"Dispositif d'accumulation et d'utilisation de
<EMI ID=1.1> L'invention concerne un dispositif d'accumulation de l'énergie thermique issue du rayonnement solaire, et d'utilisation ultérieure de la chaleur accumulée.
On connaît depuis longtemps l'usage de réflecteurs, en substance paraboliques, pour concentrer le rayonnement solaire dans une zone réduite de l'espace, de façon à engendrer une température très élevée.
Selon l'invention, on se propose d'accumuler la chaleur issue du rayonnement solaire recueilli à l'aide d'un tel réflecteur, en vue de son utilisation ultérieure, par exemple à un moment où le rayonnement solaire fait défaut ou est insuffisant.
Plus particulièrement on se propose selon l'invention de fournir un dispositif simple et robuste de captation et d'accumulation de la chaleur issue du rayonnement solaire et de restitution de cette chaleur à des moments choisis indépendamment du rayonnement solaire.
Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif susceptible de fonctionner sur un mode autonome, et pouvant être réalisé, pour certaines applications, dans des dimensions et avec un poids le rangeant dans la catégorie des dispositifs portables.
Encore un autre but de l'invention est de fournir un dispositif d'accumulation de la chaleur issue du rayonnement solaire, et de restitution de cette chaleur à des moments choisis, qui soit extrêmement bon marché au point de vue de sa réalisation.
Un tel dispositif est susceptible d'applications extrêmement nombreuses. C'est ainsi notamment que la chaleur produite et accumulée dans le dispositif peut par exemple servir au chauffage dans des régions où le rayonnement solaire est important au cours de la journée, mais où les écarts de température entre le jour et la nuit sont importants, par exemple dans les déserts.
La chaleur produite et accumulée peut également servir dans un but de réfrigération, par exemple en étant utilisée dans le bouilleur d'un appareil de réfrigération à absorption.
Cette chaleur peut encore être utilisée pour la cuisson d'aliments, les températures disponibles pour l'installation d'utilisation pouvant être supérieures à 300[deg.]C.
Pour des utilisations ne consommant que relativement peu de chaleur, par exemple pour la cuisson d'aliments, le dispositif de l'invention sera réalisé sous la forme portable mentionnée ci-dessus.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif sera de préférence conçu pour un fonctionnement en mode autonome, ce qui le rend directement utilisable à des endroits ne possédant d'autre, source d'énergie que le rayonnement solaire. Un tel dispositif sera particulièrement approprié pour utilisation dans des pays en voie de développement ou dans des zones éloignêes de toute habitation. De plus, l'absence de flamme en fait un dispositif extrêmement sûr pour utilisation dans des régions boisées.
Le dispositif de l'invention se caractérise en ce qu'il comprend au moins
- un réflecteur dans la zone du foyer duquel est disposé un capteur destiné à être parcouru par un fluide à réchauffer
- un circuit d'accumulation de la chaleur, comprenant une source froide de fluide à réchauffer, une source chaude destinée à recevoir le fluide réchauffe par passage dans le capteur, une conduite reliant la source froide à la source chaude en passant par le capteur, et un moyen moteur pour faire circuler le fluide dans ladite conduite, de la source froide vers la source chaude.
- un circuit d'utilisation ou de dissipation de la chaleur accumulée, comprenant ladite source chaude, un moyen de dissipation de la chaleur du fluide, ladite source froide destinée à recevoir le fluide refroidi par passage dans le moyen de dissipation,
une conduite reliant la source chaude à la source froide en passant par le moyen de dissipation, et un moyen moteur pour faire circuler le fluide de la source chaude vers la source froide.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la source froide et la source chaude sont constituées chacune d'un réservoir. L'espace interne de chaque réservoir est divisé en deux chambres par une paroi mobile, l'une des chambres de chaque réservoir étant destinée à recevoir le fluide servant de véhicule de la chaleur, et l'autre étant une chambre pressurisable. La chambre pressurisable de la source froide est
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la chambre pressurisable de la source chaude est mise sous pression et celle de la source froide est reliée à l'atmosphère pour l'utilisation de la chaleur accumulée.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comprend un réservoir unique, contenant un élément accumulateur de chaleur et situé dans une boucle parcourue en circuit ferme par le fluide servant de véhicule de la chaleur. Ce fluide, recevant la chaleur du capteur, apporte cette chaleur à l'élément accumulateur, auquel il la cède, en phase d'accumulation, et prélève de la chaleur de cet élément accumulateur pour l'amener à un échangeur en phase d'utilisation.
