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s~
La présente invention concerne un système automatique de
protection contre le gel de capteurs d'énergie solaire.
DaDs les regions où les températures extérieures peuvent
desce~dre au-dessous du point de congélation de l'eau, il est
indispensable de prévoir des dispositifs de protection pour
empecher l'eau de geler à l'intérieur du capteur d'énergie so-
laire et dans les tuyauteries aboutissant et partant du capteur
d'energie solaire ; du fait que l'isolation thermique n'étant
pas parfaite 7 la dilatation de l'eau par congélation peut cau-
ser d'importants dommages dans l'ensemble de l'installation~
Dans le choix des moyens connus pour résoudre ce problème,sont genéralement utilisées les trois solutions suivantes :
- ~'addition d'antigel à l'eau se trouvant dans le capteur
d'énergie solaire, en maintenant le mélange antigel-eau dans
une boucle fermée comprenant un échangeur de chaleur, destiné
a céder la chaleur captée à l'eau destinée à être utilisée~ Il
en résulte une réduction du rendement, une augmentation du co~t
de l'installation, et un risque de ~uite du mél.ange antigel-eau
consécutif à une étanchéité éventuellement défectueuse de l'é-
20- changeur de chaleur. Pour cette dernière raison, certains pays
ont interdit l'utilisation de liquide antigel-eau pour le
chauf~age de l'eau sanitaire~
- Un apport de cha]eur dan~ le capteur d'énergie solaire
en y créant un courant d'eau légèrement tiède, ou en mettant
sous tension des résistances électriques qui chauffent par
effet Joule. Cet apport de chaleur qui s'e~fectue avant que la
température intérieure du capteur d'énergie solaire atteigne
.le point de congélation de l'eau, nécessite une dépense d'éner-
gie.
- ~a vidange automatique de l'eau contenue dans le capteur
d'énergie solaire, quand la température régnant dans le capteur
d'énergie solaire se rapproche du poi~t de congélation de l'eau~
. _ = . . . . . , . . .. . . . . _ . . .. _ . . . . . . . ..... .. . .
_ ., .. .. . _. _ . ,. .. , ~ ~ ~...... . . .... . , .. _. ___ . _ _ ._.. _ ,,, , . .... .. ... ..... .... , . _ ,..
.. .
3~2S~
L'instrument de mesure de la tempéra-ture, de préférence à l'in-
térieur du capteur d'énergie solaire, qui donne le signal pour
vidanger l'installation quand la température tombe à un niveau
prédéterminé, est d'une précision nécessairement imparfaite, et
comme tout appareil de mesure il indique une grandeur qui peut
s'écarter de la grandeur mesurée dans des limites qui sont
fonction de sa précision.
Il résulte de ce fait que cette solution a deux inconvé-
nients. D'une part il existe un risque de destruction par la
dilatation de l'eau par congélation, dans l'éventualité où le
niveau prédéterminé de température à par-tir duquel l'installa-
tion doit etre vidangée, est plus proche du point de congéla-
tion de l'eau que la valeur a~solue de la précision de l'ins-
trument utilisé pour mesurer la température. D'autre part, pour
éviter ce risque de destruction par congélation de l'eau, la
précaution qui consiste à fixer le niveau prédéterminé de tem-
pérature à partir duquel l'installation doit être vidangée, à
une ~aleur sensiblement éloignée du point de congélation de
l'eau9 a pour effet quand la température extérieure devient
voisine et supérieure au point de congelation ~e l'eau, d'ag-
graver inu-tilement la corrosion dans le capteur d'énergie so-
laire, par l'alterna~ce dans le circuit de l~eau et de l'airO
Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces in-
convénierlts. Dans celui-ci en effet, il est possible d'utiliser
un seul circuit de circulation d'eau dans lequel l'eau contenue
dans le capteur dlénergie solaire est destinée à être utilisée;
et de réduire la corrosion dans le capteur d'énergie solaire
provoquée par l'alternance dans le circui-t de l'eau et de l'air~
en vidangeant l'installation seulement quand la température
extérieure a atteint le point de congélation de l'eau~
Le dispositif obaet de l'in~ention est extérieur au cap-
teur d'énergie solaire, il comporte un échangeur de chaleur
.. . . ... . .
