Brevet FR2802622A1 — publié le 20010622

La présente invention a pour objet un dispositif capteur et émetteur de calories. Un reseau de chauffage incorpore un moyen de production d'énergie calorifique et au moins un moyen émetteur de ladite énergie calorifique, reliés par un circuit apte à transporter ladite énergie. De manière générale, le circuit canalise un fluide caloporteur, de l'eau par exemple, chauffé par le moyen de production d'énergie calorifique qui peut consister par exemple en une chaudière ou une cheminée, et amené jusqu'à un corps de chauffe tel qu'un radiateur. Par ailleurs, le réseau de chauffage, et plus particulièrement le moyen de production d'énergie calorifique, peut également permettre la production d'eau chaude sanitaire, par l'intermédiaire par exemple d'une extension du circuit et d'un ballon d'accumulation. On connait également des capteurs solaires destinés la production eau chaude sanitaire et/ou pour alimenter un réseau de chauffage. De tels capteurs solaires consistent en des dispositifs placés généralement en extérieur, principalement en toiture, orientes de manière à recevoir les apports solaires, ce qui présente, outre une esthétique contestable, des inconvénients d'installation et d'accessibilité. D'autre part, ces capteurs solaires sont soumis la température extérieure, laquelle influe sur leur rendement, en sorte que dans certaines régions, dans le Nord de l'Europe par exemple, ils ont une efficacité limitée dans le temps, soit environ huit mois par an. Par ailleurs, l'utilisation d'un chauffe eau solaire entraine sous nos latitudes l'installation d'un réseau indépendant avec un fluide caloporteur spécifique distinct de celui du réseau de chauffage par exemple, un ballon à réchauffeur pour permettre le transfert des calories au circuit de chauffage et/ou au circuit de l'eau chaude sanitaire. La présente invention a pour but de proposer un dispositif capteur et émetteur de calories permettant de remédier aux divers inconvénients. Le dispositif émetteur et capteur de calories selon l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'il comporte, sur un lieu d'implantation, dans un réseau à fluide caloporteur, au moins un moyen émetteur de calories et au moins un moyen capteur de calories issues de la lumière solaire, et en ce que dans ledit réseau, lesdits moyens émetteur et capteur dépendent d'une même conduite d'arrivée et ont chacun une circulation de retour indépendante. Le moyen capteur et le moyen émetteur sont implantés dans un même lieu, éventuellement séparés par un moyen de cloisonnement. Le moyen capteur est apte à être exposé à la lumière solaire, en étant placé par exemple derrière une surface vitrée. Le moyen capteur étant disposé en un lieu abrité, son rendement profite de cette protection qui l'isole des variations de temperature extérieure, d'autre part, ses surfaces étant protégées, il subit pas les agressions de son environnement telles que neige déjections et pollution, comme peut l'être un capteur solaire en toiture. moyens émetteur et capteur utilisent sur le même réseau le même fluide caloporteur et dépendent d'une même conduite d'arrivée et de retours indépendants, ils ont une alimentation commune et des retours indépendants, ce qui permet une utilisation sélective calories transportées et/ou captées. Le réseau peut comporter éventuellement plusieurs, moyen de production d'énergie calorifique dont le dispositif selon l'invention, par lequel peut être réalisée l'alimentation du moyen émetteur et accessoirement du moyen capteur. Selon une caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, le ou les moyens capteurs sont isolés thermiquement de leur lieu d'implantation. Les calories captées par le moyen capteur sont véhiculées par l'intermédiaire du fluide caloporteur du réseau, même si elles sont destinées à être émises par le moyen émetteur. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, le moyen capteur est associé à un moyen réflecteur convexe éventuellement orientable. Le moyen réflecteur convexe est destiné à concentrer les apports solaires vers le moyen capteur. Du fait du déplacement relatif du soleil, il est préférable de pouvoir réorienter le moyen réflecteur, notamment lorsque ledit réflecteur convexe est de type parabolique. Cette réorientation, ou poursuite solaire, peut être réalisée manuellement ou automatiquement par l'intermédiaire moyens mécaniques éventuellement associés à une cellule photo électrique. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, le moyen réflecteur est apte à émettre calories. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, le moyen réflecteur est associé à un autre moyen réflecteur. Le second moyen réflecteur est destiné à reprendre les rayons divergents du premier moyen réflecteur sur la tuyauterie. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, la circulation du fluide caloporteur dans moyen émetteur et/ou dans le moyen capteur comporte intérieurement et/ou extérieurement des éléments permettant d'augmenter les échanges thermiques. Les éléments permettant d'augmenter les échanges thermiques peuvent consister, intérieurement en des chicanes constituant des obstacles qui s'opposent à l'écoulement naturel du fluide caloporteur ou en des stries et/ou nervures permettant de créer et d'orienter des tourbillons capables d'agir sur la veine en écoulement laminaire, et extérieurement en des ailettes par exemple. on notera que d'autres moyens peuvent permettre d'augmenter échanges thermiques, comme des revêtement sélectifs par exemple. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, les calories réceptionnées par le moyen capteur et véhiculées par le fluide caloporteur du réseau, sont transmises a dernier par un fluide caloporteur tiers canalisé par un circuit tiers en liaison et échange avec ledit moyen capteur. Selon un mode de réalisation particulier du dispositif selon invention le moyen émetteur et le moyen capteur sont contenus dans même enveloppe, laquelle est, au moins en partie, transparente. Selon une caractéristique additionnelle du mode réalisation particulier du dispositif selon l'invention, l'enveloppe renferme totalement ou partiellement, de manière éventuellement modifiable, fluide caloporteur, différent de celui du réseau, apte à réaliser un lien thermique direct entre le moyen émetteur le moyen capteur. Dans le cas d'un remplissage partiel, la dépressurisation au- dessus du fluide caloporteur permet une vaporisation à une température abaissée, ce qui permet d'éviter les surchauffes notamment du moyen capteur. La condensation des vapeurs la face interne de l'enveloppe permet d'étendre la surface d'échange à la zone thermo-isolante. Les avantages et les caractéristiques du dispositif selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente plusieurs modes de réalisation non limitatifs. Dans le dessin annexé - la figure 1 représente une vue schématique coupe transversale partielle d'un premier mode de réalisation du dispositif capteur et émetteur de calories selon l'invention. -la figure 2 représente une vue schématique en coupe transversale partielle d'un deuxième mode de réalisation du mëme dispositif. - la figure 3 représente une vue schématique en coupe transversale partielle d'un troisième mode de réalisation du même dispositif. - les figures 4a, 4b et 4c représentent des vues schématiques élévation de dispositifs capteur et émetteur de calories selon l'invention selon des modes de réalisation différents - la figure 5 représente une vue schématique en plan d'une variante du dispositif selon l'invention. - figure 6 représente une vue schématique d'un circuit de chauffage incorporant un dispositif capteur et émetteur de calories selon l'invention. En référence à la figure 1, on peut voir qu'un dispositif capteur émetteur de calories selon l'invention comporte, selon premier mode de réalisation, un élément 10 présentant une enveloppe 11 divisée en deux compartiments 2 et 3 par une paroi 12. On notera que pour des raisons techniques de fabrication paroi fait de préférence partie d'un caisson incorporant le compartiment 2. Le compartiment 2 est traversé longitudinalement par un circuit 20 qui canalise un fluide caloporteur en provenance d'un moyen de production d'énergie calorifique tel qu'une chaudière par exemple. Dans ce mode particulier de réalisation, le circuit 20 consiste en deux conduites 21 et 22, la conduite 21 constituant par exemple la ligne d'arrivée du fluide en provenance du moyen de production d'énergie calorifique, tandis que la conduite 22 constitue la ligne de retour au moyen de production d'énergie calorifique. D'autres réalisations sont possibles, par exemple, comme cela sera vu plus loin, l'elément 10 peut être traversé par la ligne d'arrivée, tandis qu'un autre élément 10 est traversé par la ligne de retour. Le reste du compartiment 2 peut être rempli de façon partielle ou totale, permanente ou provisoire, d'une matière thermo- conductrice solide ou fluide, apte à transmettre les calories transportées par le fluide caloporteur du réseau à l'enveloppe 11 qui alors les diffuse dans l'air ambiant. On notera qu'il est possible que la paroi 12 ne soit étanche, dans ce cas la matière thermo-conductrice peut être commune aux deux compartiments. D'autre part, le compartiment 3 est traversé longitudinalement par un circuit 30 transportant un fluide caloporteur, et commun au circuit en ce sens qu'ils ont la même origine comme cela sera décrit plus loin. Dans le mode de réalisation représenté, le circuit 30 consiste en conduites 31 et 32, contenues dans une enveloppe 33 constituée revêtue d'un matériau apte à échanger les