L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description, en même temps qu'au dessin annexé, qui représente, uniquement à titre d'exemple, divers modes de réalisation de l'invention, et dans lequel :
- la figure 1 est une vue schématique, partiellement en coupe, d'un premier mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique, partiellement en coupe, d'un second mode de réalisation de l'invention,
- la figure 3 est une vue partielle d'une variante du mode de réalisation de la figure 2.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, le dispositif de l'invention comprend un réflecteur 1, dans la zone du foyer duquel est disposé un capteur 2.
Le capteur 2 est relié par une conduite 3 à un premier réservoir 4, et par des conduites 5, 5' à un second réservoir 6, en passant par une vanne à trois voies 7. Une conduite 8 est branchée entre la conduite 3 et une installation d'utilisation ou de dissipation 9, tandis qu'une conduite 10 est Dranchée entre l'installation d'utilisation 9 et la vanne à :rois voies 7.
Les réservoirs 4 et 6 sont destinés à recevoir un flui-de servant de véhicule de la chaleur, que l'on désignera ciaprès par fluide caloriporteur. Dans un premier temps, ce fluide capte la chaleur produite dans la zone du foyer du réflecteur - dans le capteur 2 - et accumule cette chaleur dans un élément accumulateur. Le dispositif fonctionne alors dans le mode d'accumulation, et le fluide parcourt un premier circuit, ou circuit d'accumulation.
Dans un second temps, la chaleur accumulée par l'intermédiaire du fluide est cédée dans une installation d'utilisation ou de dissipation. Le dispositif fonctionne alors dans le mode d'utilisation, et parcourt un second circuit, ou circuit d'utilisation.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, le circuit d'accumulation comprend, en allant de l'amont vers l'aval dans le sens de circulation du fluide, le réservoir 4, la conduire 3, le capteur 2, la conduite 5, la vanne à trois voies 7, la conduite 5' et le réservoir 6.
<EMI ID=4.1>
ment froid, sera pour cette raison désigné par "source froide", tandis que le réservoir 6, destiné à recevoir le fluide relativement chaud, sera pour cette raison désigné par "source chaude".
A la figure 1, les réservoirs 4 et 6 sont représentés en coupe schématique. Comme on le voit, l'espace interne du réservoir 4 est divisé par une paroi mobile il, par exemple une membrane souple, en deux chambres 4', 4". De même, l'es-
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12 en deux chanbres 6', 6".
Les chambres 4', 6' sont destinées à recevoir le fluide caloriporteur,tandis que les chambres 4", 6" sont des chambres pressurisables. Aux fins de cette pressurisation, on a représenté schématiquement au dessin les chambres 4", 6" comme reliées à l'atmosphère par une soupape, respectivement 13, 14. Ces soupapes sont de préférence des soupapes à au moins deux positions; elles assurent dans une position une communication entre les chambres 4", respectivement 6" et l'atmosphère, et agissent dans l'autre position comme des valves permettant la mise sous pression des dites chambres.
La pressurisation de l'une des chambres 4", 6" peut par exemple se faire simplement en raccordant une pompe à main sur l'embout de la soupape 13, 14, et en injectant à l'aide de cette pompe de l'air dans la chambre correspondante.
Dans le mode d'accumulation, le dispositif fonctionne de la manière suivante.
Au départ, la chambre 6' du réservoir ou source chaude
6 est en substance vide, la réserve de fluide caloriporteur se trouvant dans la chambre 4' du réservoir ou source froide
4. La température initiale du fluide n'est pas un paramètre important; ce sera en général la température ambiante.
La vanne à trois; voies 7 étant fermée, la chambre 4" est misa sous pression, par exemple à l'aide d'une pompe à main, tandis que la chambre 6" est mise en communication avec l'atmosphère par l'intermédiaire de sa soupape 14.
La vanne 7 est alors actionnée pour mettre en communication les deux conduites 5, 5'. Le circuit parcouru par le fluide en mode d'accumulation entre la source froide 4 et la source chaude 6, passant la conduite 3, le capteur 2, la conduite 5, la vanne 7 et la conduite 5' est alors établi. L'air sous pression contenu dans la chambre 4" chasse alors par l'intermédiaire de la membrane 11, le fluide de la chambre 4' et l'envoie dans le circuit d'accumulation.
Le fluide caloriporteur passe dans le capteur 2 où il s'échauffe, et le fluide chaud aboutit dans la source chaude
6.
La température que le fluide atteint dans le capteur peut être ajustée en réglant le débit de fluide.
Ceci peut se faire en agissant sur la position de la vanne 7. On peut également prévoir dans le circuit, en aval
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ajustant le débit de celui-ci en fonction de la température détectée, par rapport à la température souhaitée.