avec l'atmosphere constitue par la surEace d'un corps bon
conducteur de la chaleur, generalement metallique, qui est
fixe a un petit récipient plein d'eau par un lien bon conduc- i
teur de ]a chaleur; et un dispositif sensible a l'une des
di~ferences entre les proprietés physiques de l'eau et de la
glace, qui sont en particulier la variation de la densite donc
la variation du volume et la variation de la resistivite
electrique.
Plus precisément, l'invention telle que revendiquee
en annexe vise, dans sa conception la plus large, un dispositif
de chauffage de l'eau par l'energie solaire comprenant: un
capteur d'energie solaire prevu pour etre positionné dans un
emplacement exterieur pour être expose a l'energie solaire;
des moyens pour amener l'eau vers ledit cap-teur d'energie
solaire pour y etre chauffee dedans et pour evacuer l'eau
chaude provenant dudit capteur d'energie solaire; des moyens
de vidange pour vidanger l'eau contenue dans ledit capteur
d'energie solaire; et des moyens pour, quand la temperature
exterieure, initialemen-t superieure au point de congelation
de l'eau, descend au-dessous dudit point de congelation de
l'eau, ~aire fonctionner automatiquement lesdits moyens de
vidange pour vidanger toute ladite eau dudit capteur d'energie
solaire, cesdits moyens ~onctionnant automatiquement etant
situes separement et espaces dudit capteur d'energie solaire
et comprenant: i
un recipient de petite dimension con-tenant de l'eau
a l'intérieur, ledit recipient etant ferme par une membrane;
des moyens pour échanger la chaleur, ayant une surface en
contact direct avec l'air e~terieur de l'atmosphere, pour
assurer l'échange de chaleur entre ledit air exterieur de
l'atmosphere et ladite eau dans ledit recipien-t de peti-te
dimension, par lesquels quand la temperature dudit air exterieur
e
,i ,'~
~~3~
de l'atmosphère s'abalsse jusqulaudit point de congela-tion
de l'eau ladite eau dans ledit recipien-t de petite dimension
gele~ de ce fait il en résulte une variat.ion de volume de
ladite eau dans ledit récipient de pet:ite dimension et une
flexion vers l'e~térieur de ladi-te membrane; et des moyens,
raccordes auxdits moyens pour vidanyer et senslbles à ladite
variation de volume, pour détecter ladite variation de
volume qui a pour effet l'emission d'un signal electrique de
vidange pour actionner automatiquement lesdits moyens de
vidange pour vidanger toute ladi~e eau dudit capteur d'energie
solaire, lesdits moyens de détection et dlémission comprennent
un contact électrique mobile vers une premiere position de
contact par ladite membrane en flechissant vers l'exterieur,
ladite membrane ~lechissant vers l'in.terieur ce qui est cause
par la fusion de ladite eau gelee dans ledit recipient dès que
ladite temperature exterieure atteint le point de fusion de la
glace, et ledit contact electrique etant mobile vers une
seconde position de contact par une telle flexion de ladite
membrane vers l'interieur pour emettre un signal. electrique
de .remplissage pour actionner automatiquemen.t lesdits moyens
de vidange po.ur permettre de remplir a nouveau dleau l'inte-
rieur dudit capteur d'energie solaire. I
Quand la temperature exterieure est devenue infe- ¦
rieure au point de congelation de l'eau, dans ce dispositif
appele detecteur de gel, l'eau contenue dans le petit recipient
se transforme en glace, et cette transformation de lleau en
glace est à l'origine d'un signal electrique qui provoque la
vidange automatique du capteur d'energie solaire~
L'élévation de la -température ex-terieure en fran-
chissant le point de fusion de la glace, fond la glace contenuedans le détecteur de gel, et cette transformation de la glace
en eau est a l'origine d'un signal electrique nouveau et difé-
.~ ~ 4 ~
25~
rent du précédent qui provoque le remplissage automa-tique
du capteur d'énergie sola.ire avec de l'eau destinée a e-tre
utilisée.
