FR2496849A1 - Chauffe-eau solaire a conduits de chaleur - Google Patents
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Abstract
CHAUFFE-EAU SOLAIRE QUI COMPREND UN CERTAIN NOMBRE DE CONDUITS DE CHALEUR DISPOSES EN PARALLELE ET COMPORTANT DES PARTIES DE VAPORISATION 7 ET DES PARTIES DE CONDENSATION 9, ET UN CERTAIN NOMBRE DE PLAQUES COLLECTRICES 2 QUE TRAVERSENT LES CONDUITS DE CHALEUR 1 ET QUI SONT DISPOSEES EN PARALLELE, LA PARTIE DE VAPORISATION 7 DE CHAQUE CONDUIT DE CHALEUR 1 TRAVERSANT ET ETANT MONTEE FIXEMENT DANS LES PLAQUES COLLECTRICES 2, EN ETROIT CONTACT DE CONDUCTION DE CHALEUR, CHAQUE PLAQUE COLLECTRICE 2 COMPORTANT UNE PARTIE INFERIEURE PLIEE 2 QUI EST PRATIQUEMENT PERPENDICULAIRE A SA PARTIE RESTANTE DE FACON A COUVRIR L'ESPACE COMPRIS ENTRE ELLE-MEME ET LA PLAQUE COLLECTRICE 2 ADJACENTE. GRACE A CETTE DISPOSITION, LA CHALEUR SOLAIRE PEUT ETRE EFFICACEMENT RECUEILLIE PAR LES PLAQUES COLLECTRICES ET PEUT ETRE TRANSMISE AUX CONDUITS DE CHALEUR AVEC DES PERTES NEGLIGEABLES. DANS CES CONDITIONS, L'EFFICACITE DU CHAUFFE-EAU SOLAIRE EST SENSIBLEMENT AUGMENTEE.
Description
La présente invention se rapporte à un chauffe-eau solaire du type
à conduits de chaleur dans lequel la chaleur solaire est absorbée par un cer-
tain nombre de plaques collectrices semblables à des ailettes et est ensuite transférée par les conduits de chaleur à un réservoir d'échange de chaleur ou un réservoir d'eau chaude afin de chauffer le fluide contenu dans ce réservoir En général, les chauffe-eau solaires à conduits de chaleur utilisés auparavant comprennent un certain nombre de plaques collectrices plates dont
chacune n'est en contact qu'avec un seul conduit de chaleur. Dans ces chauffe-
eau, on ne saurait espérer obtenir une grande efficacité puisque la chaleur solaire, après qu'elle a été réfléchie par les plaques collectrices plates, se disperse dans l'atmosphère et n'est jamais réabsorbée. De plus, pour des raisons qui seront expliquées plus loin, la résistance de contact thermique entre les plaques collectrices et les conduits de chaleur est inévitablement élevée, ce qui contribue à abaisser encore davantage l'efficacité du point de vue de l'absorption de la chaleur. Enfin, du fait que chaque plaque collectric n'est associée qu'à un seul conduit de chaleur, la chaleur solaire recueillie par celle- ci n'est pas utilisée dans le cas o le conduit de chaleur auquel elle est associée vient à tomber en panne pour une raison quelconque, par
exemple, du fait de la fuite de son fluide de travail.
En conséquence, l'un des buts de la présente invention est de fournir un chauffe-eau solaire du type à conduits de chaleur qui, pour augmenter son efficacité, c'est-à-dire la quantité de chaleur collectée,est pourvu de plaque collectrices capables de réabsorber les radiations solaires réfléchies et qui
est relié aux conduits de chaleur de façon à être en étroit contact de conduc-
tion de chaleur avec ceux-ci et qui peut maintenir une efficacité thermocol-
lectrice globale pratiquement constante, même dans le cas o l'un des conduits
de chaleur tomberait en panne.
Pour atteindre ces objectifs, la présente invention apporte un chauffe eau solaire du type à conduits de chaleur qui comprend - une enveloppe principale, un certain nombre de conduits de chaleur
comportant des parties de vaporisation et des parties de condensation, les-
dites parties de vaporisation étant placées à l'intérieur de ladite enveloppe, tandis que lesdites parties de condensation s'avancent à l'extérieur par l'une des extrémités de ladite enveloppe, un réservoir d'échange de chaleur monté à cette extrémité de l'enveloppe principale de manière à enfermer lesdites parties de condensation, et un certain nombre de plaques thermocollectrices
disposées à l'intérieur de ladite enveloppe principale en relation d'inter-
section avec lesdits conduits de chaleur, la partie de vaporisation de chaque conduit de chaleur traversant et étant fixée auxdites plaques collectrices en étroit contact de conduction de chaleur avec ces dernières, chaque plaque collectrice.comportant une partie inférieure pliée pratiquement à angle droit par rapport à la partie restante de manière à couvrir l'espace compris entre
elle-même et la plaque collectrice adjacente.
