FR3081543A1

FR3081543A1 - Echangeur thermique

Info

Publication number: FR3081543A1
Application number: FR1800489A
Authority: FR
Inventors: Loic Tachon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2019-11-29
Anticipated expiration: 2038-05-22
Also published as: FR3081543B1

Abstract

La présente invention concerne un échangeur thermique comprenant : - une plaque alvéolaire (1, 1a) comportant des alvéoles (14) s'étendant longitudinalement selon un axe A-A', et - des premier et deuxième collecteurs (2, 3) s'étendant selon un axe transversal B-B' et fixés par collage sur la face inférieure de la plaque plastique alvéolaire (1, 1a), remarquable en ce que chaque collecteur comprend : ○ une embase (21, 31) plane dont la face inférieur est en contact avec la face inférieure de la plaque plastique alvéolaire, ○ un logement tubulaire (22, 32) s'étendant sur la face supérieur de l'embase opposé à la face inférieure.

Description

ECHANGEUR THERMIQUE

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne le domaine technique général des échangeurs thermiques.

Plus précisément, la présente invention concerne un collecteur ou boîte collectrice pour un échangeur thermique, ainsi qu'un échangeur thermique équipé d'un tel collecteur.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION

On connaît du document WO 2016/156764 un échangeur thermique disposé en vis-à-vis de la face arrière d’un module photovoltaïque.

L’échangeur thermique comporte une zone d’échange thermique dans laquelle circule un fluide caloporteur entre une zone d’arrivée et une zone d’évacuation du fluide caloporteur.

La zone d’échange thermique consiste en une plaque alvéolaire double-paroi incluant une paroi supérieure, une paroi inférieure et des canaux internes adjacents entre les parois supérieure et inférieure. Les canaux s'étendent sur toute la surface de la zone d'échange, et sont en communication fluidique avec les zones d'arrivée et d'évacuation. La paroi inférieure comporte des ouvertures ménagées à ses deux extrémités.

Les zones d'arrivée et d'évacuation du fluide consistent en des collecteurs rectangulaires fixés sur la paroi inférieure, aux deux extrémités de la plaque alvéolaire, les ouvertures de la paroi inférieure débouchant dans un collecteur respectif. Ceci permet de mettre en communication fluidique chaque canal respectivement avec la zone d'arrivée et la zone d'évacuation.

Un inconvénient de ce système est que sa fabrication est coûteuse du fait de la complexité des collecteurs. Ces collecteurs sont fabriqués par usinage ou injection et sont ouvert en leur base pour permettre la communication du fluide entre le collecteur et la plaque alvéolaire. La largeur de cette ouverture est égale à la largeur interne du collecteur. Par conséquent la force de pression exercé par le fluide sur la plaque est importante, (car proportionnelle à la largeur) et rend difficile d’assurer une fixation durable des collecteurs sur la plaque alvéolaire. Egalement cette importante force de pression crée une flexion de la plaque alvéolaire, de l’autre côté.

Un but de la présente invention est de proposer un échangeur thermique permettant de pallier au moins l’un des inconvénients précités. Particulièrement grâce à un concept de collecteur qui minimise la force de pression exercé par le fluide sur la plaque et maximise la surface de contact entre le collecteur et la plaque, permettant une grande surface de collage ou de soudage.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION

A cet effet, l’invention propose un échangeur thermique comprenant :

o une plaque plastique alvéolaire comportant des alvéoles s’étendant longitudinalement selon un axe A-A’ et dont les extrémités sont bouchées, la plaque plastique alvéolaire incluant des première et deuxième ouvertures ménagées dans sa face inférieure, lesdites première et deuxième ouvertures débouchant dans les alvéoles et s’étendant selon un axe transversal B-B’ perpendiculaire à l’axe A-A’, et o des premier et deuxième collecteurs s’étendant selon l’axe transversal B-B’ et fixés par collage sur la face inférieure de la plaque plastique alvéolaire, chaque collecteur incluant une lumière positionnée en regard d’une ouverture respective pour permettre la circulation d’un fluide caloporteur entre le premier collecteur et le deuxième collecteur à travers les alvéoles de la plaque alvéolaire, remarquable en ce que chaque collecteur comprend :

o une embase plane dont la face inférieure est en contact avec la face inférieure de la plaque plastique alvéolaire, o un logement tubulaire s’étendant sur la face supérieur de l’embase opposé à la face inférieure