calories et remplie d'un matériau thermo-conducteur fluide ou solide, tandis que le compartiment 3 est rempli d'un gaz isolant ou dépressurisé. Le dispositif 1 capteur et émetteur de calories selon l'invention est destiné à être placé en regard d'une surface vitrée apte à être traversée par 1 lumière, tandis que l'enveloppe 11 , au moins en partie, transparente, réalisée en verre par exemple, en sorte que les calories issues des apports solaires puissent être captées par l'enveloppe 33, afin d'être transmises au fluide caloporteur qui circule dans les conduites 31 et 32. Pour favoriser la captation des calories, la paroi 12 est forme concave du côté du compartiment 3 de manière à constituer réflecteur apte à concentrer le rayonnement solaire sur l'enveloppe 33, la paroi 12 étant de préférence réfléchissante par dépôt revêtement ou par polissage. On notera que selon une variante, non représentée, l'enveloppe 33 est dépressurisée ou remplie d'un gaz isolant, elle consiste moins en partie en un réflecteur qui reprend la concentration des rayons divergents du premier réflecteur sur la tuyauterie. Les calories captées sont transférées au fluide caloporteur circulant dans les conduites 31 et 32, avec un minimum de déperditions, notamment à l'intérieur du compartiment 3 puisque l'enveloppe 33 est isolée thermiquement de l'enveloppe 11. La matière thermo-conductrice que peut contenir l'enveloppe 33, peut également consister en un fluide caloporteur canalisé dans un circuit tiers, donc distinct de celui du réseau, et provenant d'une source d'énergie périphérique à celui-ci en échange avec le réseau via le moyen capteur au sein de l'enveloppe 33. L'orientation des échanges pouvant aller de la source tiers au réseau ou inversement, en fonction des besoins ou résultats recherchés. La présence du fluide tiers peut être permanente ou provisoire, et il peut remplir totalement ou partiellement l'espace qui lui est dévolu. Les calories transportées par le fluide caloporteur permettent une liaison thermique avec d'autres dispositifs liés directement ou indirectement au circuit, comme par exemple un circuit d'eau chaude sanitaire. Un dispositif 1 capteur et émetteur de calories selon l'invention peut comporter plusieurs éléments 10 disposés parallèlement les uns aux autres, que ce soit dans le sens horizontal, vertical ou oblique. On notera que de préférence l'élément 10 est orientable, c'est- à-dire qu'il est susceptible de pivoter autour d'un axe longitudinal de manière que le compartiment 3 puisse être exposé ou non au soleil selon la volonté de l'utilisateur, et réorienté par rapport à la position du soleil. On notera également, qu'il est possible de déplacer, par un pivotement sur un support, l'ensemble du dispositif 1 capteur et émetteur de calories selon l'invention, afin de permettre soit son nettoiement, soit de libérer un passage, soit de le soustraire totalement au rayonnement solaire afin, outre l'arrêt de réception des apports solaires, de favoriser la convection. manière avantageuse, le dispositif 1 capteur et émetteur calories selon l'invention autorise des effets esthétiques intéressants. Ainsi, du fait de la transparence de l'enveloppe , il possible de lui adjoindre un système éventuellement interne d'émission de lumière, les effets lumineux pouvant être, selon mode réalisation, réfléchis par le ou les réflecteurs et/ou un fluide caloporteur tiers ou non. référence maintenant à la figure 2, on peut voir un second mode réalisation du dispositif selon l'invention, dans lequel retrouve l'enveloppe 11 divisée en deux compartiments 2 et 3 par paroi qui consiste en un réflecteur, dans chacun desquels passe un circuit, respectivement 20 et 30. compartiment 2 est divisé en deux parties 23 et 24 séparées longitudinalement par un passage étroit, la partie 23, positionnée plus haut que la partie 24, constituant 1 ligne d'arrivée du fluide caloporteur, tandis que la partie 24 constitue la ligne de retour, puisque les émissions calorifiques génèrent des variations du volume massique qui créent une circulation. Le circuit 30 est quant à lui constitué d'un tube 34 dans lequel s'effectue la circulation en aller et retour du fluide caloporteur, le tube 34 étant à enveloppe double et fermé à une extrémité. tube 34, qui est constitué ou revetu d'un matériau apte à absorber les calories, est disposé au niveau du foyer de la paroi 12 forme un réflecteur convergent, ici parabolique, qui crée d' part les deux compartiments 2 et 3 et d'autre part, en association avec l'enveloppe 11, les deux parties et 24. Dans une variante non représentée du dispositif 1 selon l'invention, et quel que soit son mode de réalisation, il est possible d'amener en contact la paroi 12 et le circuit 30, par le déplacement de l'un et/ou de l'autre, en sorte les calories recueillies par le