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La présente invention est relative à une installation perfectionnée pour la production d'eau chaude, par accumulation de l'énergie sola.ire.
Il est connu que pour la production d'eau chaude, on a déjà proposé divers types de chaudières solaires constituées, d'une manière générale, par un ou plusieurs récepteurs du rayonnement solaire, un échangeur de chaleur et un ré- servoir d'accumulation de l'eau chaude. Si ces appareils n'ont pas été exploités à l'échelle industrielle, c'est uniquement parce que la généralité de ces appa- reils comporte un cycle de fonctionnement réversible, de sorte qu'ils ne peuvent débiter que de très petites quantités d'eau chaude à une température relativement basse.
On a.déjà remédié à l'inconvénient ci-dessus en rendant irréversi- ble le cycle de 'fonctionnement, ce résultat étant atteint., par exemple, en dis- posant l'échangeur de chaleur la base de l'appareil. Les essais effectués avec ce dernier type d'appareil ont démontré que si même pendant les périodes où la durée d'insolation est la plus courte, leur rendement était tel que, sans qu'il soit nécessaire de donner aux récepteurs du rayonnement solaire des dimensions exagérées, il était possible de les utiliser pour produire quotidiennement plu- sieurs centaines de litres d'eau à une température largement supérieure à 40 C, les résultats obtenus ne sont toutefois pas encore suffisants pour permettre une exploitation vraiment industrielle.
L'invention a pour objet la réalisation d'une installation dont le cycle de fonctionnement est aussi irréversible, mais qui comporte, par rapport à l'installation de même type connue, un nombre important de perfectionnements ayant pour effet d'accroître encore considérablement le rendement en eau chaude et de rendre ainsi possible l'emploi de telles installations à l'échelle indus- trielle.
L'installation suivant l'invention est caractérisée par le fait qu'elle comporte un ou plusieurs récepteurs du rayonnement solaire en communica- tion avec un échangeur de chaleur disposé à la base d'un réservoir d'accumulation d'eau chaude, ledit échangeur de chaleur étant prolongé à sa partie supérieure par un accélérateur débouchant dans ledit réservoir d'accumulation au-dessus du plan horizontal médian de ce dernier.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, un réservoir de com- pensation niveau constant ou un vase d'expansion est raccordé à la tubulure su- périeure de l'échangeur de chaleur.
Selon une forme de réalisation de l'invention, l'accélérateur est constitué par un tube à paroi très mince prolongeant vers le haut la colonne d'eau chaude sortant du faisceau tubulaire de l'échangeur de chaleur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui représentent, schématiquement et simplement à titre d'exemple, une forme de réalisation de l'ins- tallation.
Sur ces dessins :
La fig. 1 est une vue en élévation d'ensemble d'une installation à deux récepteurs du rayonnement solaire.,
La fig. 2 est une vue en coupe d'un échangeur surmonté de son accélé- rateur.
La fig. 3 est une vue en plan de l'échangeur de la fig. 2.
La fige 4 est une vue de profil de l'ensemble comportant le réservoir d'accumulation d'eau chaude, l'échangeur et les appareils accessoires.
La fig. 5 est une vue en coupe partielle suivant V-V de la fig. 4.
La-fig. 6 est une vue en coupe suivant VI-VI de la fig. 7 d'un récepteur du
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rayonnement solaire.
La fig. 7 est une vue en plan correspondant à celle de la fig. 6.
La fig. 8 est une vue de profil d'un récepteur monté sur ses supports,
La fig. 9 est une vue schématique partie en coupe d'un réservoir de compensation.
La fig. 10 est une vue schématique partie en coupe d'un vase d'expan- sion.
Les figs 11 à 14 sont des vues schématiques illustrant des installa- tions à plusieurs récepteurs du rayonnement solaire.
En se reportant à la fig. 1 d'ensemble, l'installation comporte deux récepteurs du rayonnement solaire désignés par 1, un échangeur de chaleur 2 sur- monté d'un réservoir 3 pour l'accumulation d'eau chaude et un réservoir de com-- pensation, ou un vase d'expansion 4, chaque récepteur 1 étant relié à l'échangeur 2 par une tubulure inférieure 5 et une tubulure supérieure 6, en matière plasti- que, serrée par des colliers.