Des aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l’invention sont les suivants :

- le logement tubulaire est cylindrique ;

- chaque extrémité du logement tubulaire cylindrique s’étend dans un plan présentant un angle compris entre 30 et 60 degrés avec l’axe de révolution du logement tubulaire logement tubulaire cylindrique ;

- l’embase est de forme rectangulaire ;

- l’embase et le logement tubulaire sont réalisés en une seule pièce ;

- le rapport entre la section du logement tubulaire et la largeur de la lumière est supérieur à 5, de préférence supérieur à 10 ;

- le rapport entre la largeur de l’embase et la largeur de la lumière est supérieur à 10, préférentiellement supérieur à 20, et encore plus préférentiellement supérieur à 40 ;

- la plaque plastique alvéolaire comprend des première et deuxième rainures ménagées dans la paroi inférieure et s’étendant transversalement aux alvéoles selon l’axe transversal B-B’ :

o la première rainure étant positionnée entre la première ouverture et l’extrémité de la plaque la plus proche de ladite première ouverture, et o la deuxième rainure étant positionnée entre la deuxième ouverture et l’extrémité de la plaque la plus proche de ladite deuxième ouverture ;

- l’échangeur comprend en outre une autre plaque alvéolaire superposée à la plaque alvéolaire, l’autre plaque alvéolaire comportant des alvéoles s’étendant longitudinalement selon l’axe A-A’, les alvéoles de l’autre plaque alvéolaire contenant un matériau à changement de phase et étant bouchées à leurs extrémités ;

- l’échangeur comprend en outre une couche de matériau conducteur électriquement sur la face de la paroi supérieure opposée à la paroi inférieure ;

- la plaque alvéolaire est réalisée dans un matériau choisi parmi le polycarbonate, le polypropylène, le polyéthylène, le polyméthacrylate de méthyle, le polysulfure de phénylène, le polyphénylène oxyde, le polyphénylène éther, le l’acrylonitrile butadiène styrène, et chaque collecteur est réalisé dans un matériau choisi parmi le PVC, CPVC, polypropylène, le polychlorure de vinyle et un élastomère thermoplastique.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres avantages et caractéristiques de l’échangeur thermique selon l’invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d’exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est une représentation en perspective éclatée illustrant schématiquement un premier mode de réalisation de l’échangeur thermique,

- la figure 2 est une représentation en coupe longitudinale illustrant le premier mode de réalisation de l’échangeur thermique,

- les figures 3 et 4 sont des représentations schématiques d’un collecteur de l’échangeur thermique,

- la figure 5 est une représentation en coupe transversale du collecteur illustré à la figure 3,

- La figure 6 est une représentation schématique d’un deuxième mode de réalisation de l’échangeur thermique,

- Les figures 7, 8 et 9 illustrent d’autres modes de réalisation de l’échangeur thermique.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

On va maintenant décrire plus en détails des exemples d’échangeurs thermiques selon l’invention en référence aux figures. Dans ces différentes figures, les éléments équivalents sont désignés par la même référence numérique.

1. Echangeur thermique : généralités

On a illustré à la figure 1 un exemple d’échangeur thermique. L’échangeur thermique comprend une plaque plastique alvéolaire 1 et une paire de collecteurs 2,3 dans lesquels circulent un fluide caloporteur 4.

Le matériau constituant le fluide caloporteur 4 peut varier selon le niveau de température de fonctionnement désiré. Le fluide caloporteur 14 peut par exemple être une huile, un alcool (comme du méthanol, de l’éthanol ou du glycol), un composé organique (comme de l’acétone, de l’ammoniac), un mélange, un nanofluide, un métal liquide, de l’eau glycolée, ou tout type de fluide caloporteur connu de l’homme du métier.

Dans un mode de réalisation, le fluide caloporteur 4 est de l’eau déminéralisée. L’utilisation d’eau comme fluide caloporteur 4 présente de nombreux avantages, et notamment :

- un coût très peu élevé et

- une toxicité nulle et

- l’ininflammabilité et

- d'excellentes performances thermiques.

2. Plaque alvéolaire

La plaque 1 comporte :

- une paroi supérieure 11,

- une paroi inférieure 12 s’étendant parallèlement à la paroi supérieure,

- et des parois transversales d’entretoisement 13 s’étendant entre les parois supérieure et inférieure 11, 12.

