FR2917816A1

FR2917816A1 - Cold water supplying device for thermosyphon type solar water heater, has cylindrical body including opened ends and longitudinal axes parallel to longitudinal axes of shell ring of hot water accumulation balloon of solar water heater

Info

Publication number: FR2917816A1
Application number: FR0704455A
Authority: FR
Inventors: Williams Danger
Original assignee: SUN TEC SARL
Current assignee: SUN TEC SARL
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2008-12-26

Abstract

The device has a hollow cylindrical body including opened ends and longitudinal axes (Z1, Z2) substantially parallel to longitudinal axes of a shell ring of a hot water accumulation horizontal balloon of a solar water heater, where the device is in form of cylinder, triangle, rectangle, square or oval. An orifice (3a) is located in an upper part of the body. A mouthpiece is arranged perpendicular to a surface of the ring of the balloon.

Description

La présente invention concerne un nouveau dispositif d'amenée d'eau froideThe present invention relates to a new device for supplying cold water

destiné aux ballons horizontaux d'accumulation d'eau chaude de chauffe-eau solaire. Ce dispositif peut également remplir, simultanément (figure 1) ou séparément (figure 2), la fonction de tubulure d'alimentation d'eau froide des capteurs solaires du dit chauffe- eau. Les dits ballons comportent, de façon traditionnelle, un corps de forme générale cylindrique réalisé à partir d'une virole ld obturée à ses extrémités par deux fonds bombés. La figure 1 représente une coupe longitudinale d'un chauffe-eau solaire équipé d'un ballon horizontal d'accumulation d'eau chaude. Le dit ballon comporte en général : - Une tubulure de soutirage d'eau chaude la appelée aussi pipe de soutirage, permettant le soutirage de l'eau chaude par l'utilisateur du ballon. - Une tubulure d'amenée d'eau chaude lb appelée aussi pipe d'eau chaude permettant d'alimenter en eau chaude le ballon, cette eau provenant des capteurs solaires. - Une tubulure d'amenée d'eau froide le appelée aussi pipe d'eau froide permettant d'alimenter le ballon en eau froide, et alimentant en fluide froid le ou les capteurs du chauffe-eau solaire. Parfois ces deux fonctions sont assurées distinctement par deux canalisations séparées (figure 2), notamment dans les dits ballons avec échangeur. - Une isolation suffisante le afin de minimiser les déperditions calorifiques. - Une enveloppe 1f qui renferme l'isolant. - Un thermoplongeur afin de remédier au manque d'ensoleillement. Le principe de stockage dans un ballon horizontal d'accumulation d'eau chaude repose sur le fait que la température diminue la densité de l'eau. Ainsi, il se crée de façon naturelle une stratification de la masse d'eau en couches horizontales avec un gradient de température vertical. Du fait que l'on travaille à volume constant, la quantité d'eau chaude puisée en partie supérieure de la réserve par la tubulure la, est remplacée dans la même proportion par de l'eau froide introduite en partie basse de la réserve par la tubulure d'amenée d'eau froide 1c. intended for horizontal hot water accumulation balloons of solar water heater. This device can also fill, simultaneously (Figure 1) or separately (Figure 2), the cold water supply pipe function of the solar collectors of said water heater. Said balloons comprise, in the traditional way, a body of cylindrical general shape made from a shell ld closed at its ends by two curved bottoms. Figure 1 shows a longitudinal section of a solar water heater equipped with a horizontal hot water storage tank. The said balloon generally comprises: - A hot water withdrawal pipe also called the withdrawal pipe, allowing the withdrawal of hot water by the user of the balloon. - A hot water supply tubing lb also called hot water pipe for supplying hot water to the balloon, the water from the solar collectors. - A cold water inlet tubing also called cold water pipe for supplying the balloon with cold water, and supplying cold fluid or the solar water heater sensors. Sometimes these two functions are provided separately by two separate pipes (Figure 2), especially in said balloons with exchanger. - Insulation sufficient to minimize heat loss. - An envelope 1f which contains the insulation. - An immersion heater to remedy the lack of sunshine. The principle of storage in a horizontal hot water storage tank is based on the fact that the temperature decreases the density of the water. Thus, a stratification of the water body in horizontal layers with a vertical temperature gradient is naturally created. Because we work at constant volume, the quantity of hot water drawn from the upper part of the reserve by the pipe 1a, is replaced in the same proportion by cold water introduced in the lower part of the reserve by the cold water supply pipe 1c.