Selon l'exemple d'exécution représenté aux figs 2 et 3, l'échangeur de chaleur proprement dit, désigné par 2 à la fig. 1, comporte un corps cylindri- que 7 en cuivre dans lequel sont montés des tubes 8 parallèles, en cuivre rouge, maintenus entre deux plaques, telles que 10, obturant le corps 7 à ses deux ex- trémités. Le corps 7 est pourvu de deux brides 9 et 9' pour le raccordement des tubulures 5 et 6, ce corps 7 avec les tubes 8 qu'il contient, étant logé dans une cuve 7' (voir figs 4 et 5) elle-même placée dans une jaquette 2' de protection.
L'espace compris entre la cuve 7' et la jaquette 2' est rempli d'une matière ca- lorifuge, telle que de la laine de verre.
L'espace compris entre le corps 7 et la cuve 7' ainsi que l'espace interne des tubes ¯8 sont destinés à être parcourus par l'eau à chauffer. Celle-ci est délivrée par le réseau d'alimentation et pénètre à l'intérieur de la cuve 7; par une tubulure T surmontée d'un déflecteur S en forme de disque incurvé.
En ce qui concerne le liquide chauffant provenant du ou des récepteuri 1 il circule à l'intérieur du corps cylindrique 7 tout autour des tubes 8.
A son extrémité supérieure, le faisceau formé par les tubes 8 débou- che dans un tube 11, en métal ou matière plastique, de même section que le corps
7. Ce tube 11, qui constitue l'accélérateur dont il a été fait mention, est à pa- roi très mince et pénètre à l'intérieur du réservoir 3 à la base duquel est fixé, par l'intermédiaire de deux collerettes boulonnées, 171-échangeur 2 (voir figs 4 et 5). La hauteur du tube 11 est telle qu'il débouche dans le réservoir 3 au-des- sus du niveau du plan horizontal médian de ce dernier.
Grâce à la présence de l'accélérateur 11, il se forme dans le réser- voir 3, lorsque l'installation est en service, une colonne d'eau de grande hau- teur qui rend très intense la circulation de l'eau par thermo-siphon, d'où il résulte un accroissement considérable du rendement. Une autre action de l'accélé- rateur est qu'il chasse très rapidement vers le haut du réservoir 3 l'eau chaude dès sa production, de sorte qu'on obtient une rapide mise en service et une grande souplesse de fonctionnement de l'installation.
En ce qui concerne le réservoir 3 à la base duquel l'échangeur est monté, il est constitué (figs 4 et 5), par une cuve métallique 12, de préférence en acier galvanisé, en acier inoxydable ou en cuivre rouge, selon les cas, enfer- mée dans une gaine 13 en une'matière calorifuge, telle que la laine de verre, pro tégée elle-même des intempéries par une jaquette 14 en métal léger ou en acier galvanisé mince. L'intervalle entre la jaquette 14 et la cuve 12 est maintenu constant à l'aide de barrettes 15 en matière isolante. Le réservoir 3 forme ainsi un véritable récipient isotherme de sorte que la perte de calories par radiation --ou-convection est pratiquement nulle.
Comme représenté, le réservoir 3 est sup-
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porté à la hauteur convenable par trois pieds 16 soigneusement isolés au moyen de cales en matière isolante.
Bien que cela ne soit pas indispensable, la cve 12 est pourvue vers son sommet d'un alvéole destiné à recevoir une résistance électrique 17 de faible puissance commandée par un thermostat 18 placé à proximité. Cette résistance qui n'est appelée à fonctionner que très rarement, par exemple lors d'une longue pé- riode de pluie, permet lorsqu'elle est en service de maintenir toujours une petite quantité d'eau chaude en réserve, et cela avec une consommation de courant infime du fait qu'elle n'a à fournir qu'un appoint de calories.
Pour l'évacuation de l'eau chaude du réservoir, celui-ci est pourvu d'une conduite 19 s'ouvrant aussi haut que possible dans la cuve 12 et noyée dans la gaine 13.
Le fluide chauffant fournissant à l'échangeur de chaleur 2 les calo- ries nécessaires au fonctionnement de ce dernier pravient d'au moins un récepteur du rayonnement solaire. Celui-ci (voir figs 6 et 7) est constitué par un châssis 20 réalisé à l'aide d'une cornière à branches inégales, de préférence en acier profilé à froid galvanisé, le fond dudit châssis étant obturé par une plaque 21 en fibro-ciment sur laquelle repose une couche 22 en laine de verre.