Bien que ceci n'ait pas été représenté au dessin, la source chaude 6 sera de préférence isolée thermiquement, pour éviter les déperditions de chaleur. La source froide 4 peut l'être également, bien que ce soit moins important.
Dès que la quantité voulue de fluide chaud s'est accu-mulée dans la source chaude 6, le dispositif peut être amené dans le mode d'utilisation ou de dissipation. En général, on amènera le dispositif en mode d'utilisation lorsque tout le fluide sera passé de la source froide à la source chaude.
Pour faire fonctionner le dispositif dans le mode d'utilisation ou de dissipation, la chambre 4" de la source froide est mise en communication avec l'atmosphère et, la vanne 7 étant fermée, la chambre 6" de la source chaude est mise sous pression, par exemple à l'aide d'une pompe à main.
La vanne 7 est alors actionnée pour amener en communication les conduites 5' et 10.
Du fait de la pression régnant dans la chambre 6", le fluide circule à présent entre la source chaude et la source froide en passant dans le circuit d'utilisation constitué, en allant de l'amont vers l'aval dans le sens de circulation du fluide, par la conduite 5', la vanne 7, la conduite 10, l'installation d'utilisation ou de dissipation 9, la conduite 8 et la partie de la conduite 3 commune aux deux circuits.
Le débit du fluide peut nouveau être ajusté par l'intermédiaire de la vanne 7. Il peut également l'être par un organe approprié disposé dans l'installation d'utilisation 9, par exemple en fonction de la demande en chaleur, ou en fonction de la température du fluide en aval de l'installation 9.
L'installation d'utilisation 9 a été représentée très schématiquement au dessin et ne fait pas partie de l'invention. D� façon générale, elle est constituée par une installation d'échange, dans laquelle la chaleur du fluide caloriporteur est prélevée, le fluide refroidi étant renvoyé dans
la source froide 4.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, la source froide et la source chaude sont confondues en un seul réservoir 116, représenté en coupe.
Comme on le voit, le réservoir 116 est rempli d'un matériau à chaleur spécifique élevée, 117, servant d'accumulateur de chaleur, ce matériau étant fragmenté pour laisser un passage suffisant pour le fluide tout en assurant un contact Lntime matériau accumulateur-fluide, et donc un bon échange thermique entre eux.
De façon. générale, le réservoir 116 constitue un échangeur de chaleur entre le fluide caloriporteur et un élément accumulateur, et l'invention n'est pas limitée au matériau fragmenté représenté au dessin. Ainsi, ce matériau peut être constitué d'un bloc percé de passages pour le fluide, où l'échange peut se faire entre le fluide caloriporteur et un autre fluide enfermé dans des conduits ou analogues.
Le circuit d'accumulation et le circuit d'utilisation se ferment chacun sur le réservoir 116 et constituent des boucles fermées.
Le circuit d'accumulation comprend, en le parcourant de l'amont vers l'aval dans le sens de circulation du fluide, une conduite 105', une pompe de circulation 118, une vanne à trois voies 107, une conduite 105, un capteur 102 et une conduite 103.
Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, le capteur 102 est disposé en substance au foyer d'un réflecteur
101.
Le circuit d'utilisation comprend, en le parcourant de l'amont vers l'aval dans le sens de circulation du fluide, la conduite 105', la pompe de circulation 118, la vanne à trois voies 107, une conduite 108, une installation d'utilisation 109, une conduite 110 et la partie de la conduite 103 commune aux deux circuits.
Dans le mode d'accumulation, le dispositif fonctionne de la manière suivant.
La vanne à trois voies 107 est actionnée pour mettre en communication les conduites 105, 105', et la pompe de circulation est activée. Le fluide caloriporteur contenu dans
le réservoir et les conduites parcourt alors le circuit d'accumulation, en se réchauffant dans le capteur 102 et en cédant sa chaleur au matériau 117 du réservoir, la circulation se faisant en circuit fermé, en continu.
Dès que la température atteinte par le matériau 117 est suffisante, ce qui peut être détecté par tout moyen connu en soi, la pompe de circulation est arrêtée, et la vanne
107 fermée pour éviter un éventuel effet de thermosiphon.
Le dispositif est alors prêt à fonctionner dans le mode d'u-tilisation.
Pour le mode d'utilisation, la vanne est actionnée pour mettre en communication les conduites 105' et 108, et la pompe de circulation est à nouveau activée. Le fluide
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refroidissant dans l'installation d'utilisation 109 et en se réchauffant par passage dans le réservoir 116, au contact du matériau 117, la circulation se faisant en circuit ferme, en continu.
Dans ce mode de réalisation, le débit peut être commodément réglé en agissant par exemple sur la vitesse de rotation de la pompe de circulation, soit en fonction de la température en aval du capteur, soit en fonction de la demande dans l'installation d'utilisation.