circuit 30 puisse être transmises par conduction au compartiment 2 et ainsi pouvoir être diffusées. En référence maintenant à la figure 3, on peut voir un troisième mode de réalisation constituant une variante du mode de réalisation décrit précédemment. Dans ce mode réalisation le compartiment 2 est traversé par un fluide caloporteur en aller ou en retour, l'élément 10 étant associé à un autre qui assure le sens de circulation inverse. Si on se réfère maintenant aux figures 4a, et 4c, on peut voir plusieurs modes de réalisation du dispositif 1 capteur et émetteur de calories selon l'invention, lesquels diffèrent notamment dans le principe de circulation du fluide caloporteur. Quel que soit le mode de réalisation représenté, le dispositif 1 selon l'invention comporte, de manière non limitative, quatre éléments 10 superposés parallèlement et éventuellement entre deux supports 4 comme cela est représenté sur la figure 4c, dans l'un desquels sont réalisées les différentes connexions fluidiques pour alimenter les circuits 20 et 30, le circuit 20 étant représenté en trait plein, tandis que le circuit 30 est représenté en trait discontinu. On notera que pour les modes de réalisation représentes, le regroupement des connexions fluidiques permet d'envisager le pivotement autour d'un axe vertical en vue de nettoyer l'ensemble du dispositif 1 et/ou de le soustraire au soleil, et/ou de libérer un passage. peut remarquer également que, quel que soit le mode de réalisation, les circuits 20 et 30 ont la même origine, sont issus une même conduite d'arrivée 25, le circuit étant simplement séparé de la conduite 25 par un robinet 26, qui peut être thermostatique, tandis que les retours des deux circuits et 30 sont distincts. pourquoi le réseau de chauffage qui incorpore un ou plusieurs dispositifs 1 selon l'invention peut être qualifié de " tritube , puisque les tuyaux parcourent l'habitation trois, alors les installations actuelles sont " bitubes " ou " monotubes " outre, quel que soit le mode de réalisation, le circuit 30 est ouvert en permanence, alors que le circuit 20 peut etre fermé par 1 intermédiaire du robinet 26. le mode de réalisation représenté sur la figure la circulation dans le circuit 20 est réalisée en parallèle par l'intermediaire de conduites 27 reliées entre elles leurs extrémités et passant chacune dans un élément 10, tandis le circuit serpente pour passer d'un élément 10 à un autre, afin de former une boucle de retour. le mode de réalisation représenté sur la figure 4b, le circuit est pratiquement identique à celui du mode de réalisation précédent en ce sens que la circulation est réalisée en parallèle. Le circuit 30 présente lui aussi une circulation en parallèle, c'est-à- que de la conduite 25 partent des conduites 35 reliées par leur autre extrémité et qui passent chacune dans un élément 10. mode de réalisation représenté sur la figure 4c, le circuit le circuit 30 présentent un aller et un retour dans chacun éléments 10. Les éléments 10 sont donc d'une conception analogue celle des éléments 10 représentés sur la figure 1 ou la figure 2, tandis que ceux représentés sur les figures 4a et 4b comportent des éléments 10 sont conformes à celui représenté la figure 3 En référence maintenant à la figure 5, on peut voir un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, où les élements 10 substituent avantageusement aux supports. En référence maintenant à la figure 6, on peut voir un circuit de chauffage 5 comprenant un dispositif 1 capteur et émetteur de calories selon l'invention où les circuits 20 et 30 sont en parallèle, et qui comporte en outre, un moyen de production d'énergie calorifique 50, un circulateur 51 disposé en aval moyen de production d'énergie calorifique 50, un ballon d' chaude sanitaire 52, une vanne trois voies 6 permettant de gérer, en amont du moyen de production d'énergie calorifique 50, la circulation du fluide caloporteur en fonction des besoins et apports, une vanne trois voies 7 permettant de gérer, en aval du circulateur 51, la circulation du fluide caloporteur, ainsi qu'une vanne 8 disposée en aval circuit 20. La vanne 6 est implantée sur la conduite de retour général d'eau chaude sanitaire et chauffage 54, ce qui permet d'orienter le retour soit vers le départ chauffage 25, soit vers l'entrée du moyen de production d'énergie 50, ce qui définit trois voies respectivement 60, 61 et 62. La vanne 7 est disposée en aval du circulateur 51 et distribue soit le réseau de chauffage par la conduite 25, soit le ballon d'eau chaude sanitaire 52 par une conduite 53 ce qui définit trois voies, respectivement 70, 71 et 72. Le circuit 5 comporte par ailleurs une conduite 54 piquée d'une part entre la conduite de retour du ballon d'accumulation d'eau chaude 52 et la vanne 8, et d'autre part entre la vanne 6 et le moyen de production