Le maintien d'une stratification de la masse d'eau en couches horizontales, avec un gradient de température vertical, permet en théorie, d'obtenir un volume d'eau chaude soutiré équivalent au volume intérieur du ballon, et ce, à une température élevée quasi-constante. En réalité, seule une certaine fraction du volume intérieur de la réserve d'eau est soutirée à une température constante élevée, le reste étant une eau tiède caractérisée par une température décroissante asymptotiquement, au fur et à mesure du soutirage, jusqu'à la température de l'eau froide introduite. Ceci tient au fait que lors de l'introduction d'eau froide en partie basse de la réserve il se crée des turbulences engendrant inévitablement un mélange de l'eau chaude de la réserve avec l'eau froide introduite. Maintaining a stratification of the water mass in horizontal layers, with a vertical temperature gradient, theoretically makes it possible to obtain a volume of hot water drawn off equivalent to the interior volume of the flask, and this, at a temperature of high almost constant. In reality, only a certain fraction of the internal volume of the water reserve is withdrawn at a constant high temperature, the rest being a lukewarm water characterized by a decreasing temperature asymptotically, as the racking takes place, to the temperature cold water introduced. This is due to the fact that during the introduction of cold water in the lower part of the reserve there is created turbulence inevitably generating a mixture of hot water reserve with cold water introduced.

Afin de maximiser le volume d'eau chaude soutiré diverses solutions ont été adoptées, concernant les tubulures d'amenée d'eau froide le ou 2d des ballons horizontaux d'accumulation d'eau chaude de chauffe-eau solaire, dans le but de limiter le mélange de l'eau chaude en partie basse de la réserve lors du processus de soutirage d'eau. In order to maximize the volume of hot water drawn off various solutions have been adopted, concerning the cold water supply pipes the or 2d horizontal storage tanks of hot water of solar water heater, with the aim of limiting mixing the hot water in the lower part of the reserve during the water withdrawal process.

