CA1038712A

CA1038712A - Heating system using stored solar energy

Info

Publication number: CA1038712A
Application number: CA211,706A
Authority: CA
Inventors: Pierre M. Prelorenzo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-10-19
Filing date: 1974-10-18
Publication date: 1978-09-19
Also published as: IT1022844B; CH588666A5; DE2449277A1; GB1482150A

Abstract

Appareil de chauffage de locaux captant, accumulant et restituant l'énergie solaire. Il est constitué de capteurs d'énergie solaire munis d'un système de régulation, d'un ballon réchauffeur d'eau sanitaire muni d'un système de régulation, d'un échangeur de chaleur à circulation de fluide caloporteur, d'un réservoir calorifugé contenant un fluide caloporteur accumulant la chaleur dispose hors pression en partie basse de l'installation, d'un système de chauffage à rayonnement à circulation d'eau muni d'un dispositif de régulation, d'une pompe à chaleur, et d'un moyen chauffage d'appoint.Space heater collecting, accumulating and restoring solar energy. It consists of solar energy collectors equipped with a regulation system, a domestic hot water tank equipped with a regulation system, a heat exchanger with circulation of heat-transfer fluid, a tank insulated containing a heat-transferable fluid accumulating the heat has under pressure in the lower part of the installation, a radiant heating system with water circulation provided with a regulation device, a heat pump, and additional heating means.

Description

~3~7~Z
La présente invention concerne un appareil de chauffage de b~timents au moyen de l~énergie solaire captée en façade ou hors du bâtiment et accumulée par le chau~f~age d'une masse d'eau contenue dans un réservoir~

Les appareils existants fonctionnent en thermo-siphon et utilisent directement l'eau de l'accumulateur pour le chauffage des locaux, ce qui présente les inconvénients suivants:

~ limitation de la capacité du réservoir d'accumulation en raison de sa position en partie supérieure de l'installatlon;
- impossibilité d'utiliser la chaleur contenue dans l'eau d'accu-mulation en dessous de la température ambiante des locaux à chauf~
ferO
Lrappareil ~elon 17invention pallie ces inconvénients en permettant de placer l'accumulateur en sous-sol et d'utiliser la chaleur contenue dans l'eau dlaccumulation ~usqu'à une tempéra-ture de +5 environ, so~t au minimum 15 en dessous de la tempé-rature limite des autres procédés. L'énergie solaire est captée sous forme calorifique par des capteurs à circulation d'eau.
L'appareil selon l'invention présente l'avantage d'être applicable à tous les locaux situés dans un site suffisamment insolé sur une ou plusieurs façades, meme dans des régions res-tant de longues périodes sans soleil, car la basse température laquelle peut descendre l~accumulateur, grâce à une pompe à
chaleur et un réservoir de grande capacité, permet de capter l'éner- -gie solaire même par ciel vollé ou nuageu~ tout en restant parfai-tement rentable. A titre indicatif, pour un réservoir dont le cubage est le double en m2 de la puissance déperditive horaire maximale exprimée en thermies et pour une région montagneuse m~yen-ne~ 800m, la durée de la_réserve en période de temps couvert et à
~ 0 (temps le plus défavorable, les périodes de grands froids etant généralement ensoleillées~ se situerait a une semaine au moins sans aucun apport.
3~

