Brevet FR2925950A1 — publié le 20090703

INSTALLATION DE CHAUFFAGE DOMESTIQUE MIXTE SOLAIRE BOIS ELECTRIQUE Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de chauffage domestique mixte et combine trois énergies, soit : - l'énergie solaire avec des panneaux solaires mixtes - le bois avec poêle à bois et échangeur thermique à huile minérale - l'électricité avec chaudière électrique à huile minérale Ces trois énergies fournissent des calories à un ballon hydroaccumulateur Etat de la technique Actuellement , le chauffage central d'une maison individuelle est équipé d'une chaudière au fioul ou au gaz . L'augmentation du prix de ces énergies rend l'utilisation de ces systèmes de plus en plus onéreuse . Le système selon l'invention permet de remplacer la chaudière en conservant l'installation de chauffage central existant. Description de l'invention Le dispositif selon l'invention permet de combiner les trois énergies voir fig l en améliorant les performances des panneaux solaires et du poêle à bois Soit un ballon hydroaccumulateur (2) dans lequel circulent quatre fluides le circuit A qui est une huile minérale et qui apporte l'énergie délivrée soit par l'échangeur sur le poêle (4) ou par la chaudière électrique (3) Le circuit B qui est de l'eau chargée de glycol et qui apporte l'énergie délivrée par les panneaux solaires(l) Le circuit C qui est l'eau pour le chauffage Le circuit D qui est l'eau sanitaire Fonctionnement de l'installation L'installation est gérée par un automate programmable qui: -compare la température détectée par la sonde d'ambiance (4b) placée dans la pièce à vivre et la température programmée , en fonction du résultat , actionne la pompe (2a) et le fluide C circule dans les éléments du chauffage central (2d) ou du plancher chauffant (2e) . Ce fluide C doit être maintenu à une température programmée (ex 60°) . Pour cela , la sonde (2b) donne la température du ballon et on régule par une vanne mélangeuse motorisée (2c) la température du fluide C - pilote la circulation des différents fluides en fonction de la demande de chauffage et de l'état de chaque source d'énergie et régule le chauffage. Soit : lorsque la sonde (lb) détecte que dans la panneau solaire (1) la température est supérieure à la température détectée par la sonde (2b) dans le ballon , la pompe (1 a) se met en fonctionnement et transfert la chaleur du panneau (1) au ballon (2) Lorsque l'on allume le poêle , une sonde (4a) indique qu'il est en fonctionnement . A partir d'une température plancher , on met la pompe (3a) en fonctionnement à petite vitesse , 1' huile circule du réservoir (3) au ballon (2) et à l'échangeur sur le poêle (4). On transfert la chaleur du poêle au ballon . Une sonde d'ambiance (4b) dans la pièce à vivre pilote la vitesse de la pompe . Plus la température ambiante se rapproche de la température programmée , plus la vitesse de la pompe augmente , inversement si la température ambiante baisse la vitesse de la pompe diminue et à un certain seuil , on arrête la pompe et on actionne la vanne (3e) qui shunte l'échangeur sur le poêle . De même si la température de l'huile atteint un seuil critique (250°) qui est la température du point éclair de l'huile , on arrête la pompe et l'huile redescend par gravité dans le réservoir . Si les deux énergies précédentes ne suffisent pas , on met en fonctionnement la chaudière électrique (3) en alimentant les résistances électriques (3c) et en actionnant la vanne (3e) , on met en fonctionnement la pompe (3a) qui transfert la chaleur de la chaudière au ballon . La sonde (3b) sert à contrôler la température de l'huile et à la réguler . On arrête la pompe (3a) et les résistances (3c) si la température du ballon atteint 95° ou si la température de l'huile atteint 250° Le panneau solaire constat: l'hiver alors que le chauffage solaire est utilisé , les jours sont plus courts et moins ensoleillés , alors qu'en été les jours sont plus longs et plus ensoleillés . La présente invention propose un dispositif qui permet d'optimiser l'énergie solaire, soit: - une position hiver où les panneaux fournissent l'eau chaude à l'installation - une position été où une partie des panneaux fournit l'eau chaude sanitaire et une autre partie de l'électricité. fonctionnement: Le panneau 42 est composé de deux parties , une partie fixe (1) dans laquelle se trouve le capteur de chaleur avec son fluide caloporteur qui circule du panneau au ballon de stockage d'énergie , une partie mobile (2) avec des volets motorisés par un moteur réducteur (3) et un système d'engrenage roue et vis (4) permettant à ces volets de pivoter de 360° Ces volets sont