L'une de ces solutions consiste à équiper l'extrémité de la tubulure d'amenée d'eau froide le ou 2d, située à l'intérieur du ballon, d'une plaque brise-jet jointe sur la partie haute de la tubulure formant avec son axe un angle d'environ 45 . Une autre solution consiste à ajouter sur l'extrémité de la tubulure d'amenée d'eau froide le ou 2d, située à l'intérieur du ballon, un corps creux de formes diverses s'évasant dans la direction opposée au fond où la tubulure d'amenée d'eau froide prend son départ. Le corps creux est parfois remplacé par tube rectiligne percé de façon discontinue sur la génératrice la plus inférieure. Dans d'autres cas, lorsque la pipe d'eau froide est située en partie basse de la virole, elle comporte, à l'intérieur du ballon, une embouchure biseautée et une plaque brise-jet à 90 de l'axe du piquage, conduisant le flux d'eau froide dans la direction du centre du ballon parallèlement à l'axe longitudinal de la virole. Cependant, les débits mis en oeuvre lors du soutirage d'eau chaude sont tels que ces solutions n'éliminent pas le problème de mélange d'eaux en partie basse de la réserve. Les constructeurs sont donc obligés de surdimensionner les ballons horizontaux d'accumulation d'eau chaude de chauffe-eau solaires. Par ailleurs, tous ces dispositifs engendrent la formation d'un matelas d'eau mélangée tiède, en partie basse de la réserve d'eau, d'une hauteur plus ou moins égale à la distance séparant la génératrice basse de la virole 1h des dits ballons et la partie la plus haute du dispositif. Or d'après le second principe de la loi de Carnot, on sait que le rendement d'une machine thermique est amélioré lorsque l'écart entre les deux températures de cette machine thermique est maximum. On peut assimiler un capteur solaire thermique à une machine thermique isolée, où s'effectue un échange entre un corps chaud, à savoir l'absorbeur du capteur jouant aussi le rôle de corps noir, et un corps froid, le fluide circulant dans le capteur, c'est à dire l'eau qui provient de la pipe d'amenée d'eau froide le du ballon. Le rendement d'un capteur solaire thermique est donc amélioré lorsque le liquide, qui y est introduit, est le plus froid possible. La présence d'eau tiède mélangée en partie basse d'un ballon d'accumulation horizontal d'eau chaude de chauffe-eau solaire est donc préjudiciable à double titres : -Elle limite le volume d'eau chaude soutirée, - Elle diminue le rendement des capteurs solaires thermiques et par conséquent diminue 15 la performance globale du chauffe-eau solaire. La présente invention a donc pour but principal de solutionner ces deux problèmes en maximisant le volume d'eau chaude soutirable et en augmentant le rendement des dits chauffe-eau solaires. Un autre but du dispositif de la présente invention est la diminution de la 20 capacité de stockage des dits ballons, l'abaissement du diamètre de la virole permettant ainsi une meilleure intégration visuelle du dit ballon notamment lors d'une installation sur toiture comme pratiquée dans les régions chaudes du globe. Dans un ballon horizontal d'accumulation d'eau chaude utilisé comme partie de chauffeeau solaire, qui appartient au genre de ceux comprenant une forme générale 25 cylindrique réalisée à partir d'une virole fermée par deux fonds, la présente invention a pour objet un dispositif destiné à limiter la formation d'un matelas d'eau chaude tiède en partie basse du dit ballon, tout en permettant d'augmenter le rendement des capteurs solaires du dit chauffe-eau. A cet effet, le dispositif suivant l'invention, placé à l'intérieur d'un ballon 30 horizontal d'accumulation d'eau chaude utilisé comme partie de chauffe-eau solaire, qui appartient au genre de ceux comprenant une forme générale cylindrique réalisée à partir d'une virole fermée par deux fonds et dans le prolongement de la ou des tubulures d'afflux de liquide froid localisées généralement en partie basse de celui-ci, comprend selon une première caractéristique un corps préférentiellement cylindrique creux, coudé selon un ou plusieurs axes, ayant ses extrémités débouchées et leur axe longitudinal (ZI et Z2 figure 3) sensiblement parallèle à l'axe longitudinal (Z figure 1) de la virole du dit ballon. One of these solutions consists in equipping the end of the cold water inlet tubing 1a or 2d, located inside the balloon, with an attached jet plate on the upper part of the tubing forming with its axis an angle of about 45. Another solution is to add on the end of the cold water supply pipe or 2d, located inside the balloon, a hollow body of various shapes flaring in the opposite direction to the bottom where the tubing supply of cold water starts. The hollow body is sometimes replaced by a straight tube discontinuously pierced on the lowest generatrix. In other cases, when the cold water pipe is located in the lower part of the ferrule, it comprises, inside the balloon, a beveled mouth and a jetbreak plate 90 of the axis of the stitching, driving the flow of cold water in the direction of the center of the flask parallel to the longitudinal axis of the ferrule. However, the flow rates implemented during the withdrawal of hot water are such that these solutions do not eliminate the problem of mixing water in the lower part of the reserve. Manufacturers are therefore forced to oversize the horizontal hot water storage tanks of solar water heaters. Furthermore, all these devices generate the formation of a lukewarm mixture of water, in the lower part of the water reserve, a height more or less equal to the distance between the low generator of the ferrule 1h of said balloons and the highest part of the device. Now according to the second principle of Carnot's law, it is known that the efficiency of a thermal machine is improved when the difference between the two temperatures of this thermal machine is maximum. A solar thermal collector can be assimilated to an insulated thermal machine, where an exchange takes place between a hot body, namely the absorber of the sensor also acting as a black body, and a cold body, the fluid flowing in the sensor. , that is to say the water that comes from the pipe of supply of cold water of the balloon. The efficiency of a solar thermal collector is thus improved when the liquid introduced therein is as cold as possible. The presence of lukewarm water mixed in the lower part of a horizontal hot water storage tank of solar water heater is therefore detrimental in two ways: -It limits the volume of hot water withdrawn, -It reduces the efficiency solar thermal collectors and therefore decreases the overall performance of the solar water heater. The present invention therefore has the main purpose of solving these two problems by maximizing the volume of hot water and increasing the yield of said solar water heaters. Another object of the device of the present invention is the reduction of the storage capacity of said balloons, the lowering of the diameter of the ferrule thus allowing a better visual integration of said balloon in particular during a roof installation as practiced in the hot regions of the globe. In a horizontal hot water storage flask used as part of a solar heater, which belongs to the kind of those comprising a generally cylindrical shape made from a shell closed by two bottoms, the present invention relates to a device intended to limit the formation of a warm warm water mattress in the lower part of said balloon, while allowing to increase the efficiency of the solar collectors of said water heater. For this purpose, the device according to the invention, placed inside a horizontal hot water storage flask 30 used as part of a solar water heater, which belongs to the type of those comprising a generally cylindrical shape made from a shell closed by two bottoms and in the extension of the cold liquid influx tubing or ducts located generally in the lower part thereof, comprises according to a first characteristic a preferentially hollow hollow body, bent in one or several axes, having its open ends and their longitudinal axis (ZI and Z2 Figure 3) substantially parallel to the longitudinal axis (Z Figure 1) of the shell of said balloon.

