Brevet FR2671861A1 — publié le 19920724

La présente invention est relative à un chauffe-eau solaire atmosphérique comportant notamment un dispositif de stockage inertiel pour de l'eau chaude. On connalt déJà un grand nombre de systèmes pour la production d'eau chaude, dans lesquels il y a mélange des fluides primaires et secondaires. Dans tous ces dispositifs de l'art antérieur, le soutirage d'eau chaude entraîne le mélange d'un fluide à une température avec un autre fluide qui se trouve à une température inférieure, et ce, à volume égal; la température du fluide soutiré varie donc à chaque instant alors que le volume reste constant. De plus, la pression varie en fonction des variations de la température,de la densité et du volume du fluide stocké. Ces variations entraînent des contraintes mécaniques dans l'ensemble des circuits hydrauliques : par exemple dans les canalisations reliant l'échangeur à l'absorbeur à eau sous pression; les canalisations pour distribuer l'eau chaude.Ceci a notamment pour conséquence l'obligation d'installer sur ces dispositifs connus des accessoires de sécurité et de contrôle qui sont relativement complexes et par la-même coûteux. Par expérience, on sait que dans un ballon de stockage d'énergie situé à la verticale, la chute de température ou une élévation en unité d'énergie au cours d'un soutirage intervient entre 75 et 80% de la capacité. Dans le cas d'un appareil horizontal, la chute de température du fluide puisé se manifeste dès le soutirage entre 45 et 50% de la capacité. Or, pour intégrer au mieux les appareils solaires dans l'architecture et l'environnement, les cuves de stockage et capteurs solaires sont installés pratiquement plans et parallèlement au plan de la toiture : ceci entraîne une surcharge dépassant la charge limite tolérée pour des constructions un peu anciennes; on connait également d'autres appareils solaires du genre thermosiphon parfois appelés basse pression, qui doivent porter la charge d'eau contenue dans un réservoir de capacité relative et situé en hauteur afin de permettre une thermocirculation et un soutirage en déclivité. Le mélange direct des fluides à la base du réservoir est localisée le fluide de remplacement qui froid, s'écoule directement dans le circuit capteur. Ceci entraîne un choc thermique et des contraintes mécaniques importantes dans la matière constituant le réservoir.L'eau chaude tirée à basse pression, ne peut être mitigée en raison des différentiels de pression. De tels systèmes sont également installés en superposition d'une couverture ce qui les rend, la plupart du temps, peu accessibles. La présente invention a notamment pour but de fournir un chauffe-eau solaire qui permet de palier les inconvénients exposés ci-dessus. Un autre but de l'invention est de fournir un tel chauffe-eau qui puisse facilement s'intégrer dans l'architecture et/ou l'environnement. Ces buts, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par un chauffe-eau solaire atmosphérique comprenant un capteur solaire et une cuve de stockage pour un fluide caloporteur circulant dans ce capteur, lequel chauffe-eau est, selon la présente invention caractérisé par le fait qu'il comprend également un échangeur de chaleur disposé dans la cuve de stockage et dans lequel circule un fluide secondaire. Avantageusement, cet échangeur de chaleur est relié à une de ses extrémités, dite extrémité d'entrée, à un réservoir de fluide secondaire. A l'extrémité d'entrée de l'échan- geur est situé un dispositif pour homogénéiser la température du fluide caloporteur : ce dispositif est, par exemple, une turbine entraînant en rotation une hélice et mue par le courant de fluide secondaire. De préférence, l'autre extrémité de l'échangeur de chaleur est relié à des dispositifs pour utiliser le fluide secondaire. Il peut également comporter un piquage secondaire sur l'échangeur de chaleur de façon à soutirer un fluide secondaire à une température déterminée en fonction d' usages particuliers. Selon la présente invention, le chauffe-eau solaire comprend également des moyens pour recueillir le fluide secondaire après usage et un récupérateur d'énergie. De préférence, ce récupérateur d'énergie comporte un ensemble de stockage dans lequel est disposé un échangeur de chaleur traversé par les fluides recueillis. Cet ensemble de stockage comprend un fluide caloporteur en relation avec le réservoir de fluide secondaire. La description qui va suivre qui ne présente aucun caractère limitatif, doit être lue en regard de la figure unique annexée. Un chauffe-eau solaire atmosphérique selon la présente invention comprend un capteur solaire 1 intégré de préférence dans une toiture, dans lequel circule un fluide caloporteur 2 ou fluide primaire et une cuve de stockage 3. Par exemple, on peut utiliser un capteur solaire tel que celui décrit dans le document FR-A-2.591.322. La cuve de stockage 3 comporte une paroi 4 cylindrique réalisée en matériau thermostatique, par exemple en un béton à haute densité auquel peuvent etre ajoutés des additifs eutectiques. Dans cette cuve de stockage 3, est disposé un échangeur de chaleur 5 : par exemple un serpentin dans lequel circule un fluide secondaire 6, tel que de l'eau sanitaire. Ce serpentin 5 est relié a une de ses extrémités ou extrémité d'entrée, c'est-à-dire en amont, a un réservoir d'eau sanitaire 7 et en aval à des installations domestiques 8 utilisatrices d'eau sanitaire chaude. Sur ce serpentin 5, on peut