équipés d'un coté d'un miroir convergeant (2a) qui orienté judicieusement permet de concentrer les rayon du soleil sur le capteur et ainsi augmenter la température d'échange . De l'autre coté des cellules photovoltaïques (2b) qui, raccordées à un équipement approprié permet de stocker de l'énergie électrique qui pourra être utilisée dans la maison. L'échangeur thermique sur le poêle constat: lorsque l'on met en fonctionnement un poêle à bois , suivant le tirage et la température extérieure , on fournit généralement plus de calories que nécessaire et ce sont des calories perdues. De plus si le poële n'est pas à feu continu , il s'éteint pendant la nuit et la température ambiante baisse . La présente invention installe sur le poële un échangeur à huile qui permet de réguler la chaleur du poële en fonction d'une température ambiante programmée et de la restituer la nuit ou la journée à travers le chauffage central . Cependant le poële doit conserver sa fonction première qui est d'assurer le chauffage dans la pièce où il est installé . D'où l'utilisation de l'huile comme fluide caloporteur qui permettra de fonctionner avec une température du poële plus élevée . Fonctionnement : L'échangeur fonctionne comme indiqué plus haut , et en fonction des sondes sur la figl (2b) (3b) (4a) (4b) on régule la température du poële en fonction de la température ambiante programmée , on stocke l'énergie dans le ballon d'eau chaude et on gère les températures limites , 95° pour l'eau , 250° pour l'huile . Sur la fig 3 , l'échangeur (1) est intégré sur la partie arrière du poële à la place du diffuseur de chaleur . L'échangeur est composé de deux plaques en fonte (2) et (3) . Dans la plaque (2) un circuit de canaux (4) est usiné coupe AA dans lesquels circulera l'huile . Les deux plaques (2) et (3) sont soudées entre elles (5) . Le circuit d'huile (6) est conçu de telle façon que en cas de problème d'emballement thermique , l'échangeur va se vider entièrement par gravité. La chaudière électrique et le réservoir d'huile (3) sur la fig 1 Elle est composée d'une cuve en acier isolée par de la laine de roche contenant un fluide caloporteur qui sera de l'huile minérale ( choisie pour son coût modéré et la température du poële comprise entre 150° et 250°) . une résistance thermoplongeuse (3c) dont le nombre et la puissance dépend de la taille de l'installation , amène les calories nécessaires à la chaudière fonctionnant entre 60° et 230°. Une sonde (3b) controle en permanence la température de l'huile dans le réservoir Dimensionnement des échangeurs Nous utiliserons pour l'échangeur sur le poële comme pour le serpentin dans le ballon hydroaccumulateur la corrélation de DITUS BOELTER soit 0.8 0.3 NU = 0,0243 RE . PR avec NU nombre sans dimension de Nusselt NU= RE nombre sans dimension de Reynold RE= PR nombre sans dimension de Prandl PR= L P À 15 20 25 30 :viscosité statique h : coefficient de transfert de chaleur en w/m77c° C,{ : diamètre du tube en mètre /\ : conductibilité thermique du fluide en w/m/c° : masse volumique du fluide en kg/m3 V : vitesse moyenne du fluide en m/s j1 : viscosité dynamique en kg/m/s Cf): chaleur massique en j/kg/c° TABLEAU 1 EAU e P Cp m2~s~1iJ 6 kc~al~hrnlc° Kglcr^ kg/rn/5i05 J/ky/Go ù ù _ 30 1 4186 0,81 0,525 81 40 992 4219 0, 66 0, 545 65, 47 50 990 4228 0, 56 0, 555 0,125 55, 44 60 985 4249 0, 48 0, 564 0, 203 47, 28 70 976 4288 0, 42 0, 571 0, 318 40, 99 80 972 4306 0,37 0,579 0,483 35,92 90 965 4337 0, 33 0, 583 0, 715 31, 84 TABLEAU 2 huile minérale type sériai 2100 8 P C p ~r K l fti;-~'c P5 - f c c J/ky/c ° rn //'10~G ky/cm K9/m/s ID 0 889 1805 100 0,134 8890 50 856 1985 30 0,13 2568 100 823 2164 6 0,127 493,8 150 790 2344 3 0,123 237 200 759 2522 1, 7 0,119 129, 03 250 726 2702 1 0,116 930 72,6 300 694 2880 0,112 4 35 REVENDICATIONS 1) dispositif de chauffage domestique caractérisé par le fait qu'il combine trois énergies , le solaire , le bois l'électricité , pilotés par un automate programmable 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend des panneaux solaires. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'échangeur thermique sur un poële à bois est installé à la place du diffuseur de chaleur (1) , que cet échangeur est composé de deux plaques (2) et (3) en fonte soudées entre elles , sur une des plaques , on usine un circuit de circulation du fluide (4) , la plaque étant usinée de telle façon (6) que par gravité l'échangeur pourra se vider . 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'échangeur sur le poële est associé à une cuve équipée de résistances thermoplongeuses électriques , stockant le fluide caloporteur .