INVENTION
Toiture et combles pompe à chaleur à absorption alternative
I. Description de l'invention
Afin de pouvoir aisément absorber les calories provenant du rayonnement direct en utilisant un minimum de surface de panneaux solaires qui deviennent l'héliostat statique bouilleur solaire dans la pompe à absorption alternative,
la toiture et les combles sont utilisés pour y installer la pompe à chaleur à absorption alternative avec ses capteurs solaires et les stocks de calories pour le chauffage et le refroidissement.
Dans le but de capter le rayonnement direct au maximum sans faire appel à aucune énergie autre que l'énergie solaire l'héliostat statique sera composé d'un panneau bouilleur recouvert de plaques ondulées en matière plastique cristal transparent formant un angle sur l'horizontale de manière à faire face à la solstice située entre les équivoxes et la solstice d'hîver, pour la Belgique cet angle est
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ne seront pas calorifigés, leur inclinaison sur l'horizontale sera de 35 [deg.] à
40 [deg.] et formerait le versant opposé.
L'emploi des plaques ondulées en plastique cristal transparent permet d'absorber
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autre matériau transparent ondulé peut être employé mais le prix risque d'être trop important en fonction du gain de calories réalisé. L'intérieur capteur des calories produites par le rayonnement sera constitué de tuyaux en acier capables de résister à une pression de 150 bars, les chauffeurs de NH4 OH seront en acier
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le NH4 OH seront en thermoplastique ou.en néoprène pour les sections où la tempé-
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150 bars.
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La première partie, soit 20 % à 30 % de la surface de l'héliostat sera le
chauffeur du NH3 H20, le NH3 OH se dilate et passe dans le refroidisseur filtre séparateur du H20 descend et retourne vers l'absorbeur avec le mélange pauvre
en amoniac et le NH3 passe dans la deuxième partie de l'héliostat où il est
chauffé à très haute température par l'énergie solaire c'est à cet endroit que
la compression est la plus importante et pourrait en-cas de fort rayonnement atteindre plus de 100 bars.
Ensuite le NH3 sec et très chaud passe dans l'échangeur condenseur ou le circuit chauffage ou le circuit vers la réserve de calories solaires vient prendre les calories du rayonnement direct ou celle fournie par le bouilleur interne et le rayonnement diffus.
Le condenseur échangeur à contre-courant sert aussi de chauffe eau sanitaire.
Après le condenseur, le NH3 passe dans un détenteur où il se refroidi jusqu'à
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par une source à basse température ; la partie finale de l'évaporateur passe dans
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cheminée de la chaudière du bouilleur interne pour récupérer les calories des fumées ; après le NH3 chargé des calories à basse température arrive dans l'absor-
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La circulation du NH4 OH et mélange pauvre est assurée par une soupape antiretour et un circulateur, le régime de cette circulation est réglé par un robinet de fin réglage placé sur le retour du H20 pauvre en amoniac à l'absorbeur.
C'est la ciruclation du NH4 OH et H20 (mélange pauvre) qui permet le fonctionnement de la pompe à chaleur avec la pénétration continue de l'amoniac dans-l'eau et son évaporation produite par la chaleur des bouilleurs.
La pompe à chaleur à absorption alternative fonctionnant à l'énergie solaire et par le chauffage du bouilleur interne avec ses accessoires est revendiquée dans
le présent brevet, car jusqu'à présent aucune application de la machine à absorption adaptée à l'énergie solaire est connue dans l'application du chauffage et
du refroidissement des bâtiments et autres applications domestiques et industrielles.
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Avec le chauffage par le sol à semi-convection amélioré dans le présent brevet par rapport à mon brevet n[deg.] 900.974 et aussi revendiqué ici, ce système a l'avantage de permettre d'utiliser un chauffage à basse température ce qui augmente
la rentabilité de l'énergie stockée produite par le rayonnement direct et augmente le rendement du bouilleur interne lorsque le rayonnement diffus est utilisé.