Le onctionnement de ce détecteur de gel est sans
risque, du fait que l'eau ~u'il contient atteint plus rapide-
ment sa tempé.rature de solidification que l'eau contenue dans
le capteur d'énergie solaire, quand la température exterieure
est devenue inférieure au point de congélation de l'eau.
Par exemple/ il est possible de considérer un capteur
d'énergie solaire qui pour une surface absorbante de un metre
carré contient: un litre dleau, un décimetre cube de cuivre;
cette surface absorbante etant distante de douze millimetres
d'une vitre d'une épaisseur de quatre millimetres qui lui est
parallele et qui est soumise a un vent extérieur de deux mètres
par seconde. Les temperatures (ea) en degres Celsius (~C) en
fonction du temps (t) exprimé en heures, sont pour la surface
absorbante donc pour l'eau contenue dans le cap-teur d'energie
solaire:
-1,66 t -9,5 t
~a = ec - (ec - eo) (1,212 x e - 0,212 x e
et les temperatures (ev) en degres Celsius (C) de la vitre
recouvrant la surface absorbante en fonction de ce même temps
(t):
-1,66 t -9,5 t
ev = ec - (ec - eo) (0,554 x e ~ 0,446 x e
~ ans les memes conditions, les températures (ed) en
degres Celsius (C) du detecteur de gel en fonction de ce meme
temps (t) sont: ed = ec - (ec eo) e 22,12 t.
Dans ces fonctions, (eo) est la temperature en degres
Celsius (C) de l'ensemble du capteur d'énergie solaire et du
détecteur de gel a l'origine des temps (t=0), la -température
extérieure en degrés Celsius (C) est lec), e-t (e) est la base
des logarithmes neperiens.
- 4a -
.. .,
~ , , .
~;3;~S~
Les valeurs numeriques sont determinees, aux L
erreurs d'experience pres, en fonction de la chaleur massique
de l'eau et des différents éléments ~ui ~ntrent dans la
construction du capteur d'énergie solaire et du detecteur de
gel; et des coefficients de transfert de chaleur9 d'une part
entre la surface absorbante du capteur d'energie solaire et
la vitre qui lui est parallèle, et d'autre part entre la sur-
face d'un corps ~olide capable d'absorber e~ d'éme-ttre des
rayonnements dans le spectre du lointain infra-rouge (d'une
longueur d'onde supérieure à cinq microns) et l'atmosphère.
L'invention sera mieux comprise au moyen des expli-
cations additionnelles et de la description qui suivent
d'exemples de réalisations, avec réferences au dessin annexe
dans lequel
La Figure 1 illustre des courbes representatives de
la temperature de l'eau contenue dans un capteur d'energie
solaire selon l'invention et des courbes representatives de la
température du detecteur de gel, en fonctio:n du même temps;
les Figures 2 et 3 sont des vues en élevation et en
~0 coupe, respectivement, d'un detecteur de gel selon une première
caracteristique de l'invention.,
les Figures 4 et 5 sont, respectivement, des vues en
coupe et de dessus d'un detecteur de gel selon une deuxieme
caracteristique de l'invention., et
la Figure 6 est un diagramme destin.e à illustrer les
moyens mis en oeuvre pour proteger le capteur d'energie so.laire
contre le gel.