~3~7~
L'appareil de chauffage selon l'inven-tion comporte des capteurs d'énergie solaire a circulation de fluide caloporteur dans un réseau de tuyauteries, contr81ees par des moyens de regu-lation et de circulation forcee. Le fluide caloporteur en prove-nance des capteurs aboutit a un échangeur de chaleur tubulaire place dans le fond d'un reservoir calorifuge dispose hors pression en partie basse de l'installation et contenant un fluide d'accumu-lation des calories qui sont reprises, suivant les besoins, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur tubulaire horizontal placé dans le haut du réservoir et relié a un circuit de tuyaute-rie de chauffaye ~ rayonnement par le sol et/ou le plafond. La régulation ~enerale est pilotee par la regulation du chauffage qui regle sa temperature en fonction de la temperature exterieure par l'intermediaire d'une vanne melangeuse. Lorsque la température obtenue par l'echangeur reservoir/chauffage est insuffisante, le contact de fin de course ouverture de la vanne melangeuse alimente en courant le thermostat inverseur du reservoir qui l'oriente soit sur un chauffage d'appoint, soit, s'il reste des calories exploitables, sur une pompe a chaleur comportant un condenseur et un évaporateur tubulaires horizontaux placés l'un en dessous de l'autre entre les echangeurs tubulaires horizontaux capteurs/re-servoir et reser~oir chauffage. La pompe a chaleur preleve, par son évaporateur tubulaire horizontal, des calories au fluide d'accumulation et les restitue au moyen de son condenseur tubulai-re horizontal, a une température suffisante au fluide environnant l'échangeur reser~oir/chauffage.
Dans une realisation prefercntielle, les echa~geurs de chaleur apportant aux prelevants les calories au fluide d'accumu-lation, sont realises au moyen de tuyauteries placees horizontale-ment et superposees dans le réser~oir d'accumulation.
Selon une autre realisation preferentielle, la regula-tion de la circulation de fluide caloporteur entre chaque capteur ~3~37~Z
et l'échangeur est assurée au moyen d'une pompe de circulation forcée par capteur, dont la mise en marche et l'arret son comman-dés électriquemen-t en fonction des signaux fournis par les sondes de temperature placees l'une en partie superieure de chaque cap-teur et l'autre placee en fin de parcours de l'echangeur dispose en partie basse du reservoir, la pompe étant mise en service uni-quement lorsque la sonde du capteur enregistre une tempéra-ture supérieure à la sonde de l'echangeur, un clapet de retenue evitant la circulation inverse.
On décrira ci-apres une realisation, avec variantes, d'une installation de chauffage selon l'invention avec references aux dessins annex~s dans lesquels:
la fig. 1 montre un exemple schematique d'installation de chauffage solaire par accumulation;
- la fig. 2 montre une installation de chauffage dont les capteurs sont placés sur un mur d'enceinte;
- la fig. 3 montre une variante de disposition des capteurs;
- la fig. 4 montre une autre variante de disposition de capteurs sur un mur de soutenement;
- les figs~ 5 et 6 montrent des variantes d'utilisation de l'excedent de chauffage pour des fonctions annexes, piscine et serre;
- la fig. 7 montre un élément modulaire de réservoir de chauffage en vue extérieure;
- la fig. 8 montre la disposition des echangeurs en vue éclatee;
- la fiq. 9 montre un exemple de reservoir d'accumula-tion compose de ~ elements modulaires assembles et raccordes;
la fig. 10 montre un exemple de possibili-te de raccor-dement simple des échangeurs d'un réservoir d'accumulation.
Tel qu'il est represente sur la fig. 1, le schema de ~L~387~:
l'installation de chauffage solaire comporte des capteurs solaires à circulation d'eau, composés de panneaux de type courant utili-sés pour le chau~ffage par rayonnement de plafond, peints de cou-laur sombre et mate et abrités par un vitrage provoquant un effet de serre. On prévoit un capteur par fa~ade suffisamment insolée.
L~énergie solaire est recueillie sous forme de chaleur dans les capteurs 1 et transportée par un fluide caloporteur (eau additionnée d'antigel par exemple) circulant dans un réseau de tuyauteries 2 pour aboutir à un éc~angeur tubulaire horizontal 3 placé à la partie inférieure d'un important réscrvoir calorifugé rempli d'eau 4, formant l'accumulateur. La circulation ldu fluide caloporteur est obtenue par une ~pompe 5 (il y a un sys-tème semblable à celui décrit ci-dessous par capteur) dont l!en-clenchement et le déclenchement sont commandés par un système électrique dont le principe est le suivant: deux thermistances 6 et 7 assurent l'équilibre d'un pont de mesure placé dans un coffret de commande avec ses accessolres 8. Lorsque la thermis-tance 6, placée en partie supérieure du capteur, enregistre une température supérieure a cel~enregistrée par la thermistance 7 placée en partie inférieure de l'accumulateur et en fin de parcours de l'échangeur 3, la pompe est mise en service, mais lorsque les températures sont en équilibre ou en déséquilibre inverse, la pompe est hors service. Un clapet de retenue 9 complète l'ensem-; ble en évitant les circulations inverses par thermo-siphon ou par pompage d'un autre capteur. Ltinstallation est régulée par un système de type existant sur le marché actuel, utilisant une vanne ~langeuse motorisée à trois voies 11, commandée par une centraleel4 qui reçoit ses~sdonnées d'une sonde extérieure 12 et d'une sonde de départ 13~ afin de régler la température du circuit de chauffage par rayonnement en fonction des conditions météorolo-giques. La chaleur nécessaire~est repri~e ~ l'accumulateur 4 par l`intermédlaire d'un second échangeur 15 tubulaire horizontal ,. .