Les parois 11, 12, 13 peuvent présenter une épaisseur comprise entre 0.4 et 10 millimètres, de préférence comprise entre 0.4 et 1.2 millimètre. Ces plages d’épaisseurs permettent de garantir un bon transfert thermique entre le fluide caloporteur 4 circulant dans l’échangeur et l’extérieur. La hauteur des parois transversales d’entretoisement 13 peut varier entre 1 millimètre à 2 centimètres en fonction de l’application visée pour l’échangeur thermique. Dans le cas où le fluide est liquide, des valeurs comprises entre 3 mm et 5mm sont privilégiées car elles minimisent le poids et l’inertie thermique sans créer de forte perte de charge.

Les parois transversales d’entretoisement 13 s’étendent perpendiculairement aux parois supérieure et inférieure 11, 12. Les parois transversales d’entretoisement 13 définissent, avec les parois longitudinales supérieure et inférieure, des alvéoles 14.

Chaque alvéole 14 constitue un canal de circulation pour le fluide caloporteur 4. Les alvéoles 14 peuvent présenter différentes formes en section, telles que des formes carrée, rectangulaire, circulaire, ovale ou trapézoïdale. Les alvéoles 14 sont rectilignes et s’étendent parallèlement les unes aux autres le long d’un axe longitudinal A-A’. Les extrémités 15, 16 de chaque alvéole 14 sont avantageusement bouchées, par exemple par apport de matière (apport de colle/mastique ou de matière plastique par extrusion). En variante, les extrémités 15,16 des alvéoles 14 peuvent être bouchées par fusion. Plus généralement, les extrémités 15, 16 peuvent être bouchées par toute technique connue de l’homme du métier (collage/soudage par ultrasons, par L.A.S.E.R., etc.).

Dans certaines variantes de réalisation, une rainure additionnelle 41,42 peut être réalisé sur la face 12 afin de réaliser l’obturation par apport de colle, des extrémités des canaux 14.

La distance séparant les parois supérieure et inférieure 11, 12 (définie par la largeur des parois transversales d’entretoisement) peut être comprise entre 1 et 20 millimètres, et notamment comprise en 3 et 8 millimètres. La distance séparant deux parois transversales d’entretoisement 13 adjacentes peut être comprise entre 1 et 20 millimètres, et notamment comprise entre 3 et 8 millimètres. Ceci permet de minimiser le poids additionnel dû à la présence du fluide sans créer de grandes pertes de charge lors de la circulation du fluide caloporteur à travers la plaque alvéolaire.

L'utilisation d'une plaque alvéolaire 1 telle que décrite précédemment permet de réduire les coûts de fabrication de l’échangeur thermique illustré à la figure 1. Une telle plaque alvéolaire peut en outre résister à des pressions importantes (jusqu'à 7 bars).

La plaque alvéolaire est de préférence constituée dans un matériau plastique choisi parmi du polypropylène, du polyéthylène, du polyméthacrylate de méthyle, du polysulfure de phénylène, du polyphénylène oxyde, du polyphénylène éther, de l’acrylonitrile butadiène styrène, ou toute autre matériau plastique connu de l’homme du métier. Ceci permet à la plaque alvéolaire de résister à la corrosion, notamment lorsque le fluide caloporteur est de l’eau.

La plaque alvéolaire 1 (dont chaque alvéole 14 présente par exemple une section carrée de 3,5 millimètres de côtés) est par exemple une plaque Akylux® commercialisée par la société DS Smith®.

La paroi inférieure 12 de la plaque alvéolaire 1 comprend des ouvertures 17, 18 rectangulaires s’étendant perpendiculairement à l’axe longitudinal A-A’, de sorte que les ouvertures 17 18 débouchent dans chaque alvéole 14. Les ouvertures 17, 18 sont positionnées à proximité (i.e. distance inférieure à 5 centimètres) des extrémités bouchées 15, 16 de la plaque alvéolaire 1.

Elles peuvent être formées en retirant une portion de la paroi inférieure 12 en utilisant un outil de découpe - tel qu’un rabot circulaire ou une fraiseuse. Leur profondeur est superficielle. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, les ouvertures 17, 18 s’étendent sur toute la largeur de la paroi inférieure 12. Elles peuvent présenter une largeur de 2 millimètres.