II. Description des divers composants
1) Héliostat statique bouilleur solaire et réchauffeur du NH3
De préférence l'héliostat sera exposé plein sud face à la solstice médiane
aux équinoxes et à la solstice d'hiver, en Belgique cette inclinaison est de
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Dans les situations existantes on cherchera le plus possible à exploiter la meilleure orientation vers cette solstice médiane car c'est cette exposition
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Dans les-autres applications la meilleure orientation de l'héliostat sera recherchée.
L'héliostat est intégré dans la toiture le dos et le périmètre sont complètement isolés avec des plaques réfléchissantes en polyuréthane régide expansé.
Les échangeurs seront en tuyaux en acier de 1/2 et 1 ' de diamètre et assemblés de façon à s'encastrer dans les ondes d'une tôle ondulée dont le but est d'augmenter la surface d'échange de l'ensemble.
L'ensemble des tuyaux est fixé sur les ondulés à l'aide de bandes de fer plat à une distance d'environ 1 m l'un de l'autre, le rôle de ces fers plats est aussi de servir d'appui et de fixation des plaques ondulées transparentes en matière plastique.
L'ensemble échangeurs et tôles ondulées est fixé sur le dos réflecteur et peint
à l'aide d'une couleur anti-rouille absorbante noir mat.
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Dans l'héliostat se trouve deux échangeurs ; le premier est le chauffeur de
NH4 OH, il est équipé de trois raccords, deux supérieurs, un pour l'arrivée
du NH4 OH préchauffé par l'échangeur à contre-courant des calories mélange pauvre vers le mélange riche en amoniac, situé dans le bas des combles en dehors de l'héliostat ; l'autre raccord est la sortie du NH3 OH vers le refroidisseur et filtre séparateur du NH3 et H20.
Dans le bas du côté opposé à l'arrivé du NH4 OH se trouve la sortie du mélange pauvre ou H20.
Le bouilleur de NH4 OH représente la plus petite surface de l'héliostat, elle est juste suffisante pour chauffer par le rayonnement direct le NH4 OH pour séparer le NH3 avec le minimum de vapeur d'eau, cette surface sera environ de
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sec arrivant du filtre séparateur de vapeur d'eau.
Cet échangeur est équipé dans sa partie inférieure du raccord d'arrivé du
NH3 venant du filtre refroidisseur séparateur de la vapeur à eau et du NH3
donc. il s'agit de l'arrivée du NH3 sec qui sera chauffé au maximum par ce dernier échangeur solaire.
Dans le haut du côté opposé à l'arrivée du NH3 sec refroidi se trouve la sortie du NH3 sec chaud et à haute pression c'est aussi le départ du NH3 sec chaud vers l'échangeur condenseur.
Entre le filtre séparateur et le réchauffeur solaire de NH3 se trouve une vanne à trois directions raccordée au régulateur différentiel. Elle met en service le réchauffeur interne lorsque le rayonnement direct est devenu insuffisant et les deux réchauffeurs seront équipés chacun d'une soupape de sécurité.
2) Le refroidisseur filtre séparateur de la vapeur d'eau du NH3
Dans les combles, entre le chauffeur de NH4 OH et le NH3 est raccordé extérieurement le refroidisseur qui est un échangeur à contre-courant avec passage central de l'avant dernière section de l'évaporateur où le NH3 détendu absorbe les calories du NH3 OH et fixe la vapeur d'eau sur le tuyau central et sur la parroi extérieur.
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De façon à faire circuler le NH3 OH à contre-sens du NH3 détendu, le NH3 OH pénètre par un côté haut de l'enveloppe de l'échangeur et ressort par l'autre côté haut opposé presque totalement asséché, par le point central sort l'eau condensée qui avec le restant d'eau. arrivant du filtre séparateur sera renvoyée par ravité vers le bas et vers l'absorbeur comme expliqué ci-avant.
Le présent ensemble est commun au bouilleur solaire et au bouilleur interne ; il n'est pas calorifugé.
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mélange riche en amoniac
Cet: échangeur est situé dans les combles du côté bas de l'héliostat tandis que le refroidisseur ci-dessus est situé le plus haut possible dans les combles afin de bénéficier au maximum de la circulation de l'eau de condensation vers
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Il est raccordé entre le circulateur et le chauffeur de NH4 OH solaire ou le chauffeur de NH4 OH interne.