Dans ce mode de construction, du fait que la partie inférieure de chaque plaque thermocollectrice est pliée comme spécifié ci-dessus, la partie de la lumière solaire qui a été réfléchie est réabsorbée soit par la partie pliée, soit par la partie non-pliée ou bien par une plaque collectrice adjacente et de ce fait, la chaleur solaire est absorbée au maximum. De plus, étant donné
JO que chaque conduit de chaleur traverse des trous formés dans les plaques col-
lectrices, un contact étroit peut être facilement réalisé avec les plaques
collectrices par une simple expansion, réduisant ainsi la résistance de con-
tact thermique entre le conduit et les plaques. En prévoyant des bordures annulaires faisant partie intégrante des plaques autour des trous de passage des conduits de chaleur, afin d'augmenter l'aire de contact, la résistance de contact thermique sera encore abaissée davantage. En outre, puisque chaque plaque collectrice est simultanément en contact avec tous les conduits de chaleur, l'efficacité thermocollectrice globale est maintenue pratiquement constante, même dans le cas o l'un des conduits viendrait accidentellement
à tomber en panne.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la partie pliée
de chaque plaque collectrice est disposée par rapport aux parties de vaporisa-
tion des conduits de façon que les radiations solaires réfléchies par la par-
tie pliée aient tendance à chauffer directement les parties de vaporisation par en-dessous. Cette disposition favorise aussi l'absorption de la chaleur par le chauffe-eau. Selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention, l'enveloppe principale est montée avec une certaine inclinaison de sorte que l'une des extrémités de l'enveloppe est plus haute que l'autre, et la partie inférieure de chaque plaque collectrice est pliée vers cette autre extrémité de l'enveloppe en ménageant un étroit intervalle entre cette partie pliée et
la plaque collectrice adjacente.
Grâce à cette disposition, l'eau de pluie entrant accidentellement dans l'enveloppe principale ou bien résultant de la condensation à l'intérieur de celle-ci, s'écoule le long des plaques collectrices et est évacuée par ces
étroits intervalles.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de
la description qui va suivre, qui n'a, bien entendu, aucun caractère limitatif,
en référence aux dessins annexés sur lesquels:
- la figure I est une vue latérale, en coupe verticale, d'un chauffe-
eau solaire conforme à l'invention;
- la figure 2 est une vue en perspective illustrant la partie princi-
pale de celui-ci; - la figure 3 est une coupe latérale agrandie de cette partie princi- pale; - la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 3; et
- la figure 5 est une vue en perspective représentant un chauffe-
eau solaire à conduits de chaleur de la technique antérieure.
Avant de procéder à la description de la présente invention, on se
propose de décrire brièvement un chauffe-eau solaire typique à conduits de
chaleur de la technique antérieure en regard de la figure 5.
Le conduit solaire représenté sur la figure 5 comporte, en tant que partie principale, un certain nombre de plaques thermocollectrices plates 23 reliées entre elles à leurs bords latéraux. Un conduit de chaleur 21 est fixé à chaque plaque collectrice 23 en montant sa partie de vaporisation 22 dans
un renfoncement longitudinal 24 de la plaque 23.
Avec ce mode de construction, du fait que les plaques collectrices 23 sont plates, les rayons de soleil qui les frappent se réfléchissent sur celles-ci et de ce fait, se dispersent dans l'atmosphère, ce qui a pour conséquence une faible absorption de l'énergie solaire. De plus, du fait que le transfert de la chaleur entre les plaques 23 et les parties de vaporisation
22 s'effectue par des surfaces de contact relativement petites dans les renfon-
cements 24, et du fait que la résistance de contact thermique entre les plaques 23 et les parties de vaporisation 22 est inévitablement élevée du fait de l'insuffisance du contact,(l'ajustement des éléments de vaporisation 22 dans
les renfoncements 23 s'accompagnant toujours de la formation de petits inter-
valles d'air à l'interface), l'efficacité ou le rendement du transfert de chaleur entre eux, c'est-à-dire, l'efficacité ou le rendement thermique du
chauffe-eau est inévitablement faible.