En référence à la figure 8, la paroi inférieur 12 de la plaque alvéolaire 1 peut, comme décrit précédemment, comprendre des rainures 41 et 42 rectangulaires qui s’étendent sur une longueur supérieure ou égale à la longueur des ouvertures 17, 18. Chaque rainure 41, 42 s’étend entre une extrémité 15, 16 respective et l’ouverture 17,18 la plus proche de ladite extrémité 15, 16. La profondeur de chaque rainure 41, 42 est prévue suffisante pour que celle-ci s’étende jusqu’à la paroi 11, sans la traverser. Ces rainures sont destinées à être remplies de colle ou de mastique afin de réaliser la fonction de bouchage des extrémités de la plaque alvéolaire.

3. Collecteur

Les collecteurs 2, 3 sont destinés à être fixés sur la plaque alvéolaire 1 par collage ou souage laser.

Chaque collecteur 2, 3 comprend une embase 21, 31 sensiblement plane et un logement tubulaire 22, 32 monté sur l’embase 21, 31. Chaque collecteur 2, 3 peut également comprendre un (ou plusieurs) connecteurs 24 et un (ou plusieurs) bouchon(s) 25 fixés à une extrémité 26 respective du logement tubulaire 22, 32. L’embase 21,31 et le logement 22, 32 peuvent être réalisés dans un matériau plastique choisi parmi du PVC, CPVC, polypropylène, du polyéthylène, du polyméthacrylate de méthyle, du polysulfure de phénylène, du polyphénylène oxyde, du polyphénylène éther, de l’acrylonitrile butadiène styrène, ou toute autre matériau plastique connu de l’homme du métier.

L’embase 21, 31 présente une forme sensiblement rectangulaire, dans le mode de réalisation illustré à la figure 1 l’embase 21, 31 présente une forme rectangulaire. Toutefois, dans d’autres modes de réalisation, l’embase 21, 31 peut présenter d’autres formes telles qu’une forme ovale, carrée, etc.

Le logement tubulaire 22, 32 présente une forme cylindrique. Un connecteur 24 (ou un bouchon 25) est fixé à chaque extrémité 26 du logement tubulaire 22, 32 pour permettre le raccordement de l’échangeur thermique à un circuit externe pour la circulation du fluide caloporteur 4 (ou pour permettre l’obturation de l’une des extrémités du collecteur). Avantageusement, chaque extrémité 26 peut présenter un angle de coupe. Plus précisément, chaque extrémité 26 peut s’étendre dans un plan présentant un angle compris entre 30 et 60 degrés avec l’axe de révolution B-B’ du logement tubulaire 22, 32, et préférentiellement égale à 45 degrés. Cet angle de coupe permet de maximiser la surface de contact entre le logement 22, 32 et le connecteur 24, en particulier dans le cas d’un connecteur 24 coudé. On limite ainsi les risques de fuite de fluide caloporteur 4.

En référence à la figure 7, la portion 24” de connecteur faisant saillie vers l’extérieur du collecteur 32 peut s’étendre perpendiculairement à la paroi inférieure 12. En variante, la portion 24’ de connecteur faisant saillie vers l’extérieur du collecteur 32 peut avoir un différent de 90° par rapport au plan de la plaque alvéolaire, par exemple 10°. Dans certain cas d’installation tel la configuration thermosiphon une tel angulation pour les connecteurs supérieurs peut favoriser la convection naturel.

L’embase 21, 31 et le logement tubulaire 22, 32 peuvent être réalisés en une seule pièce par procédé d’extrusion à très bas coût.

Chaque connecteur 24 peut être coudé ou non-coudé, en fonction de l’application visée pour l’échangeur thermique. L’utilisation de connecteurs 24 coudés permet de garantir que ceux-ci ne débordent pas de la plaque alvéolaire 1. Les connecteurs 24 sont destinés à être reliés à des canalisations externes pour la circulation du fluide caloporteur 4. Chaque connecteur 24 peut consister en un « raccord de type femelle » destiné à être emmanché en force dans l’une des extrémités 26 du collecteur 2,3. Chaque bouchon 25 permet d’obturer une extrémité 26 du logement tubulaire 22, 32. Chaque bouchon 25 est par exemple du type « bouchon clou » destiné à être emmanché en force dans l’une des extrémités 26 du collecteur 2.