~13~7~LZ
placé cet~-e fois en partie supérieure de l'accumulateur.
Lorsque la température de l'échangeur 15 nlest plus suffisante, la vanne~llest en position d'ouverture maximu~ et les contacts de fin de course, placés dans le servo-moteur, envoient du courant dans le ~hermostat commutateur 16 dont la sonde 17 est placée au coeur de l'accumulateur, au niveau de l~évaporateur entre les branches du serpentin de celui-ci ~voir ci-après le rôle de cet évaporateur).
Si ~ le thermostat 16 enregis~re une température suffi-sante~ 11 dirige le courant sur une pompe à chaleur 18 clé du procédé. Il est à noter, avant d'expliquer le fonctionnement de cette pompe a chaleur, que le fa~t d'utiliser des ~changeurs 3 et 15 évite de met~re le réservoir accumulateur en pression, ce qui abaisse le coût et résoud les problèmes de dilatation qui se traduisent par une lég~re différence de niveau de l?eau dans les réservoirs, dont il y a lieu de tenir compte lors du positionnement de l'~changeur 15.
L'~vaporateur de la pompe à chaleur 18 absorbe la chaleur de l'eau qui l'entoure, provoquant un phénomène de thermosiphon ~ui remplace l'eau refroidie par de l'eau plus chaude en provenan-ce de la partie inférieure de l'accumulateur réchauffé par l'échan-geur 3.
La position de cet évaporateur doit être telle qu'il exerce son action sur un volume d'eau maximum, il doit donc être le plus hau~ possible sans toutefois être influencé par un conden-seur 20~ ce qui annulerait partiellement l'économie du procédé.
Le condenseur ~0 situé parall~lement SOU5 l'échangeur 15, restitue cette chaleur, mais à une température plus élevée, et la partie supérieure l'accumulateur se trouvant réchauffée permet à l'échangeur 15 de remplir sa fonction. Lorsque le thermostat 16 enregistre une température ne permettant plus à la pompe ~ chaleur de fonctionner, ~S environ, il dirige le courant 1'~3~37~Z
sur un appareil de chauffage comp~émentaire 2l et l~installation cesse de fonctîonner ~ l'énerg~e solaire, mais reste disponible pour reprendre son rôle en pompe à chaleur ou en direct, dès qu'un nouvel apport de calories intervient par l'échangeur 3.
Une production d'eau chaude sanitaire est également prévue sur cette installation. Un ballon réchauffeur de type courant 22 est raccordé hydrauliquement, en parallèle sur ]e circuit capteur 2. Il est commandé par un système semblable ~ ceux commandant les pompes S des capteurs. La sonde chaude 23 est~placée sur la tuyauterie arrivant des capteurs. La sonde froide 24 est placee à 1~ partie inférieure du~ballon. Ce sys-tème commande l'ouverture d'une vanne motorisée 25, lorsque l'eau arrivant des capteurs es~ plus chaude que cel ~contenue dans le ballon. Lorsque l'accumulateur est saturé après une longue période ensoleillée, en été par exemple, la production d'eau chaude est obtenue par circulation en thenmo-siphon à par-tlr de l'échangeur des capteurs 3 grâce à un by-pass calibré 26 qul permet ~ la ~onde 23 d'être influencée par une légère circu-lation en thermo-slphon de l'échangeur sur lui-meme au travers de ce by-pass.
La Fig. 2 montre une installation de chauffage solaire par accumulation, comportan~ un capteur 27 placé sur un mur d'enceinte 28 et raccordé par une conduite 29 isolée thermique-ment, à l'échangeur 30 du réservolr 31 chauffant le bâtiment 32.
La Fig. 3 montre une variante de disposition des cap-teurs 34 placés en dents de scie sur le mur d'enceinte 28, pour obtenir un meilleur ensoleillement en orientant convenablement le~dits capteurs par rapport au mur~
La Fig. 4 montre une autre variante de disposition du capteur 27 placé sur le mur de soutènement 33 et raccordé au batiment 32 comme sur la fig. 2. Le capteur pourrait encore être orienté comme sur la figv 3 suivant l'orientation dudit mur pour _6w ~L~3~7~Z
obtenir le meilleur ensoleillement.
La fig. 5 mon-tre l'utilisation excédentaire d'énergic appliquée au chauffage d'une piscine en u-tilisant le fait que, durant 8 à 9 mois par an, le captage d7énergle es-t bien supérieur aux besoins de chauffage du batiment et à la production d'eau chaude sanitaire.
A la sortie du réservoir 31 et de l'échangeur 30, sur le circuit de chauffage 35 du batiment 32 es-t placée une dérivation 36 raccordée à un réchauffeur 37 qui permet de chauffer l'eau de la piscine 38, laquelle est recyclée pour etre traitée par les conduits 39.
La fig. 6 montre une installation de chauffage 40 d'une serre 41, raccordée en parallele par une conduite à distance 42 au chauffage du batiment 32. Un dispositif manuel ou au-tomatique permet la mise en service ou hors service des fonctions annexes, lorsque toute l'énergie accumulée est nécessaire au chauffage du batiment principal. Une autre fonction annexe peut etre utilisée pour actionner une pompe à eau au moyen d'un moteur solaire de type connu, par exemple à vapeur à basse température. Ce dispo-sitif est particulièrement efficace, puisque c'est après unejournée tres ensoleillée, donc avec un captage importan-t, que l'eau est nécessaire en quantité pour l'arrosage des jardins.