Le mélange riche passe dans le tuyau central de l'échangeur et le mélange pauvre passe dans le tuyaux extérieur, l'ensemble est calorifugé jusqu'à l'héliostat. Les tuyaux d'arrivée du mélange riche de l'absorbeur avec l'anti-retour et
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réglage ne sont pas calorifugés.
La sortie du mélange riche de l'échangeur vers l'héliostat est équipée d'une vanne à trois directions de façon à dévier le NH4 OH préchauffé vers le chauffeur interne du NH4 OH ou vers le chauffeur solaire du NH4 OH.
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Le NH3 sec et très chaud sortant de l'héliostat ou du bouilleur interne passe dans le condenseur échangeur à contre-courant qui est équipé d'un serpentin en fer central où passe le NH3 chaud.
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Juste à l'intérieur de l'enveloppe extérieure se trouve le serpentin en polyéthylène dans lequel circule l'eau sanitaire, aussi l'échangeur condenseur sert de chauffe-eau sanitaire.
Dans l'enveloppe extérieure circule aussi à contre-courant du NH3 chaud l'eau
du chauffage ou de la réserve de calories chaudes, un robinet de réglage détermine le niveau de la température à atteindre par cette eau lorsqu'elle circule, un bi-passe avec vanne électrique ouvre tout le circuit lorsqu'il y a accumulation de calories dans la réserve chaude solaire ce qui est commandé par l'aquastat de la réserve solaire.
D'autre part, le condenseur est équipé d'un thermomètre monté sur la conduite
de sortie et d'un aquastat montés sur le côté froid de l'enveloppe extérieure,
il commande le fonctionnement du bouilleur interne lorsque le chauffage solaire est insuffisant pour chauffer l'eau sanitaire.
Lorsque le chauffage solaire fonctionne, un inverseur coupe l'aquastat du chauffe-eau.
Le condenseur échangeur à contre-courant et chauffe-eau sanitaire est complètement calorifugé ainsi que toutes les conduites de raccordement, il est situé
dans les combles.
La réserve de calories solaires chaudes est raccordée directement sur le condenseur et est située aussi dans les combles juste en-dessous du condenseur chauffe eau sanitaire.
5) La réserve de calories solaires chaudes
La réserve de calories chaudes est constituée d'un réservoir en acier résistant à la pression de 10 bars, sa capacité minimum sera de 5.000 litres d'eau,
il sera totalement calorifugé ainsi que toutes les conduites y aboutissant.
La réserve de calories chaudes sera équipée dans le haut d'un trou d'homme sur lequel se trouve le raccord d'arrivée d'eau chaude du condenseur, le départ d'eau chaude du chauffage central, l'emplacement pour un aquastat et un thermomètre. Dans le bas de la réserve se trouve d'un côté le départ de l'eau froide vers
le condenseur, le raccord est équipé du circulateur solaire d'un vase d'expansion et d'une soupape de sécurité.
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Le circulateur solaire est commandé par le régulateur solaire différentiel et
si ce dernier n'est pas en activité par l'aquastat situé sur le trou d'homme
de la réserve de calories solaires ce qui est possible par la présence d'un rupteur.
Lorsque le thermostat d'ambiance met en circulation l'eau du chauffage central
la température de la réserve et du condenseur diminue et finalement l'aquastat de ce dernier commandera le bouilleur interne et le-circulateur solaire si le régulateur différentiel solaire n'est pas enclenchée.
Par ce système de régulation chaque élément fonctionne s'il est nécessaire d'où une économie importante d'énergie.
6) L'évaporateur
L'évaporateur sera constitué en plusieurs parties. Directement après la soupape de sécurité et le détenteur le circuit NH3 à basse pression sera équipé
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Ensuite se trouve en série l'évaporateur principal, le séparateur de vapeur d'eau du NH3 OH et enfin le récupérateur de calories des fumées provenant de
la chaudière du bouilleur interne.