Il s'ensuit, selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses, mais non limitatives, de l'invention : - Ladite invention peut être monobloc. - Ladite invention peut être composée de plusieurs éléments assemblés. - Dans le cas où ladite invention se composerait de plusieurs éléments, ceux-ci peuvent être collés, vissés, encastrés ou maintenus en position entre eux par tout autre mode de fixation. - Ladite invention est préférentiellement cylindrique, mais peut être également de forme, triangulaire, rectangulaire, carré, ovale ou quelconque, et peut combiner ces mêmes formes en partie ou en totalité. - L'embouchure de ladite invention peut être biseautée ou perpendiculaire aux génératrices de la virole du dit ballon. - Ladite invention peut être fabriquée à partir de matériaux résistant à la corrosion. - Ladite invention peut comporter au moins un orifice 3a de forme quelconque placé en un point quelconque de ladite invention. - Ladite invention peut disposer d'une ou plusieurs échancrures de taille et de forme quelconque et localisées sur au moins une des embouchures de ladite invention. 25 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée de dessins en annexe parmi lesquels : • La figure 1 est une coupe longitudinale d'un ballon horizontal d'accumulation de chauffe-eau solaire sans échangeur, surplombant un capteur solaire 1g, et de 30 trois tubulures la lb et le qui respectivement permettent de soutirer l'eau chaude, d'alimenter le ballon en eau chaude provenant des capteurs, et à la fois d'alimenter le ballon en eau froide et puiser l'eau froide du ballon pour alimenter les capteurs. On distingue sur le schéma la virole 1d, l'isolant le et l'enveloppe extérieure 1g, ainsi que l'axe longitudinal de la virole Z. La génératrice la plus inférieure du ballon est celle représentée en 1h. • La figure 2 est une coupe longitudinale d'un ballon horizontal d'accumulation de chauffe-eau solaire sans échangeur, surplombant un capteur solaire 2h, et de quatre tubulures 2a 2b 2c et 2d qui respectivement permettent de soutirer l'eau chaude, d'alimenter le ballon en eau chaude provenant des capteurs, d'alimenter le ballon en eau froide et de puiser l'eau froide du ballon pour alimenter les capteurs. On distingue sur le schéma la virole 2e, l'isolant 2f et l'enveloppe extérieure 2g, ainsi que l'axe longitudinal de la virole Z. La génératrice la plus inférieure du ballon est celle représentée en 2i. • la figure 3 représente ladite invention, elle est de forme coudée afin d'être adjacente à la génératrice de la virole inférieure et comporte un orifice 3a Dans une variante de mise en oeuvre de l'invention, représentée figure 3, on place la dite invention sur la tubulure d'amenée d'eau froide, représentée en 1c de la figure 1 et en 2c de la figure 2. La dite invention est alors réalisée d'un seul tenant, de forme cylindrique. Elle suit dans un premier temps le prolongement de la tubulure, puis elle est coudée de sorte que son corps se rapproche au plus prêt de la virole, l'angle est d'environ 45 , puis un coude dans le sens opposé au premier lui permet de suivre la génératrice de la virole inférieure de manière adjacente, de sorte que le débouché de l'invention soit au plus prêt de celle-ci. Réalisée en matière plastique, elle est emmanché sur la tubulure 1c et comporte un orifice 3a entre les deux coudes, situés en partie haute de cette partie du corps. De plus, on coupe l'extrémité adjacente à la génératrice de la virole inférieure de sorte qu'elle soit biseautée et ouverte sur cette dernière. Ainsi, dans ce mode de mise en oeuvre de l'invention, le flux d'eau froide est dirigé au plus prêt de la virole inférieure, les strates internes du ballon sont, de ce fait, au mieux protégées. It follows, according to a number of advantageous features, but not limiting, of the invention: - Said invention can be monobloc. - said invention may be composed of several assembled elements. - In the case where said invention would consist of several elements, they can be glued, screwed, recessed or held in position between them by any other method of attachment. Said invention is preferably cylindrical, but may also be of shape, triangular, rectangular, square, oval or arbitrary, and may combine these same shapes in part or in whole. The mouth of said invention may be bevelled or perpendicular to the generatrices of the shell of said balloon. This invention can be made from corrosion resistant materials. Said invention may comprise at least one orifice 3a of any shape placed at any point of said invention. Said invention may have one or more indentations of any size and shape and located on at least one of the mouths of said invention. The invention will be better understood on reading the following description accompanied by appended drawings, in which: FIG. 1 is a longitudinal section of a horizontal storage tank for solar water heater without exchanger, overhanging a solar collector 1g, and three tubular a lb and which respectively allow to withdraw the hot water, to feed the balloon with hot water from the sensors, and both to feed the balloon in cold water and draw water cold of the balloon to feed the sensors. The diagram shows the shell 1d, the insulator 1c and the outer shell 1g, as well as the longitudinal axis of the shell Z. The lowest generatrix of the balloon is that shown in 1h. FIG. 2 is a longitudinal section of a horizontal heat exchanger storage tank without heat exchanger, overhanging a solar collector 2h, and four pipes 2a 2b 2c and 2d which respectively allow the hot water to be drawn off, feed the balloon with hot water from the sensors, feed the balloon with cold water and draw cold water from the balloon to feed the sensors. The diagram shows the ferrule 2e, the insulator 2f and the outer shell 2g, as well as the longitudinal axis of the shell Z. The lowest generatrix of the balloon is that shown in 2i. 3 represents said invention, it is of bent shape to be adjacent to the generatrix of the lower ferrule and comprises an orifice 3a In an alternative embodiment of the invention, represented in FIG. invention on the cold water supply pipe, shown in 1c of Figure 1 and 2c of Figure 2. The said invention is then made in one piece, of cylindrical shape. It follows at first the extension of the tubing, then it is bent so that his body is closer to the ready of the shell, the angle is about 45, then a bend in the opposite direction to the first allows him to follow the generatrix of the lower ferrule adjacent, so that the outlet of the invention is at most ready thereof. Made of plastic material, it is fitted on the tubing 1c and has an orifice 3a between the two elbows, located in the upper part of this part of the body. In addition, the end adjacent to the generatrix of the lower ferrule is cut so that it is beveled and open on the latter. Thus, in this embodiment of the invention, the flow of cold water is directed closer to the lower ferrule, the internal strata of the balloon are, therefore, at best protected.