Dans la variante de ce mode de réalisation représentée à la figure 3, la conduite 110 est branchée directement sur la conduite 105, et non plus sur la conduite 103.
Dans cette variante, le circuit d'utilisation se raccorde dès lors en série dans le circuit d'accumulation, et non plus en parallèle comme dans le circuit de la figure 2.
Cette disposition est particulièrement avantageuse
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chaleur produite. Ce sera en particulier le cas d'une installation de réfrigération à absorption.
Dans cette variante, le capteur n'est plus court-circuité lorsque l'installation d'utilisation est branchée, et le matériau accumulateur 117 n'accumule que la partie de la chaleur captée dans le capteur qui est en excès par rapport à la demande de l'installation d'utilisation. Cette chaleur accumulée au cours des périodes de rayonnement solaire sert à faire fonctionner l'installation en cas de rayonnement insuffisant, ou en l'absence de rayonnement, périodes où les besoins de réfrigération sont en tout état de cause moins élevés.
Dans cette variante, il sera utile, bien que cela n'ait pas été représenté, de prévoir un moyen pour éviter une température trop élevée du fluide. Ce pourra être une
<EMI ID=9.1> vanne à trois voies, un moyen de déplacement du capteur par rapport au foyer du réflecteur, ou tout moyen analogue. Dans une installation légère portable, cela peut être obtenu simplement en changeant manuellement l'orientation du réflecteur.
D'autre part, un tel montage permet également, dans le cas d'une utilisation discontinue, de réduire le dimensionnement de l'ensemble réflecteur-capteur et d'utiliser la chaleur emmagasinée dans l'accumulateur pour fournir le surplus de chaleur que le capteur n'est pas en mesure de fournir.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemple.
Ainsi, l'on peut disposer les différents composants du dispositif pour assurer une circulation du fluide caloriporteur par thermosiphon.
On peut également prévoir des circuits d'accumulation et d'utilisation entièrement distincts permettant, dans le cas où l'on prévoit une forte demande en chaleur à des périodes de rayonnement solaire important, le fonctionnement simultané en accumulation et en utilisation.
Dans un but de simplification, on peut encore prévoir un seul circuit de circulation du fluide, dans lequel le capteur et l'échangeur de l'installation d'utilisation sont branchés en permanence, si l'apport de chaleur au capteur est suffisant pour que la déperdition dans l'échangeur de l'installation d'utilisation, en cas de non fonctionnement de celle-ci, soit négligeable.
D'autre part, le moyen de circulation du fluide, constitué par les chambres 4", 6" dans le mode -de réalisation de la figure 1, a été choisi pour sa simplicité, permettant un fonctionnement loin de toute source d'électricité ou analogue. Ce moyen peut bien sûr être remplacé par tout moyen équivalent, tel une pompe de circulation. De même, les parois mobiles 11, 12 peuvent être constituées d'un élément différent des membranes mentionnées ci-dessus. Elles peuvent par exemple être des parois rigides coulissant dans les réservoirs 4, 6.
De plus, ces parois mobiles 11, 12, ne sont pas essentielles pour l'invention, bien qu'on les préfère. En effet, le volume interne des réservoirs 4, 6 peut ne pas être divisé, le gaz sous pression étant en contact direct avec le fluide caloriporteur. Ce mode de réalisation n'est cependant pas préféré du fait qu'il existe un risque d'oxydation important et de passage de bulles de gaz dans les circuits d' accumulation et d'utilisation.
Le fluide caloriporteur peut être tout fluide présentant un point d'ébullition compatible avec les températures
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vis-â-vis des constituants des circuits.
Dans un exemple de mise en oeuvre de L'invention selon le mode de réalisation de la figure 1, on a utilisé un réflecteur parabolique de 1,5 m de diamètre, dont le foyer se trouve à 0,6 cm du sommet; ce réflecteur a une puissance de
600 watts pour un rayonnement solaire de 1.200 watts/m . Le capteur est du type léger vendu par Énergies Appliquées S.A. Il est constitué d'une demi-sphère et assure un rendement de + 50 %.
Le fluide caloriporteur est un fluide organique de synthèse, le "Malotherm S" de Hulot AG., à point d'ébullition de 370[deg.]C maximum et à chaleur spécifique de 2,26. Les réservoirs à membranes sont des réservoirs en métal d'un volume de 60 1. chacun, isolés et jumelés, les membranes étant en "Viton." (marque déposée de Du Pont de Nemours) .
La quantité de "Malotherm S" contenue dans le système est de 4 0 litres.