L'évaporateur principal constituera une réserve de calories froides, sa capacité aura un minimum de 1.000 litres de saumure, lé circulateur de-cet évaporateur sera commandé par un aquastat différentiel situé au point froid et au point le plus chaud du capteur à basse température.
Le saumure sera le transporteur de calories à basse température, venant des capteurs de ces calories.
Ces capteurs pourraient être :
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mais équipés de réflecteurs comme expliqué dans la description de l'invention ;
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2[deg.]) Un absorbeur de calories à circulation forcée d'air ;
3[deg.]) Des tuyaux en polyéthylène circulant dans la terre ;
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5[deg.]) Un serpentin capteur placé dans tout autre matière à refroidir, lait
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Dans ces derniers cas le bouilleur interne peut aussi être commandé par l'aquastat de l'évaporateur principal ;
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les calories à basse température dans l'air libre, cette dernière solution ne semble pas adaptable dans les pays trop froids où la température de l'air est trop basse, par exemple pendant les nuits de forte gelé (hiver 1985) alors que pendant la journée la température est acceptable ; dans ce cas le passage par une réserve de calories froides permet certainement un meil; : leur rendement pour le bouilleur interne, vu que l'on dispose d'un stock de
calories à basse température disponibles pour assurer le chauffage ou le
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L'absorbeur est constitué par un réservoir en acier d'une capacité minimum de 300 litres qui sera le centre de passage du NH3 dans l'eau, l'intérieur de
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par de la résine époxy.
Le niveau du milieu de l'absorbeur se situe à environ le milieu du niveau du chauffeur du NH4 OH du bouilleur solaire, cette situation de niveau sera aussi celle du réchauffeur du NH4 OH du bouilleur interne.
L'absorbeur ne sera pas calorifuge, dans le haut se situe l'arrivée du NH3 chargé des calories à basse température et le retour du H20 pauvre provenant de l'un des deux bouilleurs, sur le raccordement de ce retour se trouve le robinet de fin de réglage du débit du retour du mélange pauvre.
Le point bas de l'absorbeur est équipé du départ du NH4 OH, mélange enrichi
vers l'un des bouilleurs et de l'anti-retour. Sur le circuit vers l'échangeur des calories du mélange pauvre vers le mélange riche se trouve le circulateur Victor EVRARD
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8) Le bouilleur interne
Le bouilleur interne est équipé d'une partie centrale qui est le chauffeur
du NH4 OH, en acier inoxydable ou en aluminium, cette partie centrale est équipée dans le haut de l'arrivée du.NH4 OH et du départ du NH3 OH dans le bas du retour du H20 pauvre vers l'échangeur de calories mélange riche et mélange pauvre et ensuite vers l'absorbeur.
Autour de cette partie centrale se trouve le serpentin de réchauffage du NH3
et enfin l'enveloppe extérieure avec l'arrivée à contre-courant de l'eau chaude produite par la chaudière annexe et de l'autre côté la sortie de l'eau de retour, ce circuit de retour est équipé du circulateur, du vase d'expansion et de la
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A côté du bouilleur interne se trouve la .chaudière qui peut être une chaudière neuve ou existante qui sera totalement isolée du chauffage central elle sert uniquement à chauffer le bouilleur interne.
9) Le récupérateur des calories des fumées de la chaudière du bouilleur interne
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et à la sortie est équipée d'un coude sur lequel on raccorde un grand caisson contenant un serpentin avec tuyaux à ailettes vers le haut de ce caisson est raccordé la suite de la cheminée avec un anti-refouleur, le même tuyau est raccordé vers le bas avec un anti-refouleur identique.
L'ensemble de ce récupérateur est calorifigé ; les fumées arrivant de la chaudière cèdent leurs calories au serpentin évaporateur, si la température devient trop basse les fumées descenderont et s'évacueront par le tuyau du bas et si elles restent suffisamment chaudes elles sortiront vers le haut.
Ce système est obligatoire afin d'être certain de l'évacuation des gaz brûlés en toutes circonstances, tout en récupérant le maximum de ralories.