Le fait que le logement tubulaire 22, 32 soit cylindrique permet de faciliter l’adaptation de connecteurs 24 et bouchons 25 du commerce, ceux-ci ayant également une forme circulaire. Avantageusement, le diamètre intérieur du logement 22, 32 est sensiblement égal au diamètre extérieur du connecteur 24 et/ou du bouchon 25. Les connecteurs 24 et bouchons 25 peuvent être réalisés en polychlorure de vinyle (PVC ou CPVC) ou en polypropylène. La fixation d’un connecteur 24 ou d’un bouchon 25 sur une extrémité 26 du logement tubulaire 22, 32 peut être réalisée par tout moyen connu de l’homme du métier (par exemple par soudure par thermo-fusion dans le cas d’un connecteur/bouchon en polypropylène, ou par collage dans le cas d’un connecteur/bouchon en PVC/CPVC).

Le collecteur 2, 3 comprend également une lumière 23 traversant l’embase 21, 31 et le logement tubulaire 22, 32. Cette lumière 23 est destinée à être positionnée en vis-à-vis de l’ouverture 17, 18 ménagée dans la plaque alvéolaire 1 pour permettre la mise en communication fluidique du collecteur 2, 3 avec chacune des alvéoles 14 de la plaque alvéolaire 1.

Avantageusement, le rapport entre la section du logement tubulaire 22, 32 (i.e. son diamètre dans le cas d’un logement tubulaire cylindrique) et la largeur de la lumière 23 est préférentiellement supérieur à 5, notamment supérieur à 10. Par exemple, la lumière 23 peut présenter une largeur de 2 millimètres et le diamètre du logement tubulaire 22, 32 peut être égal à 20 millimètres. Ceci permet de limiter les forces de pression subies par la colle au niveau de la zone de contact entre la plaque alvéolaire 1 et le collecteur

2. On limite ainsi les risques de fuite de fluide caloporteur dans l’échangeur thermique.

Egalement la déformation de flexion de la face 11 due à la pression de la plaque alvéolaire est minime.

De même, le rapport entre la largeur de l’embase 21, 31 et la largeur de la lumière 23 est de préférence supérieur à 10, notamment supérieur à 20 et très préférentiellement supérieur à 40. Ceci permet de minimiser les forces de pressions et maximiser la surface de collage ou de soudage (Ceci est tout l’intérêt d’une telle forme pour le profilé). Ceci permet également de limiter les risques de fuite au niveau de la zone de contact entre la plaque alvéolaire 1 et le collecteur 2, 3 du fait des forces de pression exercées sur la colle.

Le principe de fonctionnement de l’échangeur thermique illustré à la figure 2, en mode récepteur est le suivant.

On suppose que l’échangeur thermique est fixé sur une face arrière d’un panneau photovoltaïque, par exemple ou d’un élément de l’enveloppe externe d’une maison ou immeuble (toit ou bardage). Les collecteurs 2, 3 sont reliés à des canalisations dans lesquelles circule le fluide caloporteur 4. Ce fluide caloporteur 4 peut circuler entre l’échangeur et un ballon de stockage.

En journée lorsque les rayons du soleil illuminent le panneau photovoltaïque ou l’enveloppe, le fluide caloporteur 4 contenue dans l’échangeur s’échauffe. Lorsque la circulation du fluide caloporteur 4 est activée entre l’échangeur thermique et le ballon de stockage, le fluide caloporteur 4 pénètre dans l’un des collecteurs 2, circule à travers les alvéoles 14 de la première plaque alvéolaire 1a, pénètre dans l’autre des collecteurs 3 et est évacué de l’échangeur thermique via les canalisations. Lors de son passage à travers la première plaque alvéolaire 1a, le fluide caloporteur 4 échange des calories avec le panneau photovoltaïque ou l’enveloppe. Il se réchauffe et augmente la température du ballon d’eau de stockage afin de stocker de la chaleur.

La nuit, principalement, en été, la circulation peut être activé afin de refroidir la température du ballon de stockage et stocké du froid grâce à un puit thermique entre les panneaux photovoltaïques ou l’enveloppe et le ciel.

Le principe de fonctionnement de l’échangeur thermique illustré à la figure 2, en mode émetteur (type chauffage) est le suivant.