La Figure 1 represente pour llexemple considere pre-
cedemment, les courbes representatives de la temperature (ea)
30 de l'eau con.tenue dans le capteur d'energie solaire et les
courbes represen.tatives (~d) de la temp~rature du detecteur de
gel, en fonction du même temps (t). L'echelle des temperatures
- 4b -
(e) est poxtee en ordonnee en degres Celsius (C), et
llechelle des temps (t~ est portee en absc.isse et en heures.
~ 32 ~
La température retenue à l'origine des temps (t=0), tant
pour le capteur d'énergie solaire que pour le détecteur de gel
est de + 5~C (~o = +5) ; et les courbes tracées correspondent
à des températures extérieures de : -0,5C (9c = -0,5~ C
(ec = -1); -2C fac = 2~; -3C (ec = -3); ek -~C (0c = -4).
Par exemple, pour une température extérieure de -1C
(9c = -1)~ le détecteur de gel, donc l'eau qu'il cQntient at-
teint la températ-ure de 0C à llinstant t = 0,081 heures (4 mi-
nutes et 51 secondes), dè~ cet instant cette eau commence à se
transformer en glace, et la moitié de l'eau contenue dans le
détecteur de gel est gelée après ~'un temps t = 0,~135 heures
(18 minutes et 48 secondes) se soit écoulé ; dans l'exemple
retenu~ l'augmentation du volume de la moitié de cette eau
consécutive à sa transformation en glace, est à l'origine d'un
signal électrique qui provoque la vidange altomatique du cap-
teur d'énergie solaire~
Cette vidange du capteur d'énergie solaire est possible
du fait qulà l'instant t = 0,3135 heures (18 minutes et 48 se-
condes), la te~pera-ture de l'eau qu'il contient n'a pas encore
attein-t son point de congélation, com~e 1e montre sur la figure
: 1 la cour~e représentative de cette temperature qui correspond
à une température extérieure de -1C (~c ==-1).
Un meme raisonnement est valable pour les autres courbes
de la figure 1~ et pour d'autres valeurs de la température
initiale (Oo) du capteur d'énergie solaire et du detecteur de
gel, et aussi pour d'autres valeurs de la température exte-
rieure (~c).
~ e calcul montre que pendant la nuit pour des t-empéra-
tures extérieures légèrement in~érieures au point de congéla-
tion de l'eau, le dispositif automatique de vidange de l'eaudu capteur d'énergie solaire fonctionne après que l'eau qu'il
contient ait atteint son point de coDgélation. ~e cas le plus
. ... 5
3~5~
défavorable se présente quand la température extérieure est
~c = - ~ c'est-à-dire inférieure et infiniment voisine du point
de congélation de l'eau ; et dans ce cas, suivant l'exemple
retenu, la quantité de glace formée est de l'ordre de dix
grammes par mètre carré de surface absorbante du capteur d'éner-
gie solaire, à l'instant où le dispositi:E de vidange commence
à fonctionner~
Cette condition défavorable limi-te, qui ne se produit pas
dans la nature du fait qu'elle exi~e un temps extrêmement long,
provoque un gel infime de l'eau contenue dans le capteur d'éner
gie solaire qui (dans l'exemple cité qui ne contient qu'un
litre d'eau au mètre carré est de l'ordre de un pour cent
(1/100)), en n'obstruant pas les canalisations est sans effet
sur la vidange de l'eau contenue dans le capteur d'énergie
solaire~
De plus, cette condition défavorable limite ne peut se
présenter, dll fait que son inclinaison sur l'horizontale rend
le capteur d'énergie solaire moi.ns sen.sible au refroidissement
par rayonnement que le détecteur de gel, lequel a son échangeur
de chaleur avec l'atmosphère peu incliné par rapport à un plan
horizontal~
L'échange d.e chaleur, entre une surace capable d'émettre
et diabsorber des rayonne!nents infra-rouges e-t l'e~térieur~
s'effectue par convection et par rayonnement. Il en résulte que
suxtout pend.ant la nuit et par ternps clair et sec~ le refroi-
dissement par rayonnement devient prépondérent, du fait ~ue le
ciel qui est à une température inférieure à celle de l'air se
comporte comme un corps noir.
