Brevet FR2687768A1 — publié le 19930827

CHAUFFE - EAU SOLAIRE A STOCKAGE CAPTEUR PLAN La présente invention est relative à un chauffe-eau solaire intégrant dans un seul et même dispositif le capteur plan et le réservoir de stockage. Le chauffe-eau solaire classique nécessite beaucoup d'espace et il doit répondre à un certain nombre d'exigences technologiques du capteur plan (circulateur ou thermosiphon, échangeur, antigel, calorifuge résistant à la chaleur, matériaux résistant à la corrosion au voisinage de 100 "C, etc ...) qui grèvent son prix de revient. Au cours de ces dernières années des tentatives ont été faites pour diminuer ces écueils en disposant le réservoir de stockage de l'eau chaude de manière qu'il capte lui-même le rayonnement solaire. C'est le cas, en particulier, des brevets français n" 8316802 & n" 8518176. Mais, si elles ont l'avantage de supprimer le capteur plan, ces inventions utilisent des réservoirs de formes classiques : cylindrique ou sphérique. Il en résulte trois types de contraintes sévères : la surface de captage direct est limitée, le caisson qui entoure le réservoir est encombrant, I'eau chaude et l'eau froide risquent de se mélanger pendant l'utilisation. D'ailleurs, pour pallier à cette dernière difficulté, le brevet n" 8518176 propose d'installer une cloison isolante au centre du ballon de stockage. Grâce à une conception originale du réservoir de stockage, la présente invention élimine les précédentes contraintes et conduit par ailleurs à d'autres avantages. Un objet essentiel de l'invention est d'utiliser une face plane du réservoir, de grande surface, comme capteur de l'énergie solaire. A cet effet le réservoir aura la forme d'un parallélépipède dont deux faces parallèles de surface élevée sont séparées par une faible épaisseur. A titre indicatif, le rapport entre cette épaisseur et la grande dimension des faces est de l'ordre du dixième. Le réservoir est disposé de manière que sa face qui joue le rôle de capteur plan soit verticale ou voisine de la verticale. De la sorte, la chaleur transmise par conduction à travers la face entraîne un mouvement de convection dans le réservoir, I'eau la plus chaude se dirigeant vers la partie supérieure. Cet échange accélère la production d'eau chaude et améliore le rendement de captage. L'autre avantage décisif est le très faible encombrement de chauffe-eau ainsi conçu, ce qui permet de le fixer sur un mur d'appartement ou encore de l'intégrer dans la construction d'un mur comme bas de fenêtre. Afin de prévenir la déformation du réservoir sous l'effet de la pression d'eau les deux grandes faces planes du réservoir sont rendues solidaires l'une de l'autre, à intervalles réguliers par des tiges métalliques soudées. L'alimentation du réservoir s'effectue par la partie inférieure, la sortie d'eau chaude s'effectuant par la partie supérieure. On conserve ainsi tout le bénéfice de la stratification thermique qui caractérise le dispositif. Le tuyau d'alimentation provient d'un vase à l'air libre et à niveau d'eau constant grâce à un robinet à flotteur par exemple. Ce vase qui peut être par ailleurs une réserve d'eau, a pour objet de fixer la pression d'eau dans le réservoir à une valeur constante choisie par l'utilisateur. En outre, il joue le rôle de vase d'expansion. Le réservoir est entouré directement d'un isolant sur toutes ses faces. La paroi isolante qui recouvre la face capteur plan est évidemment amovible : elle s'ouvre aux heures de captage pour se refermer ensuite. Elle peut être simplement coulissante comme un store, ou, mieux encore, tourner autour de charnières. Dans ce cas, sa face interne pourra être réfléchissante, et l'ouverture s'effectuer vers la droite, vers la gauche ou vers le bas de manière à réfléchir au mieux le rayonnement solaire. L'ouverture peut être manuelle ou automatique. La face capteur plan est munie d'une couverture transparente à effet de serre. En cas d'utilisation d'une couverture à la fois transparente et isolante (double vitrage sous vide, aérogels, etc..), il n'est plus nécessaire de calorifuger cette face. Selon la latitude du lieu il peut être souhaitable de pencher légèrement la face capteur plan afin de recevoir davantage d'énergie solaire directe. On peut conserver la forme déjà décrite. On