Chaque réservoir est pourvu d'une soupape ant�-retour pourvue d'un embout permettant d'y raccorder une pompe à main.
Dans ce dispositif, en comprimant l'air dans l'une des chambres pressurisables � une pression manométrique de 1,5 kg/cm , on assure un débit de + 0,1 litre/minute. Dans ces conditions, la température atteinte par l'huile au capteur est de 200[deg.]C pour un rayonnement solaire de 1.200 watts/m<2>, et le cycle d'accumulation est terminé en 5 heures. Après
12 heures, la température dans le réservoir d'accumulation <EMI ID=11.1>
pacité thermique du dispositif est de + 5 kilowatts.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, la capacité
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de fluide contenue dans le système, sera calculée en fonction des besoins prévus pour l'installation d'utilisation, compte tenu d'une part de la température du fluide dans la source chaude 6, et d'autre part de sa chaleur spécifique.
Dans le cas du mode de réalisation de la figure 2, c'
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lée de; cette façon. Dans ce mode de réalisation, il sera également nécessaire de prévoir un vase d'expansion, qui n'a pas été représenté au dessin schématique.
D'autres variantes rentrant dans le cadre de l'invention apparaîtront encore à l'homme du métier, à la lumière de la présente description et des revendications annexées.
REVENDICATIONS.
1. Dispositif d'accumulation de l'énergie thermique issue du rayonnement solaire, et d'utilisation ultérieure de la chaleur accumulée, caractérisé en ce qu'il comprend au moins
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capteur destiné à être parcouru par un fluide à réchauffer
- un circuit d'accumulation de la chaleur, comprenant une source froide de fluide à réchauffer, une source chaude destinée à recevoir le fluide réchauffé par passage dans le
capteur, une conduite reliant la source froide à la source
chaude en passant par le capteur, et un moyen moteur pour
faire circuler le fluide dans ladite conduite, de la source
froide vers le. source chaude,
- un circuit d'utilisation ou de dissipation de la chaleur accumulée, comprenant ladite source chaude, un moyen de dissipation de la chaleur du fluide, ladite source froide destinée à recevoir le fluide refroidi par passage dans le moyen de dissipation, une conduite reliant la source chaude
à la source froide en passant par le moyen de dissipation,
et un moyen moteur pour faire circuler le fluide de la source chaude vers la source froide.
"Device for the accumulation and use of
<EMI ID = 1.1> The invention relates to a device for accumulating thermal energy from solar radiation, and for subsequent use of the accumulated heat.
It has long been known to use reflectors, essentially parabolic, for concentrating solar radiation in a reduced area of space, so as to generate a very high temperature.
According to the invention, it is proposed to accumulate the heat from the solar radiation collected using such a reflector, with a view to its subsequent use, for example at a time when the solar radiation is lacking or is insufficient.
More particularly, it is proposed according to the invention to provide a simple and robust device for capturing and accumulating the heat from the solar radiation and for restoring this heat at selected times independently of the solar radiation.
Another object of the invention is to provide a device capable of operating in an autonomous mode, and which can be produced, for certain applications, in dimensions and with a weight placing it in the category of portable devices.
Yet another object of the invention is to provide a device for accumulating heat from solar radiation, and for restoring this heat at selected times, which is extremely inexpensive from the point of view of its production.
Such a device is susceptible of extremely numerous applications. Thus, in particular, the heat produced and accumulated in the device can for example be used for heating in regions where the solar radiation is significant during the day, but where the temperature differences between day and night are significant, for example in deserts.
The heat produced and accumulated can also be used for refrigeration purposes, for example by being used in the boiler of an absorption refrigeration appliance.
This heat can still be used for cooking food, the temperatures available for the installation of use being able to be higher than 300 [deg.] C.
For uses consuming only relatively little heat, for example for cooking food, the device of the invention will be produced in the portable form mentioned above.
In this embodiment, the device will preferably be designed for operation in autonomous mode, which makes it directly usable in places having no other source of energy than solar radiation. Such a device will be particularly suitable for use in developing countries or in areas far from any home. In addition, the absence of flame makes it an extremely safe device for use in wooded areas.
The device of the invention is characterized in that it comprises at least
- a reflector in the zone of the hearth of which is arranged a sensor intended to be traversed by a fluid to be heated
a heat accumulation circuit, comprising a cold source of fluid to be heated, a hot source intended to receive the heated fluid by passing through the sensor, a pipe connecting the cold source to the hot source via the sensor, and motor means for circulating the fluid in said pipe, from the cold source to the hot source.
a circuit for using or dissipating the accumulated heat, comprising said hot source, a means for dissipating the heat of the fluid, said cold source intended to receive the fluid cooled by passage through the dissipating means,
a pipe connecting the hot source to the cold source via the dissipation means, and a motor means for circulating the fluid from the hot source to the cold source.