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10) Le chauffage au sol par semi-cenvection
Le chauffage par le sol est très proche de celui décrit dans mon brevet
n[deg.] 900.974.
Afin de bénéficier au maximum des calories produites par le rayonnement solaire direct, le chauffage au sol à basse température répond à ce but mais dans le présent système un chauffage classique avec surface de chauffe renforcée peut être adopté.
Le chauffage par le sol prévu dans le présent brevet est simplifié au point de vue montage, il est constitué d'un double ou triple serpentin alterné de façon à ne pas devoir effectuer de soudure dans les tuyaux en polyéthylène, le système de semi-convection est conservé.
Par ce système de serpentin alterné dans les ondes des tôles ondulées permet une meilleur répartition de la chaleur en surface car le sens de circulation
de l'eau de chauffage peut être alternée.
III. Champ d'application du présent brevet
L'utilisation de la toiture et des combles pour assurer le fonctionnement d'une pompe à chaleur à absorption est applicable à tous les bâtiments qu'il s'agisse d'immeubles particuliers, de villas, d'immeubles à appartements multiples, de bâtiments publics ou industriels.
Dans certains cas où il y a une importante production de déjections associées avec des déchets domestiques d'origine animales ou végétales, l'installation d'un digesteur avec stockage du biogaz ou CH4 pourra être envisagé comme dans
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Dans ce cas le biogaz sera utilisé pour chauffer les bouilleur interne, ainsi l'autonomie pour le chauffage central et l'eau chaude sanitaire pourra atteindre
100 %, par exemple dans les exploitations agricoles et d'élevage, la production du biogaz permettra, sur la base du présent brevet, de disposer d'une quantité
de CH4 plus importante, de manière à ce que l'alimentation par réservoir container Victor EVRARD
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peut être envisagée pour alimenter des stations et utiliser le biogaz avec complément de gaz naturel, comme carburant automobile.
De toute façon le stockage du biogaz devra toujours se faire à 200 bars ou
300 bars.
Je pense que cette exploitation peut avoir un certain avantage et que cette dernière application est possible à condition de disposer des capitaux de départ suffisants.
Dans ce dernier principe l'élément positif est que la quantité de biogaz produite par digestion anaérobie ne doit pas être impotée d'où une certaine économie de devise avec tous ses avantages.
L'application du présent principe est-revendiqué dans la présente invention.
IV. Conclusions
Par rapport aux brevets précédents l'usage de la pompe à chaleur à absorption
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que la résistance des conduites et accessoires, avec l'énergie solaire qui ne coûte rien et lorsque cette énergie est devenue insuffisante utiliser un carburant classique pour chauffer le bouilleur interne, ce carburant, même le-gazoil, sera beaucoup moins cher que l'usage de l'électricité à tarif réduit mais en plus, le présent brevet permet dans une étape finale d'atteindre l'autonomie totale pour le chauffage central et l'eau chaude sanitaire et même dans des unités adéquates de dépasser ce stade, lorsqu'il y a utilisation du biogaz.
La présente pompe à chaleur a l'avantage de réduire la surface des panneaux solaires qui sont dans la plus part des cas intégrés à la construction en con-
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classiques.
La présente pompe à chaleur à absorption alternative peut avantageusement être utilisée pour produire du froid pour les frigos et pour refroidir les
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INVENTION
Toiture et combles pompe à chaleur à absorption alternative
NOMENCLATURE DE LA FEUILLE DE DESSIN
1 et 2 - Vannes électriques à trois directions
3, 4, 5, 6, 7 - Circulateurs
CH - Chaudière
A B S - Absorbeur
V E - Vase d'expension
I N V - Inverseur
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A R - Anti-retour
F S - Filtre séparateur
C 0 N D - Condenseur chauffe-eau sanitaire
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R C C H S - Réserve de calories chaudes solaires R D - Régulateur différentiel
A Q U - Aquastat
T H A - Thermostat d'ambiance
D - Détendeur
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S A U - Saumure
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en thermoplastique
---- - Conduites électriques <EMI ID=34.1>