peut également donner une forme prismatique au réservoir en réduisant, jusqu'à l'annuler le cas échéant, l'épaisseur de la face supérieure du parallélépipède. Le chauffe-eau solaire à stockage capteur plan est bien adapté pour recevoir un chauffage d'appoint, au gaz ou à l'électricité, avec régulation manuelle ou automatique. La figure 1 est une vue générale du chauffe-eau solaire. Le réservoir 1 est entouré de calorifuge 2 sur ses faces. La face capteur plan 3 est recouverte de peinture noire mate ou de revêtement sélectif combinés éventuellement avec des structures cellulaires anti-pertes. L'effet de serre est réalisé grâce à une couverture transparente 4 schématisée ici par un simple vitrage. L'eau arrive par la partie inférieure 5 et sort par la partie supérieure 6. La paroi amovible 7 ouverte par exemple vers le bas, réfléchit le rayonnement solaire grâce à un revêtement réflecteur 8 disposé sur sa surface. Les figures 2 & 3 sont respectivement les coupes horizontale et verticale du dispositif. Des exemples de tiges métalliques 9, destinées à prévenir les déformations, sont représentées. Plusieurs facteurs concourent à rendre ce chauffe-eau largement compétitif. L'inertie thermique et le niveau de température permettent d'utiliser des matériaux peu onéreux pour le réservoir capteur (acier galvanisé par exemple) et pour le calorifuge (polystyrène par exemple). La réalisation est facile. Il n'y a pas d'exigence d'espace ni de contrainte architecturale. La disposition du chauffe-eau à stockage capteur plan est favorable à une protection contre les intempéries auxquelles sont sensibles les chauffe-eaux classiques. Dans un environnement peu venté il est possible de se passer de la couverture transparente sans effet sensible sur le rendement de captage. Il est à noter enfin que le dispositif objet de l'invention ne demande aucun entretien car il n'y a ni entartrage, ni corrosion dans le domaine de température modérée (de l'ordre de 60 "C) auquel il est amené à fonctionner. REVENDICATIONS 1) Chauffe-eau solaire caractérisé en ce que le réservoir de stockage de l'eau chaude joue en même temps le rôle de capteur plan par l'intermédiaire de l'une de ses parois, plane et de grande surface. 2) Chauffe-eau solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réservoir a une forme de parallélépipède, de tronc de prisme ou de prisme, de faible épaisseur. 3) Chauffe-eau solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que la paroi capteur plan est rendue solidaire de la paroi opposée par des tiges ou des tubes métalliques soudés ou fixés aux deux parois. 4) Chauffe-eau solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'alimentation en eau se fait par l'intermédiaire d'un réservoir à l'air libre, lequel joue, en outre, le rôle de vase d'expansion. 5) Chauffe-eau solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réservoir a une disposition verticale ou voisine de la verticale. 6) Chauffe-eau solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que les faces arrière et latérales du réservoir sont entourées de calorifuge. 7) Chauffe-eau solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que la face avant qui joue le rôle de capteur plan est entourée d'une paroi isolante amovible par glissement ou par rotation. 8) Chauffe-eau solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que la cloison isolante amovible, ouverte par rotation, réfléchit le soleil sur le capteur grâce à un revêtement réflecteur recouvrant la face interne. 9) Chauffe-eau solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que la face capteur plan est peinte en noir ou recouverte de revêtements sélectifs, en association ou non avec des cellules antipertes. 10) Chauffe-eau solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'effet serre est obtenu sur la face capteur plan grâce à des couvertures transparentes classiques, ou à l'aide de dispositifs transparents et isolants. 11) Chauffe-eau solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que la face capteur plan est exposée directement au soleil sans couverture transparente. 12) Chauffe-eau solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif peut comporter un chauffage d'appoint au gaz ou à l'électricité, avec régulation automatique ou manuelle.