On suppose que l’échangeur thermique est directement exposé ou alors fixé sur une face arrière d’un élément interne à une pièce, tel qu’un miroir, plaque de verre, de Placoplatre ou autre matériau. Les collecteurs 2, 3 sont reliés à des canalisations dans lesquelles circule le fluide caloporteur 4. Ce fluide caloporteur 4 peut circuler entre l’échangeur et un ballon de stockage. De l’eau chaude peut circuler à des fins de chauffage. Egalement, de l’eau froide peut circuler à des fins de refroidissements.

4. Echangeur thermique incluant un matériau à changement de phase

En référence à la figure 6, on a illustré une variante de réalisation de l’échangeur thermique permettant d’emmagasiner de l’énergie thermique et de la restituer ultérieurement.

A cet effet, l’échangeur thermique comprend des première et deuxième plaques alvéolaires 1a, 1b superposées. Les première et deuxième plaques alvéolaires 1a, 1b sont en contact thermique l’une avec l’autre.

La première plaque 1a est du type décrit précédemment. Elle comprend des ouvertures 17, 18 en regard de lumières 23 des collecteurs 2, 3. L’embase 21, 32 de chaque collecteur 2, 3 est fixé par collage sur la face inférieure de la première plaque alvéolaire 1a. Chaque collecteur 2, 3 comprend un bouchon et un connecteur (non représentés) fixés aux extrémités du logement tubulaire 22, 32. Les extrémités de la première plaque alvéolaire 1a sont bouchées par fusion. Un fluide caloporteur 4 circule à travers la première plaque alvéolaire 1a et les collecteurs 2, 3.

La deuxième plaque 1 b ne comprend pas de lumière. Ses extrémités sont bouchées par fusion après y avoir introduit un matériau à changement de phase (ou MCP). Le MCP est un matériau capable de changer d'état physique (solide/liquide) dans une plage de température restreinte (par exemple comprise entre 10 °C et 80 °C). Le MCP est par exemple de la paraffine qui présente la particularité de passer de l’état liquide à l’état solide à une température voisine de 22°C. La réaction de solidification (i.e. passage de l’état liquide à l’état solide est exothermique. La réaction de liquéfaction (passage de l’état solide à l’état liquide) est endothermique.

Le principe de fonctionnement de l’échangeur thermique illustré à la figure 6 est le suivant.

On suppose que l’échangeur thermique est fixé sur une face arrière d’un miroir, par exemple ou d’un support plan, ou une plaque de Placoplatre ou même directement exposé dans une maison. Les collecteurs 2, 3 sont reliés à des canalisations dans lesquelles circule le fluide caloporteur 4. Ce fluide caloporteur 4 peut être issu d’un échangeur thermique conforme à la figure 2 (non représenté) fixé à un panneau photovoltaïque du toit de la maison ou a un élément du bâti de la maison (toit ou bardage) ou le fluide caloporteur peut venir d’un ballon de stockage. On suppose également que le MCP est à l’état solide.

En journée lorsque les rayons du soleil illuminent le panneau photovoltaïque, le fluide caloporteur 4 contenue dans l’échangeur thermique conforme à la figure 2 se réchauffe.

Lorsque la circulation du fluide caloporteur 4 est activée entre l’échangeur thermique conforme à la figure 2 ou le ballon de stockage et l’échangeur thermique conforme à la figure 6, le fluide caloporteur 4 pénètre dans l’un des collecteurs 2, circule à travers les alvéoles 14 de la première plaque alvéolaire 1a, pénètre dans l’autre des collecteurs 3 et est évacué de l’échangeur thermique via les canalisations. Lors de son passage à travers 10 la première plaque alvéolaire 1a, le fluide caloporteur 4 échange des calories avec le MCP contenu dans la deuxième plaque 1b. Le fluide caloporteur est chaud (i.e. température supérieure à 22°C), il se refroidit au contact de la deuxième plaque. Le MCP emmagasine de la chaleur et change d’état (passage de l’état solide à l’état liquide). Une fois la circulation de fluide caloporteur désactivée, le MCP restitue la chaleur accumulée 15 vers la face arrière du miroir ou pan de mur ou de plafond, ce qui permet de réchauffer la pièce de la maison dans laquelle il est installé.