Ce moteur peut également actionner, en parallèle avec un moteur thermique, un groupeélectrogène dans le cas d'une résidence située hors du réseau de distribution électrique.
La fig. 7 montre un élément modulaire de chauffage en vue extérieure et la ~igure 8 une vue éclat~e de ce dernier, pré-sentan-t la position des divers echang~urs.
La pré~abrication du réservoir d'accumulation sous forme d'éléments modulaires juxtaposables est réalisable avec une perte minimum de matière. Chaque élément identique 45 se compose d'un réservoir parallélépipédique allongé horizontalement et étroit ~L~3~7~2 ver-ticalement, étanche, ~ermé par un couvercle et muni dans sa partie haute de l'échangeur chauffage-réservoir 46 et en descen-dant, de l'échangeur condenseur ~7, de l'échangeur évaporateur 48, de l'échangeur capteur-réservoir 49. Tous ces éléments sont dimensionnés en fonction de la capacité dudit réservoir d'accumu-lation.
Le réservoir 45 est, de plus, muni d'un ori~ice de vi-dange d'équilibrage 51 en partie basse, et d'un orifice de trop-plein d'équilibrage 50 en partie haute, juste au-dessous du niveau d'eau. Le réservoir est placé, pour la mise à niveau9 sur des pieds de hauteur réglable qui permettent une isolation thermique du dessous du réservoir.
Les orifices de raccordement des échangeurs de vidange dt de trop-plein aboutissent sum la meme face étroite, afin de faciliter leur assemblage.
La fig. 9 montre un exemple de réservoir d'accumulation composé de 4 éléments modulaires 45 assemblés. Ces éléments sont juxtaposés face large contre face large, les faces raccordables étant plaées sur un meme plan vertical. Les élements 45 sont réglés horizontalement entre eux dans les 2 sens. Les échangeurs de chaque catégorie sont collectés entre eux en paralléle et selon le prodédé dit "Boucle de Tichelmann" qui permet une égalisation des pertes de charge par échangeur, quel qu'en soit le nombre, puis sont raccordés chacun sur son circuit correspondant: collecteur échangeur réservoir-chauffage 52 sur le circuit d'utilisation, collecteur condenseur 53 et évaporateur 54 sur la pompe à chaleur, le co]lecteur échangeur-capteur-réservoir 55 sur le ou les capteurs.
Les ori~ices de vidange et de trop-plein sont également collectés entre eux et servent en meme -temps à assurer l'équilibra-ge de la température par thermo-siphon entre les réservoirs. Le collecteur ~e trop-plein 56, qui se trouve en-dessous de niveau supérieur de l'eau, doit remonter en 57 au-dessus de ce niveau ~L~3~7~1Z
avant de redescendre sur une ~idange 58~ sur laquel'le est egale-ment raccordé le collecteur de ~idange 59 par l'intermédiaire d~une vanne de vidange 60. Sur ce collecteur 59 est également raccordé le remplissage 61 des éléments. Ces réservoirs n7Ont pas à résister à une pression autre que cellecde l'eau qu'ils contiennent; ils peuvent être réalisés en matériaux légers tels que tole ou matière moulée.
Un renfort composé de traverses rigides 62 et de ti-rants 63 évite la défo~nation des faces libres des réservoirs 45a à 45b.
Le reservo~r d~accumulation une fois assemblé èt raccordé~ est éprouvé pour vérifier l'étanchéité et isolé soigneu-sement pour éviter les per~es de chaleur, particulièrement lorsque l'installation est disposée en dehors du b3timent à chauffer.
A titre d'exemple, un réservoir de largeur 0,70m, de longueur 3,30m et de hauteur 1,8Sm sans les pieds~ represente une puissance d~en~iron 2.350 calories.
Cet ensemble peut aussi être enterré; dans ce cas9 llisolation thermique n'est à réaliser qu~en partie supérieure avec un débordement d7un mètre~ afin de profiter de l~accumula-tion de calories dans les matériaux entourant l~ensemble. Il y a lieu de prévoir, dans ce dernier cas et encore plus que dans les autres, une protection efficace contre la corrosionO
La fig, 10 montre un exemple de possibilités de raccor-dement des échangeurs. Afin d'accélérer le montage sur~place, les orifices des échangeurs de vidange et de trGp-plein 64 sont munis en usine dlun troncon de collecteur 65 de longueur égale;~ la largeur de llélément 66 placé hori~ontalement~ parallèlement à la petite face; les extrémités 67 sont alignées dans le prolongement des grandes faces de l'élément réservoir. Ces extrémités 67 sont préparées pour~ être raccordées, de facon étanche et rapide par brides, soudures ou raccord union, a l'élément suivant 68 ou à

