"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.
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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.