According to a first embodiment of the invention, the cold source and the hot source each consist of a reservoir. The internal space of each reservoir is divided into two chambers by a movable wall, one of the chambers of each reservoir being intended to receive the fluid serving as a vehicle for heat, and the other being a pressurizable chamber. The pressurizable chamber of the cold source is
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the pressurizable chamber of the hot source is pressurized and that of the cold source is connected to the atmosphere for the use of the accumulated heat.
According to another embodiment, the device comprises a single reservoir, containing a heat accumulator element and located in a loop traversed in a closed circuit by the fluid serving as a vehicle for heat. This fluid, receiving heat from the sensor, brings this heat to the accumulator element, to which it transfers it, in the accumulation phase, and takes heat from this accumulator element to bring it to an exchanger in the use phase. .
The invention will be better understood by referring to the description, at the same time as to the appended drawing, which represents, by way of example only, various embodiments of the invention, and in which:
FIG. 1 is a schematic view, partially in section, of a first embodiment of the invention,
FIG. 2 is a schematic view, partially in section, of a second embodiment of the invention,
FIG. 3 is a partial view of a variant of the embodiment of FIG. 2.
In the embodiment of FIG. 1, the device of the invention comprises a reflector 1, in the zone of the focal point of which a sensor 2 is arranged.
The sensor 2 is connected by a pipe 3 to a first tank 4, and by pipes 5, 5 'to a second tank 6, passing through a three-way valve 7. A pipe 8 is connected between the pipe 3 and a installation of use or dissipation 9, while a pipe 10 is cut between the installation of use 9 and the valve to: three ways 7.
The reservoirs 4 and 6 are intended to receive a fluid serving as a vehicle for heat, which will be referred to below as a heat transfer fluid. At first, this fluid captures the heat produced in the area of the reflector focus - in the sensor 2 - and accumulates this heat in an accumulator element. The device then operates in the accumulation mode, and the fluid travels through a first circuit, or accumulation circuit.
In a second step, the heat accumulated through the fluid is transferred to a facility for use or dissipation. The device then operates in the mode of use, and traverses a second circuit, or circuit of use.
In the embodiment of FIG. 1, the accumulation circuit comprises, going from upstream to downstream in the direction of circulation of the fluid, the reservoir 4, the line 3, the sensor 2, the line 5 , the three-way valve 7, the line 5 'and the tank 6.
<EMI ID = 4.1>
For this reason, cold will be designated by "cold source", while the reservoir 6, intended to receive the relatively hot fluid, will for this reason be designated by "hot source".
In Figure 1, the tanks 4 and 6 are shown in schematic section. As can be seen, the internal space of the reservoir 4 is divided by a movable wall 11, for example a flexible membrane, into two chambers 4 ′, 4 ". Similarly, the es
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12 in two 6 ', 6 "tracks.
The chambers 4 ', 6' are intended to receive the heat transfer fluid, while the chambers 4 ", 6" are pressurizable chambers. For the purposes of this pressurization, the chambers 4 ", 6" are shown diagrammatically in the drawing as connected to the atmosphere by a valve, respectively 13, 14. These valves are preferably valves with at least two positions; they ensure in one position communication between the chambers 4 ", respectively 6" and the atmosphere, and act in the other position like valves allowing the pressurization of said chambers.
The pressurization of one of the chambers 4 ", 6" can for example be done simply by connecting a hand pump to the nozzle of the valve 13, 14, and by injecting using this pump air in the corresponding room.
In the accumulation mode, the device operates as follows.
At the start, the 6 'chamber of the tank or hot spring
6 is essentially empty, the reserve of heat transfer fluid being in the chamber 4 ′ of the reservoir or cold source
4. The initial temperature of the fluid is not an important parameter; it will usually be room temperature.
The three valve; tracks 7 being closed, the chamber 4 "is put under pressure, for example using a hand pump, while the chamber 6" is placed in communication with the atmosphere by means of its valve 14.
The valve 7 is then actuated to put the two pipes 5, 5 'in communication. The circuit traversed by the fluid in accumulation mode between the cold source 4 and the hot source 6, passing the line 3, the sensor 2, the line 5, the valve 7 and the line 5 'is then established. The pressurized air contained in the chamber 4 "then drives through the membrane 11, the fluid from the chamber 4 'and sends it into the accumulation circuit.
The heat transfer fluid passes through the sensor 2 where it heats up, and the hot fluid ends up in the hot source.
6.