_9 ~L~3~
une piece d'extrémité. Chaque ensemble d'éléments se raccorde sur les réseaux correspondants: pour chaque collecteur d'échan-geur par un raccord direct 69 e-t un coude à 180, 70, permet-tant ainsi la boucle de Tichelmann, pour le collecteur de trop plein par un double coude 71 assurant la remontée au-dessus du niveau de l'eau du trop-plein, pour le collecteur de vidange d'un coude muni d'un robinet de vidange 7Z et pour tous les orifices non utilisés d'une occlusion 73.
Tous ces raccords sont consus pour etre placés indiffé-remment à droite ou à gauche de l'ensemble des éléments.

: ~ 3 ~ 7 ~ Z
The present invention relates to a heater of buildings by solar energy collected on the facade or out of the building and accumulated by the chau ~ f ~ age of a body of water contained in a tank ~

Existing devices operate in thermo-siphon and use the accumulator water directly for heating premises, which has the following disadvantages:

~ limitation of the capacity of the accumulation tank due from its position in the upper part of the installation;
- inability to use heat from accumulator water mulation below the ambient temperature of the heating rooms ~
ferO
Lrappareil ~ elon 17invention overcomes these disadvantages by to place the accumulator in the basement and use the heat contained in the accumulation water ~ up to a temperature ture of about +5, so ~ t at least 15 below the temperature limitation of other procedures. Solar energy is captured in heat form by water circulation sensors.
The apparatus according to the invention has the advantage of being applicable to all premises located in a site sufficiently exposed on one or more façades, even in remote areas so many long periods without sun, because the low temperature which can lower the accumulator, thanks to a pump heat and a large capacity tank, captures energy - -solar energy even by vollé or cloudy sky ~ while remaining perfect highly profitable. As an indication, for a tank whose cubage is twice the hourly heat loss in m2 maximum expressed in therms and for a mountainous region m ~ yen-ne ~ 800m, the duration of the_reserve in overcast weather and ~ 0 (worst weather, periods of extreme cold being generally sunny ~ would be a week at less without any input.
3 ~

~ 3 ~ 7 ~
The heater according to the invention has solar energy collectors with circulation of heat transfer fluid in a network of pipes, controlled by regulating means lation and forced circulation. The heat transfer fluid from nance of the sensors leads to a tubular heat exchanger placed in the bottom of an insulated tank without pressure in the lower part of the installation and containing a storage fluid ration of the calories which are taken up, as required, by via a horizontal tubular heat exchanger placed at the top of the tank and connected to a piping circuit rie de chauffaye ~ radiation from the floor and / or ceiling. The Regulation ~ enerale is piloted by the regulation of the heating which adjusts its temperature according to the outside temperature by through a mixing valve. When the temperature obtained by the tank / heating exchanger is insufficient, the limit switch contact opening of the mixing valve feeds by running the tank's reversing thermostat which directs it either on a backup heater or, if there are calories left usable on a heat pump comprising a condenser and a horizontal tubular evaporator placed one below the other between the horizontal tubular heat exchangers servoir and reser ~ oir heating. The heat pump draws up, by its horizontal tubular evaporator, calories to fluid of accumulation and restores them by means of its tubular condenser horizontal, at a temperature sufficient for the surrounding fluid the reser ~ oir / heating exchanger.
In a prefercntial realization, the heat exchangers of heat bringing calories to the accumulator fluid lation, are carried out by means of pipes placed horizontally-ment and superimposed in the reser ~ oir accumulation.
According to another preferential embodiment, the regulation tion of the circulation of heat transfer fluid between each sensor ~ 3 ~ 37 ~ Z
and the exchanger is ensured by means of a circulation pump forced by sensor, which starts and stops its command electrically dependent on the signals supplied by the probes temperature placed one in the upper part of each cap-tor and the other placed at the end of the interchange route has in the lower part of the tank, the pump being put into service uni-only when the sensor probe registers a temperature higher than the exchanger probe, a check valve avoiding reverse circulation.
We will describe below a realization, with variants, of a heating installation according to the invention with references to the appended drawings in which:
fig. 1 shows a schematic installation example solar storage heating;
- fig. 2 shows a heating installation of which the sensors are placed on a surrounding wall;
- fig. 3 shows a variant arrangement of the sensors;
- fig. 4 shows another alternative arrangement sensors on a retaining wall;
- Figs ~ 5 and 6 show alternative uses excess heating for additional functions, swimming pool and greenhouse;
- fig. 7 shows a modular tank element heating for external view;
- fig. 8 shows the arrangement of the exchangers in exploded view;
- the fiq. 9 shows an example of a storage tank tion composed of ~ modular elements assembled and connected;
fig. 10 shows an example of a connection possibility dement simple exchangers of an accumulation tank.
As shown in fig. 1, the diagram of ~ L ~ 387 ~:
the solar heating installation includes solar collectors with water circulation, composed of common type panels sees for heating ~ ffage by ceiling radiation, painted with laur dark and mat and sheltered by glazing causing an effect Greenhouse. A sensor is provided by fa ~ ade sufficiently exposed.
Solar energy is collected as heat in sensors 1 and transported by a heat transfer fluid (water with antifreeze added for example) circulating in a network of pipes 2 to lead to a horizontal tubular ec ~ anger 3 placed at the bottom of an important tank insulated filled with water 4, forming the accumulator. The circulation ldu heat transfer fluid is obtained by a pump ~ 5 (there is a sys-similar to that described below per sensor) of which the!
latching and tripping are controlled by a system electric, the principle of which is as follows: two thermistors 6 and 7 ensure the balance of a measuring bridge placed in a control box with its accessories 8. When the thermis-tance 6, placed at the top of the sensor, records a temperature higher than cel ~ recorded by thermistor 7 placed at the bottom of the accumulator and at the end of the journey of exchanger 3, the pump is put into service, but when the temperatures are in equilibrium or reverse imbalance, the pump is out of service. A check valve 9 completes the assembly ; ble by avoiding reverse circulation by thermo-siphon or by pumping from another sensor. The installation is regulated by a type system existing on the current market, using a valve ~ motorized three-way langeuse 11, controlled by a centraleel4 which receives its ~ sdata from an external probe 12 and a 13 ~ flow sensor to adjust the circuit temperature radiant heating depending on weather conditions -gic. The necessary heat ~ is repri ~ e ~ the accumulator 4 via a second horizontal tubular exchanger 15 ,. .

