. 8. Chauffe-eau solaire suivant l'une quelconque des revendications 6, 7, caractérisé en ce que lesdits trous (26) sont globalement verticaux. 9. Chauffe-eau solaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le ballon de stockage (11) est disposé à la partie haute du caisson (10), et une fraction au moins de la partie de la surface intérieure de celui-ci qui s'étend en dessous dudit ballon de stockage (11) est munie d'un revêtement réfléchissant (32). 10. Chauffe-eau solaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le ballon de stockage (11) est en relation avec une ailette métallique (33), qui, à la partie haute du caisson (10), recouvre une portion de sa masse de calorifugeage (30). 11. Chauffe-eau solaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le caisson (10) est fermé par une simple couverture transparente (35). 12. Chauffe-eau solaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par la présence, dans la chambre supérieure (23) de son ballon de stockage (11), d'un quelconque moyen de chauffage propre à un chauffage d 'appoint.