C'est sur cette couche 22 que repose la cellule réceptrice du rayonnement solaire, cette cellule ayant, ainsi qu'il résulte du dessin, la forme d'un rectangle dont le grand coté est sensiblement deux fois plus long que le petit-
La cellule précitée est constituée par deux feuilles métalliques 23 et 24, agrafées l'une à l'autre et réunies par soudure sur toute leur périphérie, les deux feuilles précitées étant en outre maintenues très rapprochées l'une de l'autre par de nombreux points de soudure électrique? tels que 23, rationnellement disposés pour faciliter la circulation entre ces deux feuilles du liquide chauf- fant porté à température élevée par le rayonnement solaire.
De préférence, la face supérieure de la feuille métallique 24 est re- couverte d'un enduit à texture granuleuse à base de noir de fumée.
Dans l'espace délimité par les deux feuilles 23 et 24, et sur l'un des petits c8tés du châssis 20, débouchent deux tubulures 26-et 27 de forte section qui correspondent, respectivement, aux tubulures 5 et 6 indiquées 'ci=dessus et qui sont raccordées aux deux brides 9 et 9' de l'échangeur de chaleur.
La cellule constituée par les deux feuilles 23 et 24 est maintenue en place dans le châssis 20 par quatre petites languettes de bois 28 rapportées à l'aide de vis sur ledit châssis.
La protection de la cellule contre les intempéries est assurée par un cadre 29 réalisé à l'aide de profilés en T en fer galvanisé, ce cadre étant recou- vert d'une bande de matière plastique dans laquelle sont enchâssées des feuilles de verre, l'ensemble constituant un couvercle transparent qui est fixé sur le châssis 20 l'aide de vis.
Sur les petits cotés du châssis 20 sont soudés deux tenons 30 et 31 filetés permettant, avec des écrous, le montage de chaque récepteur 1 (fig. 8), en position inclinée sur un support constitué par un élément coudé 32 et un élé- ment rectiligne 33, ces deux éléments étant réalisés à l'aide d'un fer plat gal- vanisé ét étant percés chacun d'un trou recevant, respectivement, les tenons 30 et 31. Pour permettre de faire varier l'inclinaison du récepteur 1, l'élément 32 est percé de trous 34 avec chacun desquels on peut amener en concordance un trou percé à, l'extrémité libre de l'élément 33,
qui est immobilisé à l'aide d'un boulon traversant le trou de l'élément 33 et'le trou 34 de l'élément 32 en con- cordance avec le précédent. Il est à. remarquer que le fer plat utilisé pour la réalisation des éléments 32 et 33 est de préférence très mince, de manière à pré- senter une flexibilité suffisante pour permettre une dilatation éventuelle du châs- sis 20.
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Comme on l'a indiqué précédemment, l'installation comporte un réser- voir de compensation ou un vase d'expansion 4 raccordé à la tubulure supérieure 6 de l'échangeur de chaleur 2.
Dans les installations destinées aux pays chauds et afin de ne pas avoir à surveiller le niveau de l'eau dans le ou les récepteurs de ladite instal- lation, même en cas d'ébullition ou de fuite, il est indiqué d'équiper ladite ins tallation d'un réservoir de compensation à niveau constant. Comme représenté à la fig. 9, le réservoir en question peut être constitué par un récipient 35 dans le- quel débouche un tube 36 d'alimentation en eau contrôlé par un clapet obturateur 37 soumis à l'action d'un flotteur 38.
Dans les pays tempérés, où l'ébullition est moins à craindre, on peut remplacer le réservoir de compensation à niveau constant qui vient d'être décrit par un simple vase d'expansion, tel que 39 (fig. 6), de préférence en une matière plastique translucide, ce vase étant obturé par un simple clapet à boule 40 fer- mant l'ouverture 41 de remplissage.
Le fonctionnement de l'installation décrite est le suivant :
L'installation étant mise en place sur un toit ou sur une terrasse, dans un jardin ou contre un mur, etc.., de façon que le ou les récepteurs 1 soient exposés le plus possible aux rayons du soleil, on commence par remplir d'eau le réservoir d'accumulation 3, puis on remplit de même le ou les récepteurs 1 avec de l'eau à laquelle on a ajouté, de préférence, un liquide anti-gel pour abaisser son degré de congélation.