The temperature the fluid reaches in the sensor can be adjusted by adjusting the fluid flow.
This can be done by acting on the position of the valve 7. It can also be provided in the circuit, downstream
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adjusting the flow rate thereof as a function of the temperature detected, relative to the desired temperature.
Although this has not been shown in the drawing, the hot source 6 will preferably be thermally insulated, to avoid heat loss. The cold source 4 can also be, although it is less important.
As soon as the desired quantity of hot fluid has accumulated in the hot source 6, the device can be brought into the mode of use or dissipation. In general, the device will be brought into use mode when all the fluid has passed from the cold source to the hot source.
To operate the device in the use or dissipation mode, the chamber 4 "of the cold source is placed in communication with the atmosphere and, the valve 7 being closed, the chamber 6" of the hot source is put under pressure, for example using a hand pump.
The valve 7 is then actuated to bring the lines 5 'and 10 into communication.
Due to the pressure in chamber 6 ", the fluid now circulates between the hot source and the cold source, passing through the operating circuit formed, going from upstream to downstream in the direction of circulation. fluid, via line 5 ', valve 7, line 10, installation for use or dissipation 9, line 8 and the part of line 3 common to the two circuits.
The fluid flow rate can again be adjusted by means of the valve 7. It can also be adjusted by a suitable member arranged in the installation for use 9, for example as a function of the heat demand, or as a function the temperature of the fluid downstream of the installation 9.
The installation for use 9 has been shown very schematically in the drawing and is not part of the invention. D � generally, it consists of an exchange installation, in which the heat of the heat transfer fluid is taken, the cooled fluid being returned to
the cold source 4.
In the embodiment of Figure 2, the cold source and the hot source are combined into a single tank 116, shown in section.
As can be seen, the reservoir 116 is filled with a material with high specific heat, 117, serving as a heat accumulator, this material being fragmented to leave sufficient passage for the fluid while ensuring contact Lntime accumulator-fluid material , and therefore a good heat exchange between them.
In a way. general, the reservoir 116 constitutes a heat exchanger between the heat-transfer fluid and an accumulator element, and the invention is not limited to the fragmented material shown in the drawing. Thus, this material can consist of a block pierced with passages for the fluid, where the exchange can take place between the heat-transfer fluid and another fluid enclosed in conduits or the like.
The accumulation circuit and the use circuit each close on the reservoir 116 and constitute closed loops.
The accumulation circuit comprises, by traversing it from upstream to downstream in the direction of circulation of the fluid, a line 105 ′, a circulation pump 118, a three-way valve 107, a line 105, a sensor 102 and a pipe 103.
As in the embodiment of FIG. 1, the sensor 102 is arranged in substance at the focus of a reflector
101.
The circuit of use comprises, by traversing it from upstream to downstream in the direction of circulation of the fluid, the pipe 105 ′, the circulation pump 118, the three-way valve 107, a pipe 108, an installation 109, a line 110 and the part of line 103 common to the two circuits.
In the accumulation mode, the device operates in the following manner.
The three-way valve 107 is actuated to communicate the lines 105, 105 ′, and the circulation pump is activated. The heat transfer fluid contained in
the tank and the conduits then traverses the accumulation circuit, by heating up in the sensor 102 and by transferring its heat to the material 117 of the tank, the circulation taking place in a closed circuit, continuously.
As soon as the temperature reached by the material 117 is sufficient, which can be detected by any means known per se, the circulation pump is stopped, and the valve
107 closed to avoid a possible thermosyphon effect.
The device is then ready to operate in the mode of use.
For the mode of use, the valve is actuated to connect the lines 105 ′ and 108, and the circulation pump is again activated. The fluid
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cooling in the installation of use 109 and by heating by passage in the tank 116, in contact with the material 117, the circulation taking place in a closed circuit, continuously.
In this embodiment, the flow rate can be conveniently adjusted by acting for example on the rotation speed of the circulation pump, either as a function of the temperature downstream of the sensor, or as a function of the demand in the installation of use.
In the variant of this embodiment shown in FIG. 3, the pipe 110 is connected directly to the pipe 105, and no longer to the pipe 103.
In this variant, the utilization circuit is therefore connected in series in the accumulation circuit, and no longer in parallel as in the circuit in FIG. 2.
This arrangement is particularly advantageous
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heat produced. This will be the case in particular for an absorption refrigeration installation.
In this variant, the sensor is no longer short-circuited when the installation for use is connected, and the accumulator material 117 only accumulates the part of the heat captured in the sensor which is in excess of the demand. of the installation of use. This heat accumulated during periods of solar radiation is used to operate the installation in the event of insufficient radiation, or in the absence of radiation, periods when the refrigeration requirements are in any event lower.