D'autre part, étant donné que le transfert de chaleur entre les plaques collectrices 23 ne s'effectue que par l'intermédiaire de surfaces de contact relativement petites, le long de leurs bords latéraux, et est par conséquent, extrêmement faible, il est clair que les conduits de chaleur 21 ne peuvent
recevoir la chaleur que des plaques collectrices correspondantes 23. En consé-
quence, si l'un des conduits de chaleur 23 vient à tomber en panne, pour une
raison quelconque, par exemple par suite d'une fuite, la chaleur solaire absor-
bée par la plaque 23 correspondante est inévitablement perdue.
La présente invention, qui a été conçue en vue de remédier aux incon-
vénients ci-dessus, va être décrite maintenant en détail en se référant aux
figures I à 4.
Le chauffe-eau à conduits de chaleur représenté sur les figures I à 4 comprend, d'une manière générale, un certain nombre de conduits de chaleur I disposés en parallèle, un certain nombre de plaques collectrices 2 disposées en parallèle, perpendiculairement aux conduits de chaleur 1, une enveloppe 3 dans laquelle les plaques 2 et une partie des conduits de chaleur I sont logées,
et un réservoir d'échange de chaleur 4 monté à l'une des extrémités de l'en-
veloppe 3 et servant de réservoir d'eau chaude. L'enveloppe 3 comprend, à sa base une plaque 5 et sur le dessus une plaque de verre 6 permettant le passage de la lumière solaire et qui est généralement installée dans une position
inclinée sur le toit d'un immeuble.
Chaque conduit de chaleur I comprend une partie de vaporation 7 (partie d'absorption de chaleur) logée à l'intérieur de l'enveloppe 3, une partie intermédiaire thermo-isolante 8 et une partie de condensation 9 (partie de libération de la chaleur). La partie de vaporisation 7 traverse les plaques collectrices 2 par des trous qui y ont été percés, comme on le voit sur la figure 2 et est maintenue en contact étroit de conduction de chaleur avec ces dernières. La partie de vaporisation 7 est supportée par la plaque
de base 5 par l'intermédiaire des plaques 2 et d'un isolant de la chaleur 10.
La partie de condensation 9 s'avance à l'extérieur de l'enveloppe 3 et pénètre dans le réservoir d'eau chaude 4 o elle plonge dans l'eau Il contenue dans celui-ci en vue d'un échange de chaleur avec elle. Un joint annulaire 12 est prévu entre la partie isolante 8 et le réservoir 4 pour empêcher les fuites. Un fluide de travail 13 est hermétiquement emprisonné dans le conduit
de chaleur 1.
Chaque plaque collectrice 2 est simultanément en contact avec tous les conduits de chaleur I (voir figure 2). Comme on le voit clairement sur
la figure 3, la plaque 2 comporte une partie inférieure 2' pliée vers l'extré-
mité inférieure de l'enveloppe 3 et qui est pratiquement perpendiculaire à la partie non-pliée de façon à couvrir l'espace compris entre elle-même et la plaque collectrice adjacente, en ménageant un étroit intervalle comme indiqué en 14. Toutes les parties pliées 2' sont disposées dans un même plan afin de
produire une surface collectrice s'étendant sous la plaque de verre 6 et cou-
vrant pratiquement toute la surface de cette dernière.
Le fonctionnement est le suivant: la lumière solaire traversant la plaque de verre est en majeure partie absorbée par les plaques collectrices 2, mais en même temps elle est partiellement réfléchie par ces dernières. La 2496E fraction de la lumière ainsi réfléchie est réabsorbée soit par les parties pliées, soit par les parties non-pliées ou bien par les plaques collectrices adjacentes. Ainsi, les plaques 2 peuvent absorber presque toute la lumière
solaire qui les frappe.
La chaleur solaire ainsi collectée est transférée aux surfaces de contact entre les plaques collectrices 2 et les parties de vaporisation des conduits de chaleur I et passe ainsi dans le fluide de travail 13 contenu dans les conduits 1, les pertes de chaleur dues à la résistance de contact thermique aux surfaces de contact étant faibles. Dans ces conditions, le fluid de travail 13 bout sous l'action de la chaleur ainsi reçue et est vaporisé. Le fluide de travail 13 ainsi vaporisé circule à l'intérieur des conduits de chaleur 1 vers les parties de condensation respectives 9 en chauffant l'eau Il contenue dans le réservoir 4, tout en se condensant lui-même. Le fluide 13 ainsi condensé ruisselle le long des parois intérieures des conduits de chaleur 1, en regagnant les parties de vaporisation correspondantes, après quoi, le
cycle ci-dessus peut recommencer.
Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, avant que le fluide de travail 13 soit introduit dans les conduits de chaleur 1, ceux-ci sont d'abord provisoirement assemblés avec les plaques collectrices 2, puis sont expansés
afin de réaliser entre eux un contact étroit assurant un bon contact thermo-
conducteur. Ainsi, il est possible de diminuer la résistance de contact the ai-
que, c'est-à-dire, de réduire les pertes de chaleur entre les conduits 1 et les plaques 2. Cette résistance de contact thermique peut encore être abaissée
davantage en pourvoyant les trous de passage des plaques 2 de bordures annu-
laires 15 en faisant partie intégrante.
Chaque plaque collectrice 2 est en contact avec tous les conduits de chaleur 1 en même temps, comme il a été expliqué ci-dessus et comme représenté sur la figure 2. Dans ces conditions, même si l'un des conduits de chaleur 1 cessait de fonctionner, par exemple, par suite d'une fuite de son fluide de
travail, la chaleur solaire recueillie par la plaque collectrice 2 serait néan-
moins transmise, avec des pertes négligeables, à l'eau Il du réservoir 4
par les autres conduits de chaleur 1 qui sont en contact avec la plaque 2.
Ainsi donc, même lorsqu'un tel incident se produitl'efficacité collectrice est maintenue pratiquement constante du fait de l'augmentation de la charge
thermique de chacun des conduits de chaleur restant.
En se référant aux figures 3 et 4, on remarque que du fait que le
rayonnement solaire réfléchi sur les parties pliées 2' de chaque plaque col-
lectrice 2 a tendance à chauffer directement les conduits I par endessous, la vaporisation du fluide de travail 13 qui s'est condensé dans les parties 2496849v de condensation respectives 9 et qui coule le long de la surface des conduits
I est accélérée, élevant encore l'efficacité thermocollectrice du chauffeeau.
Comme il a été indiqué plus haut, de petits intervalles 14 sont ménagés
ente les extrémités inférieures des parties pliées 2' et les plaques collec-
trices 2 adjacentes. Grâce à cette disposition, les eaux de pluie ou de conden- sation formées sur les plaques collectrices 2 peuvent ruisseler le long de ces dernières et peuvent s'en échapper par ces intervalles. L'eau qui s'écoule ainsi est guidée par des rainures, non représentéesformées dans l'isolant 10
et est evacuée de l'enveloppe 3 par un orifice d'évacuation, non représenté.
Ainsi on évite que cette eau s'accumule aux coins des pliures 16 en provoquant
une corrosion des plaques collectrices 2, assurant ainsi une meilleure durabilité.-
Claims (5)
1. Chauffe-eau solaire du type à conduits de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend: une enveloppe principale (3), un certain nombre de conduits
de chaleur comportant des parties de vaporisation (7) et des parties de conden-
sation (9), lesdites parties de vaporisation (7) étant logées à l'intérieur de ladite enveloppe (3), tandis que lesdites parties de condensation(9)s'avancent à l'extérieur par l'une des extrémités de ladite enveloppe(3) un réservoir d'échange de chaleur(1I)monté à cette extrémité de l'enveloppe principale(3) de manière à enfermer lesdites parties de condensation(9) et un certain nombre de plaques thermocollectrices(2)disposées à l'intérieur de ladite enveloppe principale en relation d'intersection avec lesdits conduits de chaleur(1), la partie de vaporisation de chaque conduit de chaleur traversant et étant fixée auxdites plaques collectrices(2)en étroit contact de conduction de chaleur avec ces dernières, et chaque plaque collectrice(2) comportant une partie inférieure (2') pliée pratiquement à angle droit par rapport à la partie restante de manière à couvrir l'espace compris entre elle-même et la plaque collectrice (2) ajacente.
2. Chauffe-eau solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie pliée (2') de chaque plaque collectrice (2) est disposée par rapport aux parties de vaporisation 7 des conduits 1 de façon que les radiations solaires réfléchies par la partie pliée (2')ont tendance à chauffer directement
les parties de vaporisation (7) par en-dessous.
3. Chauffe-eau solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réservoir d'échange de chaleur 11 présente la forme d'un réservoir d'eau
chaude.
4. Chauffe-eau solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe principale 3 est montée avec une certaine inclinaison de sorte que l'une des extrémités de l'enveloppe(3) est plus haute que l'autre, et la partie
inférieure de chaque plaque collectrice (2) est pliée vers cette autre extré-
mité de l'enveloppe(3)en ménageant un étroit intervalle(14)entre cette partie
pliée (2') et la plaque collectrice(2)adjacente.
5. Chauffe-eau solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de vaporisation (7) de chaque conduit (1) traverse lesdites plaques collectrices (2) par des trous (12) percés dans celles-ci, chaque trou (12)
comportant une bordure annulaire faisant partie intégrante de la plaque collec-
trice (2).
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