~ 13 ~ 7 ~ LZ
placed this ~ -e times in the upper part of the accumulator.
When the heat exchanger temperature 15 is no longer sufficient, the valve ~ ll is in the maximum opening position ~ and the limit switches, placed in the servo motor, send current into the hermostat switch 16 whose probe 17 is placed in the heart of the accumulator, at the ~ evaporator between the branches of the coil thereof ~ see below the role of this evaporator).
If the thermostat 16 registers a sufficient temperature health ~ 11 directs the current on a heat pump 18 key of process. It should be noted, before explaining the operation of this heat pump, that the fa ~ t to use changers 3 and 15 avoids putting the accumulator tank under pressure, this which lowers the cost and solves the dilation problems that arise result in a slight difference in water level in the tanks, which should be taken into account when positioning of the changer 15.
The ~ heat pump evaporator 18 absorbs heat water surrounding it, causing a thermosyphon phenomenon ~ ui replaces the cooled water with warmer water from ce of the lower part of the accumulator heated by the sample gor 3.
The position of this evaporator must be such that it exerts its action on a maximum volume of water, it must therefore be as high as possible without however being influenced by a conden-seur 20 ~ which would partially cancel the economy of the process.
The condenser ~ 0 located parallel ~ lement SOU5 the exchanger 15, restores this heat, but at a higher temperature, and the upper part of the accumulator being heated allows the exchanger 15 to fulfill its function. When the thermostat 16 records a temperature no longer allowing the pump ~ heat to operate, ~ S approx, it directs the current 1 '~ 3 ~ 37 ~ Z
on a 2l additional heater and the installation stops working ~ solar energy, but remains available to resume its role as a heat pump or directly, from a new supply of calories comes in through exchanger 3.
Domestic hot water production is also provided on this installation. A type heating flask stream 22 is hydraulically connected, in parallel on] e sensor circuit 2. It is controlled by a similar system ~ those controlling the sensor pumps S. The hot probe 23 is ~ placed on the piping coming from the sensors. The probe cold 24 is placed at 1 ~ lower part of the ~ balloon. This sys-teme commands the opening of a motorized valve 25, when the water coming from the sensors is ~ hotter than that ~ contained in the ball. When the battery becomes full after a long sunny period, in summer for example, production hot water is obtained by circulation in thenmo-siphon from tlr of the sensor exchanger 3 thanks to a calibrated bypass 26 which allows ~ the ~ wave 23 to be influenced by a slight circu-lation in thermo-slphon of the exchanger on itself through this bypass.
Fig. 2 shows a solar heating installation by accumulation, comprises a sensor 27 placed on a wall enclosure 28 and connected by a thermally insulated pipe 29-ment, at the exchanger 30 of the reservolr 31 heating the building 32.
Fig. 3 shows an alternative arrangement of the caps.
tors 34 placed in a sawtooth fashion on the surrounding wall 28, to obtain better sunshine by orienting properly the ~ so-called sensors relative to the wall ~
Fig. 4 shows another alternative arrangement of the sensor 27 placed on the retaining wall 33 and connected to the building 32 as in fig. 2. The sensor could still be oriented as in figv 3 according to the orientation of said wall for _6w ~ L ~ 3 ~ 7 ~ Z
get the best sunshine.
Fig. 5 shows excess energy usage applied to the heating of a swimming pool by using the fact that, for 8 to 9 months a year, the energy collection is much higher building heating needs and water production domestic hot water.
At the outlet of the reservoir 31 and the exchanger 30, on the heating circuit 35 of building 32 is a bypass 36 connected to a heater 37 which heats the water of swimming pool 38, which is recycled for treatment by conduits 39.
Fig. 6 shows a heating installation 40 of a greenhouse 41, connected in parallel by a remote pipe 42 heating the building 32. A manual or automatic device allows the activation or deactivation of additional functions, when all the accumulated energy is needed to heat the main building. Another additional function can be used to operate a water pump by means of a solar motor known type, for example at low temperature steam. This provision sitive is particularly effective, since it is after a very sunny day, therefore with an important catchment, that water is necessary in quantity for watering gardens.