In this variant, it will be useful, although this has not been shown, to provide a means for avoiding too high a temperature of the fluid. It could be a
<EMI ID = 9.1> three-way valve, a means of moving the sensor relative to the focus of the reflector, or any similar means. In a portable light installation, this can be achieved simply by manually changing the orientation of the reflector.
On the other hand, such an assembly also makes it possible, in the case of discontinuous use, to reduce the dimensioning of the reflector-sensor assembly and to use the heat stored in the accumulator to provide the excess heat that the sensor is unable to provide.
Of course, the invention is not limited to the embodiments shown and described, which have been chosen only by way of example.
Thus, one can arrange the various components of the device to ensure circulation of the heat-transfer fluid by thermosiphon.
It is also possible to provide entirely separate accumulation and use circuits allowing, in the case where a high demand for heat is expected at periods of significant solar radiation, the simultaneous operation in accumulation and in use.
For the sake of simplification, it is also possible to provide a single fluid circulation circuit, in which the sensor and the exchanger of the installation for use are permanently connected, if the supply of heat to the sensor is sufficient for the loss in the exchanger of the installation of use, in the event of its non-functioning, is negligible.
On the other hand, the means of circulation of the fluid, constituted by the chambers 4 ", 6" in the embodiment of FIG. 1, was chosen for its simplicity, allowing operation far from any source of electricity or similar. This means can of course be replaced by any equivalent means, such as a circulation pump. Likewise, the movable walls 11, 12 may consist of an element different from the membranes mentioned above. They can for example be rigid walls sliding in the tanks 4, 6.
In addition, these movable walls 11, 12 are not essential for the invention, although they are preferred. Indeed, the internal volume of the reservoirs 4, 6 may not be divided, the pressurized gas being in direct contact with the heat transfer fluid. This embodiment is however not preferred because there is a risk of significant oxidation and passage of gas bubbles in the storage and use circuits.
The heat transfer fluid can be any fluid having a boiling point compatible with temperatures
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vis-à-vis the components of the circuits.
In an exemplary implementation of the invention according to the embodiment of FIG. 1, a parabolic reflector 1.5 m in diameter was used, the focal point of which is 0.6 cm from the top; this reflector has a power of
600 watts for a solar radiation of 1,200 watts / m. The sensor is of the light type sold by Energies Appliqués S.A. It is made up of a half-sphere and provides an efficiency of + 50%.
The heat transfer fluid is a synthetic organic fluid, the "Malotherm S" from Hulot AG., With a boiling point of 370 [deg.] C maximum and a specific heat of 2.26. Membrane tanks are metal tanks with a volume of 60 1. each, insulated and paired, the membranes being in "Viton." (registered trademark of Du Pont de Nemours).
The amount of "Malotherm S" contained in the system is 40 liters.
Each tank is fitted with a non-return valve fitted with a nozzle for connecting a hand pump.
In this device, compressing the air in one of the pressurizable chambers � a gauge pressure of 1.5 kg / cm, a flow rate of + 0.1 liters / minute is ensured. Under these conditions, the temperature reached by the oil at the collector is 200 [deg.] C for a solar radiation of 1,200 watts / m <2>, and the accumulation cycle is completed in 5 hours. After
12 hours, the temperature in the accumulation tank <EMI ID = 11.1>
thermal capacity of the device is + 5 kilowatts.
In the embodiment of Figure 1, the capacity
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of fluid contained in the system, will be calculated according to the needs provided for the installation of use, taking into account on the one hand the temperature of the fluid in the hot source 6, and on the other hand its specific heat.
In the case of the embodiment of Figure 2, it
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line of; this way. In this embodiment, it will also be necessary to provide an expansion tank, which has not been shown in the schematic drawing.
Other variants coming within the scope of the invention will appear to a person skilled in the art, in the light of the present description and of the appended claims.
CLAIMS.
1. Device for accumulating thermal energy from solar radiation, and for subsequent use of the accumulated heat, characterized in that it comprises at least
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sensor intended to be traversed by a fluid to be heated
a heat accumulation circuit, comprising a cold source of fluid to be heated, a hot source intended to receive the fluid heated by passage through the
sensor, a pipe connecting the cold source to the source
hot through the sensor, and a motor means for
circulate the fluid in said pipe, from the source
cold towards the. hot spring,
a circuit for using or dissipating the accumulated heat, comprising said hot source, a means for dissipating the heat of the fluid, said cold source intended to receive the fluid cooled by passage through the dissipating means, a pipe connecting the hot spring
at the cold source via the dissipation means,
and a motor means for circulating the fluid from the hot source to the cold source.