disposer des piquages 9 afin de soutirer une eau sanitaire moins chaude en fonction des besoins, comme par exemple pour une installation de douche 10 : une telle eau est alors à la température convenable. Sur la conduite d'arrivée d'eau 11, qui est donc disposée entre le réservoir d'eau sanitaire 7 et le serpentin 5, est situé un dispositif pour homogénéiser la -température du fluide caloporteur 2 contenu dans la cuve de stockage 3. Ce dispositif d'homogénéisation est par exemple constitué par une turbine 12 entraînant en rotation une hélice 13 qui est immergée dans le fluide caloporteur 2 contenu dans la cuve de stockage 3. Ceci crée un courant convecteur dans ce fluide permettant ainsi d'homogénéiser la température de ce fluide en tout point du volume de stockage. Ainsi qu'il a déjà été dit, un chauffe-eau solaire atmosphérique selon la présente invention comprend également un dispositif pour recueillir l'eau sanitaire usagée 14 et un dispositif récupérateur d'énergie 15. Ce dernier comporte un serpentin 16 dans lequel circule l'eau usagée et qui est plongé dans un liquide caloporteur 17. Celui-ci permet de réchauffer l'eau contenue dans le réservoir 7. L'eau usée issue du dispositif de récupération d'énergie 15 a ainsi perdu la plus grande partie de ses calories : cet abaissement de température entraine fatalement une sédimentation des produits en suspension dans l'eau chaude usagée. L'eau rejetée à l'issue du dispositif de décantation est donc en partie purifiée. La cuve de stockage 3 que l'on pourrait aussi appeler accumulateur cavitaire, est réalisée par moulage. En effet on utilise un moule pour la conformation de la cuve : ce moule comporte deux parois parallèles, la première externe peut être constituée par paroi de l'espace creusé pour implanter la cuve de stockage, et la seconde interne, en forme de godet, qui sera récupérée lors du démoulage. Entre les deux parois, on- coule un béton de formule connue afin d'obtenir une cuve de stockage thermostatique. Le dispositif récupérateur d'énergie peut être réaliser de la même façon que la cuve de stockage 3. La présente invention telle que décrite est relative à un chauffe-eau solaire notamment pour eau sanitaire. Nais le meme dispositif pourrait également servir pour refroidir un fluide de climatisation : il suffit pour cela de remplacer le capteur solaire par une source froide. L'exemple de réalisation ci-après a pour but de mieux mettre à même l'homme du métier à comprendre les avantages de la présente invention; il n'a aucun caractère limitatif. EXEMPLE La température de 11 eau sanitaire ou fluide secondaire re 6 à l'entrée de l'échangeur de chaleur 5 est de 2OC environ et celle du fluide caloporteur 2 dans la cuve de stockage 3 est de 60in. Le débit de l'eau 6 dans l'échangeur de chaleur 5 est d'environ 1,2 m3/heure. Dans cet exemple, la surface développée du serpentin en cuivre 5 est de 1,5 m2 et a une épaisseur de un millimètre. La masse volumique de la paroi de la cuve de stockage 3 est de 0,5 en un béton ayant une masse volumique 1,2 t/m3. Dans ces conditions la température de l'eau sanitaire 6 à la sortie du serpentin 5 et de 58,5in pour les quatre vingts premiers litres. Le rendement est donc de 98,5X. Afin d'améliorer la circulation du fluide 2 et le liquide 17 caloporteur on peut déposer un servo-moteur, 18 et 19 respectivement, à très basse pression; le fluide et aspiré et circule en boucle par refoulement, c'est un circuit ouvert à la pression atmosphérique. Un tel dispositif peut également être utilisé pour le réchauffage de pistes de roulement tant pour automobile que pour avions. REVENDICATIONS 1. Chauffe-eau solaire atmosphérique comprenant un capteur solaire et une cuve de stockage pour un fluide caloporteur circulant dans ce capteur, caractérisé par le fait qu'il comprend également un échangeur de chaleur (5) disposé dans la cuve de stockage (3) et dans lequel circule un fluide secondaire (6). 2. Chauffe-eau solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'échangeur de chaleur (5) est relié à une de ses extrémités, ou extrémité d'entrée, à un réservoir (7) du fluide secondaire (6). 3. Chauffe-eau selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'à l'extrémité d'entrée de l'échangeur de chaleur (5) est situé un dispositif pour homogénéiser la température du fluide caloporteur (2). 4. Chauffe-eau selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le dispositif pour homogénéiser la température est constitué par une turbine (12) entratnant en rotation une hélice (13). 5. Chauffe-eau solaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait qu'a son autre extrémité, l'échangeur de chaleur (5) est relié à des dispositifs (8) pour utiliser le fluide secondaire (6). 6. Chauffe-eau solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un piquage secondaire (9) sur l'échangeur de chaleur (5). 7. Chauffe-eau solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (14) pour recueillir le fluide secondaire (6) après usage et un récupérateur d'énergie (15). 8. Chauffe-eau solaire selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le récupérateur d'énergie (15) comprend un ensemble de stockage dans lequel est disposé un échangeur de chaleur (16) traversé par les fluides recueillis. 9. Chauffe-eau solaire selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'ensemble de stockage comporte un liquide caloporteur (17) en relation avec le réservoir (9) de fluide secondaire (6).