This motor can also operate, in parallel with a motor thermal, a generator in the case of a residence located outside the electrical distribution network.
Fig. 7 shows a modular heating element in external view and the ~ igure 8 a burst view ~ e of the latter, pre-feel the position of the various exchangers.
Pre ~ manufacturing of the accumulation tank in the form of modular elements which can be placed side by side is achievable with a loss minimum material. Each identical element 45 consists of a parallelepipedic tank elongated horizontally and narrow ~ L ~ 3 ~ 7 ~ 2 ver-tically, waterproof, ~ closed by a cover and provided in its upper part of the heating-tank exchanger 46 and down dant, of the condenser exchanger ~ 7, of the evaporator exchanger 48, of the sensor-tank exchanger 49. All these elements are sized according to the capacity of said storage tank lation.
The reservoir 45 is, moreover, provided with an ori ~ ice of vi-balancing hazard 51 at the bottom, and an overflow hole full balancing 50 in the upper part, just below the water level. The tank is placed, for leveling9 on feet of adjustable height which allow insulation thermal of the bottom of the tank.
The connection ports of the drain exchangers dt of overflow ends sum the same narrow face, in order to facilitate their assembly.
Fig. 9 shows an example of an accumulation tank composed of 4 modular elements 45 assembled. These are juxtaposed wide face against wide face, the connectable faces being placed on the same vertical plane. Elements 45 are horizontally adjusted in both directions. The exchangers of each category are collected together in parallel and according to the product known as "Tichelmann loop" which allows equalization pressure losses per exchanger, whatever the number, then are each connected to its corresponding circuit: collector tank-heating exchanger 52 on the use circuit, condenser collector 53 and evaporator 54 on the heat pump, the co] exchanger-sensor-reservoir reader 55 on the sensor (s).
The drain and overflow holes are also collected between them and serve at the same time - to ensure balance-temperature age by thermo-siphon between the tanks. The collector ~ e overflow 56, which is below level top of the water, must rise in 57 above this level ~ L ~ 3 ~ 7 ~ 1Z
before going back down on a ~ idange 58 ~ on which it is equal-ment connected to the ~ idange 59 collector via of a drain valve 60. On this manifold 59 is also connected the filling 61 of the elements. These tanks do not have not withstand pressure other than that of the water they contain; they can be made of light materials such than sheet metal or molded material.
A reinforcement composed of rigid crosspieces 62 and of ti-rants 63 avoids defo ~ nation of free faces of tanks 45a at 45b.
The reservo ~ rd ~ accumulation once assembled and connected ~ is tested to check for leaks and is carefully insulated to avoid heat loss, especially when the installation is arranged outside the building to be heated.
For example, a tank with a width of 0.70m, of length 3.30m and height 1.8Sm without feet ~ represents a power of ~ in ~ iron 2,350 calories.
This set can also be buried; in this case9 Thermal insulation is only to be carried out in the upper part with an overflow of one meter ~ in order to take advantage of the ~
tion of calories in the materials surrounding the assembly. There is should be expected, in the latter case and even more than in the others, effective protection against corrosion Fig. 10 shows an example of connection possibilities.
dement exchangers. In order to speed up assembly on site, the orifices of the drain and full-flow heat exchangers 64 are provided in the factory of a collector section 65 of equal length;
width of the element 66 placed hori ~ ontalement ~ parallel to the small face; the ends 67 are aligned in the extension large faces of the reservoir element. These ends 67 are prepared to ~ be connected, tightly and quickly by flanges, welds or union fitting, to the next element 68 or to _9 ~ L ~ 3 ~
an end piece. Each set of elements is connected on the corresponding networks: for each sample collector geur by a direct connection 69 and a bend at 180, 70, allowing thus the Tichelmann loop, for the overflow collector by a double bend 71 ensuring the rise above the level overflow water, for the drain collector of a elbow fitted with a 7Z drain valve and for all ports unused occlusion 73.
All these connections are designed to be placed inde-remment right or left of all the elements.