Par temps clair et sec, l'effet de serre causé par les
~0 nuages tend à disparaitre, et pendant la nuit, à la surface du
sol, les corps capables d'émettre et d'absorber les rayonne-
ments infra-rouges, peuvent atteindre des températures infé-
6 ... .. ..._ ..._ ._...
. _ _ = . , .. .. . . . .. . . .. .... . . . . .... .. .. . _ .. . _ _ . _ . _ _
... . _ . . ... .. . . .. .. . . . ... ... _ . . . . . . . . . . . _ _ _ .
3259
rieures à celle de l'air ambiant.
SeloD l'invention, l'échange de chaleur entre l'atmosphèreet la petite quantité d'eau contenue dans le detecteur de gel,
se fait par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur constitué
d'une feuille plane faite d'un corps bon conducteur de la cha-
leur, de préférence en métal, sensiblement horizontale, possé
da~t sa face inférieure calorifugée, et ayant sa face supé-
rieure d'une couleur capable d'émettre et d'absorber les rayon-
nements dans le spectre des infra~rouges.
~a face supérieure de l'échangeur de chalellr qui est face
au ciel, peut ~tre d'une couleur noire capable d'émèttre et
d'absorber tous les rayonnementsa
La très faible inclinaison sur l'horizontale de l'échan-
geur de chaleur, a seulement pour but de favoriser l'écoule-
ment de l'eau.
La face inférieure de l'échangeur de chaleur, est fixée
sur un support fait d'une matière mauvaise conductrice de la
chaleur. Ce support possède dans sa partie centrale un évide-
~ent, qui augmente l'isolation thermigue par la présence d'un
volu~e d'air ~ui est prisonnier entre le fond de ce support et
l'échangeur de chaleur~
Fi~és seulement sous l'échangeur de chaleur du détecteur
de gel et dans ce volume d'air, sont si~ués le petit récipient
plein d'eau, et le dispositif sensible à l'une des différences
entre les propriétés physiques de l'eau et de la glace.
~ 'échangeur de chaleur peut être une tôle de métal, dont
la face inférieure est polie dans sa partie en contact avec
l'air~ dans le but de réduire l'émission de rayonnements
infra-rougesO
~0 Dans le bu-t de réfléchir les rayonnements infra-rouges,
les parois de l'évidement du support qui emprisonnent le volu-
me d'air, sont tapissées intérieurement d'une très fine feuille
- ----- 7
_ ., ., . , _ _, _ ., .,, _ ,, , . = ., =, = = , . = ~ , , = = = = = = = = _ = =
_ _ .. , , . . , , ,, ......... ,,,, , . , ., .,, .. , . , .. , . ,, , , ., , .. , . , .. , . , . , ., ... ., , , , .
. , , _ , ,
3~
d'aluminium poli ~ui n'est pas en contact avec l'échangeur de
chaleur.
~ a fonte de la neige qui peut s'accumuler sur l'échan~eur
de chaleur, est augmentée en utilisant un échauffement par
effet de serre.
A cet effet, est fixée sous l'un des cotés de l'échangeur
de chaleur, une petite feuille verticale d'une matière bonne
conductrice de la chaleur, dont la face intérieure est calori-
fugée, et dont la face exterieure est destinée à être enso-
leillée.
~ a neige ne peut pas s'accumuler sur cette feuille verti-
cale dont la face destinée à être ensoleillée est d'une cou-
leur noire, et qui est en contact avec une mince plaque faite
d'une matière transparente à la lumière du soleil et opaque
aux rayonnerQents situés dans le lointain i~fra rouge (d'une
longueur d'onde supérieure à cinq microns).
Pendant la journée, l'échauffernent par effet de serre de
ce-tte petite feuille verticale, transmet par conductibilité,
de la chaleur à l'échangeur de chaleur dans le but d'activer
la fonte de la nei~e qui aurait pu s'accumuler.