d'énergie calorifique 50. Les différentes positions de la vanne 6 et 7, en association avec l'état ouvert ou fermé de la vanne 8, qui peut être fonction de l'ensoleillement par l'intermédiaire d'un capteur et/ou sonde de température, non représenté, éventuellement associé à une temporisation, déterminent le mode de fonctionnement de l'installation. Lorsqu'un besoin de chauffage est nécessaire afin chauffer l'air ambiant et en absence de soleil, la vanne 8 est ouverte tandis que la vanne 6 est passante en 60 et 62. Le moyen de production d'énergie calorifique 50 transmet des calories au fluide caloporteur qui est amené aux circuits 30 et 20, tandis que le retour circuit 20 au moyen de production d'énergie calorifique 50 s'effectue par la conduite 54, et que le retour du circuit 30 va également moyen de production d'énergie calorifique 50, ou permet une circulation permanente par thermosiphon avec de faibles déperditions. En cas d'apport thermique solaire, les calories captees par le dispositif 1 via le circuit 30 se substituent à celles fournies par le moyen de production d'énergie 50. On notera que lors de la fermeture de tous les robinets 26 du réseau, dont un seul est représenté, seul le circuit 30 alimenté et le retour est réalisé dans le moyen de production d'énergie calorifique 50 ce qui permet d'éviter la cavitation du circulateur 51. Lorsqu'il est uniquement nécessaire d'obtenir de eau chaude sanitaire et en présence du soleil, la vanne 8 est fermée, la vanne 6 est passante en 60 et 61 et la vanne 7 est passante en 70 et 72, en sorte que le fluide caloporteur traverse le moyen de production d'energie calorifique 50 puis le ballon d'eau chaude sanitaire 52, revient au circuit 30 par la ligne 54 et retourne vers le moyen de production d'énergie calorifique 50. On notera que dans cette configuration, le moyen de production d'energie calorifique 50 n'est pas sollicité. Si tel n'est pas le la vanne 7 serait passante en 70 et 72 et le dispositif neutralisable avec la vanne 6 en 62 et 60, et la vanne 8 fermée, une sonde de température pouvant à ce stade décider du dispositif d'apport thermique prioritaire. On notera également que le raccordement 53 et la vanne 7 permettent une production d'eau chaude uniquement par l'intermédiaire du moyen de production d'énergie calorifique 50. On notera encore la présence d'un circuit tiers , tel qu'un capteur solaire placé en toiture, en échange avec le moyen capteur plus exactement avec le circuit 30. Bien entendu d'autres configurations et installations sont realisables. Par ailleurs, il est possible d'equiper une installation de chauffage de plusieurs dispositifs 1, éventuellement associés à un ou plusieurs émetteurs tels que des corps de chauffe, plancher chauffant etc... REVENDICATIONS 1) Dispositif émetteur et capteur de calories, caractérisé en ce qu'il comporte, sur un lieu d'implantation, dans un réseau (5) à fluide caloporteur, au moins un moyen (20) émetteur de calories et au moins un moyen ) capteur de calories issues de la lumière solaire, et en ce que ledit réseau (5), lesdits moyens (20, 30) émetteur et capteur dépendent d'une même conduite d'arrivée (25) et ont chacun une circulation de retour indépendante. 2) Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le ou les moyens (20) capteurs sont isolés thermiquement de leur lieu d'implantation. 3) Dispositif selon revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce le moyen capteur (20) est associé à un moyen réflecteur (12) convexe, éventuellement orientable. 4) Dispositif selon revendication 3, caractérisé en ce que le moyen réflecteur apte à émettre de calories. 5) Dispositif selon revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce moyen réflecteur (12) est associé à un autre moyen réflecteur (33). 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la circulation du fluide caloporteur dans le moyen émetteur (20) et/ou dans le moyen capteur (30) comporte intérieurement et/ou extérieurement des éléments permettant d'augmenter les échanges thermiques. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les calories réceptionnées par le moyen capteur (30) véhiculées par le fluide caloporteur du réseau, sont transmises à ce dernier par un fluide caloporteur tiers canalisé par un circuit tiers (9) en liaison et échange avec ledit moyen capteur (30). 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen (20) émetteur et le moyen (30) capteur sont contenus dans une même enveloppe (11), laquelle est, au moins partie, transparente. Dispositif. selon la revendication 8, caractérisé en ce l'enveloppe (11) renferme totalement ou partiellement, de maniere éventuellement modifiable, un fluide caloporteur, différent de celui du réseau, apte à réaliser un lien thermique direct entre le moyen (30) emetteur et le moyen (20) capteur.