De façon évidente, la présente invention ne se limite pas à la forme d'exécution détaillée ci-dessus, elle embrasse toutes les variantes d'application et de réalisation relevant du même principe. Obviously, the present invention is not limited to the embodiment detailed above, it embraces all the variants of application and embodiment of the same principle.

Le dispositif selon l'invention est particulièrement approprié dans les chauffe-eau solaires à thermosiphon avec ou sans échangeur . The device according to the invention is particularly suitable in solar water heaters thermosiphon with or without heat exchanger.

Claims

claims

1. Device, placed inside a horizontal hot water storage flask used as part of solar water heater, which belongs to the kind of those comprising a generally cylindrical shape made from a ferrule closed by two bottoms and in the extension of the cold liquid influx tubing (s) generally located in the lower part thereof, characterized in that it comprises a preferentially hollow cylindrical body, bent along one or more axes, having its ends uncorked and their longitudinal axis (Z1 and Z2 Figure 3) substantially parallel to the longitudinal axis (Z Figure 1) of the shell of said balloon.

2.Dispositif according to claim 1 characterized in that the device is monobloc.

3. Device according to claim 1 characterized in that the device consists of several assembled elements.

4.Dispositif according to claim 3 characterized in that said elements are glued, screwed, recessed, welded or riveted.

5. Device according to any one of the preceding claims characterized in that the device is cylindrical, triangular, rectangular, square, oval.

6.Dispositif according to any one of the preceding claims characterized in that the extension device of the cold water supply pipe has a mouth tapered or perpendicular to the axis of the generatrix of the shell of said balloon .

7. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it is manufactured from corrosion resistant materials.

8.Dispositif according to any one of the preceding claims characterized in that the device comprises at least one orifice (3a).

9. Device according to any one of the preceding claims characterized in that the device comprises at least one indentation on at least one of the mouths of the device.