En été, la nuit par effet de refroidissement radiatif entre le panneau photovoltaïque et le ciel, froid, le fluide caloporteur 4 contenue dans l’échangeur thermique conforme à la 20 figure 2 se refroidit. Lorsque la circulation du fluide caloporteur 4 est activée entre l’échangeur thermique conforme à la figure 2 ou le ballon de stockage et l’échangeur thermique conforme à la figure 6, le fluide caloporteur 4 pénètre dans l’un des collecteurs 2, circule à travers les alvéoles 14 de la première plaque alvéolaire 1a, pénètre dans l’autre des collecteurs 3 et est évacué de l’échangeur thermique via les canalisations. 25 Lors de son passage à travers la première plaque alvéolaire 1a, le fluide caloporteur 4 échange des calories avec le MCP contenu dans la deuxième plaque 1b. Le fluide caloporteur est froid (i.e. température inférieure à 22°C), il se réchauffe au contact de la deuxième plaque 1 b. Le MCP dissipe de la chaleur et change d’état (passage de l’état liquide à l’état solide). Une fois la circulation de fluide caloporteur désactivée, le MCP 30 emmagasine de la chaleur de la maison à travers la face arrière du miroir, ce qui permet de refroidir la pièce de la maison dans laquelle il est installé.

Ainsi, l’échangeur thermique illustré à la figure 6 permet de stocker du froid ou du chaud de façon active (circulation de fluide dans l’échangeur thermique) et de le restituer à la pièce de la maison dans laquelle il est installé de façon passive (pas de circulation de fluide dans l’échangeur thermique).

Ce type d’échangeur permet de considérablement diminuer le coût énergétique de maintien d’une température dans une enceinte (tel qu’une pièce de maison) en lissant les écarts de température nocturne et diurne, surtout dans les constructions légères, à faible masse thermique.

5. Echangeur thermique incluant une couche conductrice d’électricité

En référence à la figure 9, on a illustré une variante de réalisation de l’échangeur thermique fonctionnant en mode émetteur permettant de chauffer, de façon hybride, par circulation d’eau chaude ou par rayonnement électrique par effet joule.

La première plaque 1 est du type décrit précédemment. Elle comprend des ouvertures 17, 18 en regard de lumières 23 des collecteurs 2, 3. L’embase 21, 32 de chaque collecteur 2, 3 est fixé par collage sur la face inférieure de la première plaque alvéolaire 1 a. Chaque collecteur 2, 3 comprend un bouchon et un connecteur (non représentés) fixés aux extrémités du logement tubulaire 22, 32. Les extrémités de la première plaque alvéolaire 1 sont bouchées par fusion. Un fluide caloporteur 4 circule à travers la première plaque alvéolaire 1 et les collecteurs 2, 3.

Dans cette variante de réalisation, l’échangeur thermique comprend une couche 13 de matériau conducteur électriquement sur la face de la paroi supérieure 11 opposée à la paroi inférieure 12. Cette couche 13 est une couche conductrice électriquement qui s’échauffe lorsqu’elle est parcourue par un flux d’électron (lorsque celle-ci est alimentée électriquement). Cette couche peut être obtenue par dépôt plasma d’une matière métallique directement sur la plaque alvéolaire. En variante, cette couche 13 peut consister en une peinture conductrice électriquement, telle que la peinture développée par la marque Ecovolt®, directement appliquée sur la plaque alvéolaire. En variante encore, cette couche peut consister en un film autocollant conducteur électriquement (chauffant par effet Joule) tel que les produits de la marque Coating suisse®.

Le principe de fonctionnement de l’échangeur thermique illustré à la figure 7 est le suivant.

Lorsqu’on a de l’eau chaude, chauffée par le soleil, le chauffage par circulation d’eau chaude est privilégié. Lorsque l’apport solaire est insuffisant, le chauffage électrique par rayonnement est privilégié. Ce type de radiateur hybride présente l’avantage de pouvoir avoir un chauffage solaire à moindre coût et une solution électrique en cas d’absence de soleil avec le même radiateur. C’est un avantage important car un des coûts importants d’une installation de chauffage solaire est la nécessité d’un chauffage d’appoint en cas de grand froid ou d’absence d’ensoleillement. Ce chauffage d’appoint est réalisé soit par l’ajout de radiateur électrique supplémentaire, ce qui n’est pas toujours possible par faute de place et constitue un désagrément esthétique soit par une chaudière (fioul, gaz, bois) ou une pompe à chaleur au cout d’investissement élevé.

Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l’invention décrite précédemment sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici.

Par conséquent, toutes les modifications de ce type sont destinées à être incorporées à l’intérieur de la portée des revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS

1. Echangeur thermique comprenant :

o une plaque plastique alvéolaire (1, 1a) comportant des alvéoles (14) s’étendant longitudinalement selon un axe A-A’ et dont les extrémités sont bouchées, la plaque plastique alvéolaire (1, 1a) incluant des première et deuxième ouvertures (17, 18) ménagées dans sa face inférieure, lesdites première et deuxième ouvertures débouchant dans les alvéoles (14) et s’étendant selon un axe transversal B-B’ perpendiculaire à l’axe A-A’, et o des premier et deuxième collecteurs (2, 3) s’étendant selon l’axe transversal B-B’ et fixés par collage sur la face inférieure de la plaque plastique alvéolaire (1, 1a), chaque collecteur (2, 3) incluant une lumière (23) positionnée en regard d’une ouverture (17, 18) respective pour permettre la circulation d’un fluide caloporteur (4) entre le premier collecteur (2) et le deuxième collecteur (3) à travers les alvéoles (14) de la plaque alvéolaire (1, 1a), caractérisé en ce que chaque collecteur comprend :

o une embase (21, 31) plane dont la face inférieure est en contact avec la face inférieure de la plaque plastique alvéolaire, o un logement tubulaire (22, 32) s’étendant sur la face supérieur de l’embase opposé à la face inférieure.
2. Echangeur thermique selon la revendication 1, dans lequel le logement tubulaire (22, 32) est cylindrique.
3. Echangeur thermique selon la revendication 2, dans lequel chaque extrémité (26) du logement tubulaire cylindrique (22, 32) s’étend dans un plan présentant un angle compris entre 30 et 60 degrés avec l’axe de révolution du logement tubulaire cylindrique (22, 32).
4. Echangeur thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’embase (21, 31) est de forme rectangulaire.
5. Echangeur thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’embase (21, 31) et le logement tubulaire (22, 32) sont réalisés en une seule pièce.
6. Echangeur thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le rapport entre la section du logement tubulaire (22, 32) et la largeur de la lumière (23) est supérieur à 5, de préférence supérieur à 10.
7. Echangeur thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le rapport entre la largeur de l’embase (21, 31) et la largeur de la lumière (23) est supérieur à 10, préférentiellement supérieur à 20, et encore plus préférentiellement supérieur à 40.
8. Echangeur thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la plaque plastique alvéolaire (1) comprend des première et deuxième rainures (41, 42) ménagées dans la paroi inférieure (12) et s’étendant transversalement aux alvéoles (14) selon l’axe transversal B-B’ :

o la première rainure (41) étant positionnée entre la première ouverture (17) et l’extrémité de la plaque la plus proche de ladite première ouverture (17), et o la deuxième rainure (42) étant positionnée entre la deuxième ouverture (18) et l’extrémité de la plaque la plus proche de ladite deuxième ouverture (18).
9. Echangeur thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, lequel comprend en outre une autre plaque alvéolaire (1b) superposée à la plaque alvéolaire (1, 1a), l’autre plaque alvéolaire (1b) comportant des alvéoles (14) s’étendant longitudinalement selon l’axe A-A’, les alvéoles (14) de l’autre plaque alvéolaire contenant un matériau à changement de phase et étant bouchées à leurs extrémités.
10. Echangeur thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, lequel comprend en outre une couche (13) de matériau conducteur électriquement sur la face de la paroi supérieure (11) opposée à la paroi inférieure (12).
11. Echangeur thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel : o la plaque alvéolaire (1, 1a, 1b) est réalisée dans un matériau choisi parmi le polycarbonate, le polypropylène, le polyéthylène, le polyméthacrylate de 5 méthyle, le polysulfure de phénylène, le polyphénylène oxyde, le polyphénylène éther, le l’acrylonitrile butadiène styrène, o chaque collecteur (2, 3) est réalisé dans un matériau choisi parmi le PVC, CPVC, polypropylène, le polychlorure de vinyle et un élastomère thermoplastique.