Selon une première caractéristi~ue de l'inven-tion, le
signal électrique ~ui nrovoque la vidange automatique du cap-
teur d'énergie solaire, quand la tempéxature extérieure est
devenue inférieure au poi~t de congélation de l'eau, a pour
origine l'augmentation du volume de la petite quantité d'eau
contenue dans le détecteur de gel pendant sa transforrnation en
glace. En augmentant de volume, cette eau déforme une membrane
en matière élastique qui déplace un contact électrique fixé
sur un ressort, ce qui a pour résultat ~'ouvrir ou de fermer
3~ un circuit électrique.
Selon une deuxième caractéristique de l'invention, le si-
gnal électrique qui provoque la vidange automatique du capteur
:~ - .,2
8 ------- ----- --
= . _.. . . _ . .. . . . = .. = .. .... .. .. , .. . . .. _ _ _. _ _ _ .. . . ,, .. . .. .. ,. _ ., = ~. _== _ =
_ .. . .. ..... .. .. .. .. ..... . .. .. .. ... ... . . ... . . .. . . . . . ... . .. . . .... . . . . ..
_ .. .. ... .
~ 5~
d'énergie solaire~ quand la ternpérature extérieure est devenue
inférieure au point de congélation de l'eau, a pour origine
l'augmentation de la résistivité électrique de la petite quan-
tité d'eau cont;enue dans le détecteur de gel pendant sa trans-
formation en glace~ ~a résistivité électrique de l'eau distillée
est en effet de l~ mégohms-centimètre~ et la résistivité élec-
trique de la glace à la -température de -0,2 degrés Celsius est
de 284 mégohms-centimètre. Cette eau est parcourue par un cou-
rant électrique d'une intensité extr8mement faible, afin de
rendre négligeable son échauffement par effet Joule. En aug-
mentant sa résistivité électrique pendant sa transformation en
glace, l'eau que contient le détecteur de gel est à l'origine
d'une augmentation de la différence de potentiel électrlque
entre les conducteurs qui rellent ce dernier à un générateur
d'électricité.
Exceptionnellement selon cette deuxièrne caractéristique
de l'invention~ le récipient du détecteur de gel n'est pas
co~plètement plein d'eau ; la compression d'un petit volume
d'air, d'hydrogène, ou d'un gaz neutre permet à l'eau qu'il
contient d'aug~en-ter de volume en se solidifiant sans ~gmenta-
tion sensible de pression~
D'autres caractéristi~ues et avantages de cette invention
ressortent de la description ci-après d1exe~ples de réalisation
non limitatifs.
Au cours de cette description, il est fait référeDce aux
dessins.
~ e détecteur de gel, selon la première caractéristique de
cette invention 7 est représenté en élévation et en coupe par
la figure 2 et par la figure -~, et en vue de dessus par la
figure 5.
~ a figure 2 montre le détecteur de gel selon la première
caractéristique de cette invention, et à une température supe-
. _ . . _ . . ., .. , , ., _ , . .. ., . _ . . .. _ , .. , .. . . _ .. _ _ . . . . .. .. _ . . .. . _ .. .... .. _ _ _ _ . _ .