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Claims

The embodiments of the invention about which a exclusive property right or lien is claimed, are defined as follows:

1. Space heating device collecting, accumulating and restoring solar energy, characterized in that it comprises solar energy collectors with circulation of heat transfer fluid in a network of pipes, controlled by means of regulation lation and forced circulation, the heat transfer fluid from nance of the sensors leads to a tubular heat exchanger placed in the bottom of an insulated pressure tank in the lower part of the installation and containing a storage fluid mulation of calories that are taken up as needed, by via a horizontal tubular heat exchanger placed at the top of the tank and connected to a piping circuit radiant floor and / or ceiling heating, the general regulation is controlled by the heating regulation which adjusts its temperature according to the outside temperature by through a mixing valve, when the temperature held by the tank / heating exchanger is insufficient, the limit switch contact opening of the mixing valve feeds by running the tank's reversing thermostat which directs it either on a backup heater, or, if there are still calories tables, on a heat pump comprising a condenser and a horizontal tubular evaporator placed one below the be between the horizontal tubular collector / tank exchangers and heating tank, the heat pump draws, through its horizontal tubular porator, calories to accumulating fluid tion and restores them by means of its horizontal tubular condenser tal, at a temperature sufficient for the fluid surrounding the exchanger tank / heater.

2. Apparatus according to claim 1 characterized in what the heat exchangers providing or removing the heat lories to the accumulation fluid, are made by means of hose-teries placed horizontally and superimposed in the tank accumulation.

3. Apparatus according to claims 1 or 2, character-laughed at that the regulation of the circulation of carrier between each sensor and the exchanger is ensured by means a forced circulation pump by sensor, the setting of which start and stop are electrically controlled according to the signals provided by the temperature probes placed one in upper part of each sensor and the other placed at the end of course of the exchanger has at the bottom of the tank, the pump is only put into service when the sensor probe records a temperature higher than the exchanger probe, a check valve prevents reverse circulation.

4. Apparatus according to claim 1 characterized in what the temperature regulation of the heat transfer fluid in circulation in the heat exchanger, around 30 ° C, is ensured by means of a motorized three-way mixing valve tracks electrically controlled from a central receiving its data from an outdoor thermostatic probe and a probe interior adjustable, calories are taken directly from the tank via the exchanger placed at the part upper of said reservoir, when the temperature of the fluid accumulation becomes insufficient for direct debit, a heat pump is put into service.

5. Apparatus according to claims 1 or 4, character-that the heat pump has an evaporator placed as high as possible in the tank so that it exerts its action on a maximum volume of the accumulation fluid without being influenced by the condenser of the pump heat located under the exchanger, the heat pump is supplied electrically by a switch thermostat itself powers from the limit switches of the motorized valve, said thermostat is controlled by a probe placed between the branches of the evaporator coil and turns off the pump when the temperature of the storage fluid drops below + 5 ° C.

6. Apparatus according to claim 1, characterized in that a domestic hot water tank is connected parallel on the sensor circuit and supplied by a valve motorized controlled by a probe placed on the circuit of sensors and by a probe placed at the bottom of the balloon, a calibrated bypass allows hot water circulation by thermo siphoning.

7. Apparatus according to claim 1, characterized in what the accumulation tank is made from modular juxtaposed tanks, each of said elements includes a parallelepiped tank, a heat exchanger tank, a condenser exchanger, an evaporator exchanger, a tank sensor and means for connecting the elements tanks between them.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in what the range of thermal powers is obtained by juxta-position of the corresponding number of identifiable tank elements ques for each of the powers of said range.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in what the modular elements juxtaposed forming a set of heating are carried out identically, the orifices of the exchangers, emptying and overflow of each modular element of tank, are provided with lengths of manifolds equal to the width of the element, the ends of these collec-ters are equipped with a quick and watertight connection means, on the ends of the manifolds of the juxtaposed tanks.

10. Apparatus according to claim 9, characterized in that each tank element is connected to the cor-responding by means of a direct connection and a 180 ° elbow allowing this connection to be made according to the principle of Tichelmann loop, drain and overflow sockets are collected together to balance temperatures between the different tanks and connected by means of a double bend allowing the rise above the water level overflow, an elbow fitted with a drain tap on the neck drain reader and a collector on each of the exchangers which are connected to the exchangers of the juxtaposed tanks, unused ports have an occlusion.

11. Apparatus according to claim 1, characterized in what the solar collectors are stationary outside the building to be heated, oriented on a continuous line for receive the maximum amount of sunshine, said sensors are connections to the tank via a thermally insulated remote pipe only.

12. Apparatus according to claim 11, characterized in that the sensors are placed on a broken line in sawtooth to obtain a larger catchment area better sunny.

13. Apparatus according to claim 1, characterized in that the heating tank is placed outside the building near the sensors and connected to said building by a thermally insulated remote pipe.

14. Apparatus according to claim 1, characterized in what the accumulated excess energy is used for the heating of premises or annexes such as swimming pool, greenhouses, or for run a solar motor.

15. Apparatus according to claims 1 or 14, charac-confirmed that the additional functions are put into service or out of service by a device with manual or automatic control.