Dès que les rayons du soleil frappent le ou les récepteurs de l'ins- tallation, la température s'élève dans ceux-cide sorte que le liquide se met en circulation par thermo-siphon, en circuit ferme, et réchauffe le corps 7 de l'é- changeur 2. A son tour, l'eau contenue dans ledit corps s'échauffe et s'élève dans l'accélérateur 11 d'où elle est chassée vers le haut du réservoir 3 en amor- çant ainsi le fonctionnement d'un second thermo-siphon qui, accélérant à son toun le fonctionnement du premier thermo-siphon, augmente le rendement de l'ensemble dans des proportions considérables.
L'eau chaude s'étant rapidement accumulée dans le réservoir 3, si l'on ouvre un robinet d'eau chaude le volume d'eau prélevé est aussit8t remplacé par un égal volume d'eau froide qui pénètre par la tubulure T surmontée du déflec- teur S.
Grâce à l'ensemble des dispositions adoptées et décrites ci-dessus l'installation selon l'invention est d'un rendement considérable, la quantité de chaleur produite.Q, résultant de la formule
Q = # S (T-t) dans laquelle : e # désigne le coefficient de conductivité thermique de la matière servant à la fabrication des tubes 8, coefficient qui pour le cuivre rouge est égal à 320,
S désigne la surface totale des tubes 8 qui par construction est très importante, e désigne l'épaisseur des tubes 8 qui est la plus faible possible, compte tenu de la résistance à la pression, (T-t) désigne la différence des températures entre la température T dans les ré- cepteurs et la température t au bas de l'échangeur,
différence qui est rendue maximum par le jeu de l'accélérateur qui renvoie rapidement vers le bas la plus grande quantité d'eau à la température minimum, est maximum.
Il y a lieu de remarquer pour terminer que dans une installation ne comportant qu'un échangeur de chaleur 2 et un réservoir d'accumulation d'eau chau de 3, il est possible, suivant le débit d'eau chaude désiré, d'utiliser un, deux
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ou plusieurs récepteurs 1. D'une manière générale, et à titre d'exemple non li- mitatif, on peut dire que l'on peut utiliser un seul récepteur 1 pour un appareil de 125 litres, deux récepteurs 1 montés en parallèle (fig. 11) pour un appareil de 250 litres, quatre récepteurs 1 montés en parallèle, soit sous la forme d'un éventail (fig. 12), soit sous la forme d'un bloc (fig. 13), suivant la place dont on dispose, pour un appareil de 500 litres.
Rien n'empêche non plus pour un appa- reil de 500 litres, qui semble être la capacité maximum, de monter, comme le mon- tre la fig. 14, six récepteurs 1 en parallèle. Si, avec cette dernière disposition, la capacité n'est pas augmentée on dispose toutefois d'une puissance de chauffe considérable.
Bien entendu il est possible, selon le.résultat que l'on veut obtenir, d'adopter de multiples combinaisons toujours simples et, par exemple: a) de monter plusieurs appareils de 500 litres en parallèle pour avoir de plus grandes capacités que celles indiquées ci-dessus ; b) de monter en série une installation selon l'invention avec un chauffe-eau électrique déjà existant : c) de monter en parallèle une ou plusieurs installations selon l'in- vention qui sont à leur tour montées en série avec un appareil comportant un brûleur alimenté en combustible liquide fluide ou gazeux, etc...
Il va de soi que l'installation n'a été décrite et représentée qu'à titre purement explicatif;, nullement limitatif. et que diverses modifications de détail pourraient être apportées à la forme de réalisation indiquée sans qu'on sorte pour cela du domaine de l'invention. C'est ainsi, par exemple, que le corps
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cylindrique 7 de l'àchangeixr 2 pourra être npr''nr*ê pour augm¯-e.: sa résistance à la pression.
REVENDICATIONS.
1.- Installation perfectionnée pour la production d'eau chaude par accumulation de l'énergie solaire, caractérisée par le fait qu'elle comporte'un ou plusieurs récepteurs du rayonnement solaire (1) en communication avec un échan- geur de chaleur (2) disposé à la base d'un réservoir d'accumulation d'eau chaude (3), ledit échangeur de chaleur étant prolongé à sa partie supérieure par un ac- célérateur (11) débouchant dans ledit réservoir d'accumulation au-dessus du plan horizontal médian de ce dernier.