.. .. .... .. .. ... . . .. . .. . ... ... . . . . . . . . . . .. .. . .. _
~325~
rieure au point de congélation de l'eau. h l'intérieur du petitrécipient 22 l'eau 20 étant à l'état liquide, la me~brane en
matière élastique 2~ qui ferme le petit récipient 22 est déten-
due; et le bouton de co~tact 28 ne déforme pas la lame de res-
sort d'acier 30 sur laquelle il est fixé. Ce qui a pour résultat
de maintenir en contact les boutons de contact électrique 29 et
31 ~ixé~ respectivement sur les lames de ressort d'acier ~0 et
32 isolés électriquement, en fermant ainsi le circuit électrique
entre ces deux lames de ressort d'acier~
~a figure 3 montre le détecteur de gel selon la pre~ière
caractéristique de cette invention, et à une température infé-
rieure au point de congélation de l'eau. A llintérieur du petit
récipient 22 l'augmentation du volume de l'eau 20 consécuti~e
à sa transformation en glace, déforme la membrane en matière
élastique 26 qui ferme le petit récipient 22, et déplace le
bouton de contact 28 ~ixé sur la lame de ressort d'acier 30 en
ouvrant le circuit électrique entre le bouton de contac~ 29
fixé sur la lame de ressort d~acier 30 et le bouton de contact
31 fixé sur la lame de ressort d'acier 32.
~e détecteur de gel, selon la deuxième caractéristique de
cette invention, est représenté en élevation et en coupe par
la ~igure 4, et en vue de dessus par la fi~ure 5.
~a figure 5 représente la vue de dessus du détecteur de
gel, elle est identique pour la prernière caractéristique et
pour la deuxiè~e carac~éristique de cette invention.
Une différence de potentiel électrique est créée entre
une petite plaque de cuivre 58 et une seconde plaque de cuivre
60 qui est fixée par l'intermédiaire d'un isolant électrique à
l'échangeur de chaleur. Ces plaques sont séparées par une entre-
toise en matière non conductrice de l'électricité 62. Le centre
de l'entretoise isolante 62 est percé pOUI' loger dans l'évide-
ment ainsi créé~ une petite quantité d'eau 6~ et un petit
0
32~
volume de ~az, 66.
Dans le but de rendre l'échauffement de l'eau par effet
Joule négligeable, cette eau est parcourue par u~ courant élec-
trique d'une intensité extr8mement faible~
Le fait que la résistivité électrique de l'eau dis-tillée
qui est de 4 mégohms-centimètre est moindre que la résistivité
électrique de la glace qui , a la temp~rature de ~0,2 degrés
Celsius est de 28~ mé~hmS-centimètre, est à l'origine dlune
différence de potentiel électrique différente entre la plaque
de cuivre 60 et la plaque de cuivre 58i suivant que la petite
quantité d'eau 64 est à l'état liquide ou sous forme de glace.
Ie dispositif d'échange de chaleur avec l'extérieur est
identique pour chacune des deux caractéristiques de llinven-
tion, et il est représente sur les figures 2 à 5 par la
feuille de métal 104 fixée sur le support en isolant thermique
106.
Le vd~me d'air fermé 108 contient le petit récipient d'eau
du détecteur de gel, et le dispositif sensible à l'une des dif-
ferences entre les propriétés physiques de l'eau et de la glace,
La fonte de la neige éventuellemen-t accumulée sur l'échan-
geur de chaleur 104, est activée pendant le jour par l'apport
de chaleur en provenance de ]a petite feuille verticale 110
faite en une matière bonne conductrice de la chaleur, et qui
est fixée sous l'un des côtés de la feuille de métal 104,
Cette petite feuille 11~ de préférence en métal, fixée par
l'une de ses faces sur le support en isolant thermique 1Q6,
est noire sur son autre face qui est chauffée pendant le jour
par effet de serre. Cet effet de serre est obtenu en collant
contre la face noire de la petite feuille de métal 110, une
~0 mince plaque 112 qui est d'une matière transparente à la lu-
mière solaire et opaque aux rayonneme~ts situés dans le loin-
tain infra-rouge (d'une longueur d'onde supérieure à cinq
microns).
_ .. .. . . , . .. .. . . . . . . . .. _ ~ _ . . ............. . . ... . . .. . .. .... .. . . . .
.. . .. _ . .. . . .. .. , .. .. . . . .. . ., . . . ... _ .. _ _ _ _ _ . .
s~
Un autre aspect de l'invention concerne les moyens mis en
oeuvre pour effectuer la vidange ou 1P~ remplissage d'eau du
capteur d'énergie solaire, selon que la température extérieure
est devenue inférieure ou supérieure au point de congélation
de l'eau~
~ e diagramme que représente la figure 6, montre les moyens
mis en oeuvre pour protéger contre le gel le capteur d'énergie
solaire 68, en disposant dlune source de courant électrique 70,
du détecteur de gel selon la première caractéristique de llio-
vention que montre l'ensemble des figures 2~ 3 et 5/ et qui estreprésenté ici par son support 106.
Quand la température extérieure demeure au-dessus du point
de congelation de l'eau ; l'électro-vanne ~ trois voies 82 est
sous tensio~ et en position de travail en laissant pénétrer
l'eau dans le capteur d'énergie solaire par la conduite 84, et
l'électro-vanne a trois voies 86,est également sous tension et
en position de travail e~ laissant sortir l'eau du capteur
d'énergie solaire par la conduite 88.
Dans ces conditions le capteur d'énergie solaire 68 peut
:20 fonctionner, par exemple en stockant de l'eau chaude dans le
réservoir 92 par l'intermédiaire des condui-tes ~4 e-t 96.
~ n abaisse~ent de la température extérieure après avoir
franchi le point de congélation de l'eau, provoque l'ouverture
du circuit électrique du d.etecteur de gel 106~ Dès cet instant
les électro-vannes 82 et 86, dont les circuits él.ectriques sont
branchés en série avec celui du détec-teur de gel 106 sur le ré-
seau de courant électrique 70~ sont mises en position de repos.
~a position de repos de l'électro-vanne à trois voies 82 et de
l'électro-vanne à trois voies 86 est telle 7 que les conduites
~0 d'arrivée d~eau 9*.et d'évacuation d'eau 96 sont fermées, et
que l'eau contenue dans le capteur d'énergie solaire et les
conduites qui y sont raccordees s'évacue par l'intermédiaire
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des conduites 84 et 88 dans les conduites de vidange 9~ puis
100.
~ e capteur dlenergie solaire demeure vidangé, meme au cas
où surviendrait une ouverture du circuit d'alimentation en cou-
rant électrique 70.
~ e capteur d'énergie solaire ainsi vidangé ne peut etre
endommagé par le gelO
Pendant que la température extérieure est au-dessous du
point de congélation de l'eau, un ensoleillement suffisant peut
élever la tempéra-ture de la surface absorbante du capteur d'é-
nergie solaire au-dessus du seuil qui motive le fonctionnement
de la pompe électrique 120.
~a pompe électrique 120 est mise sous tension par le dis
positif électrique de commande solaire 118? quand la tempéra-
ture mesurée par la sonde de température 114 si-tuée dans le
capteur d'énergie solaire dépasse une valeur fixée, ou quand
la différence entre la température mesurée par la sonde de
température 114 de la surface absorbante du cap-teur d'énergie
solaire et la température mesurée par la sonde de température
116 de l'eau dans le réservoir 92 dcpasse une valeur prédéter-
~-rlin~e O
Dans ces conditions, un relais à contacts de travail 122
qui a son circuit d'excitation branché en parallèle avec le
circuit électrique de la pompe 120, ferme le circuit électrique
des électro-vannes 82 et ~6~ ce qui a pour résultat de remplir
le capteur d'énergie solaire 68 avec de l'eau qui se chauffe
et qui est maintenue en circulation par la pompe électrique 12
Pendant le jour, quand la température extérieure est infé-
rieure au point de congélation de l'eau, il devient impossible
dans ces conditions d'obstruer les canalisations par des bou-
chons de glace~ ~n effet, la capteur d'énergie solaire et les
tuyauteries qui y sont raccordées sont vides, ou sont pleins
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L~3259
d1une eau qui se chauffe tout en étant maintenue en circulation
par la pompe électrique 120.
Quand la température extérieure demeure inférieure au point
de congélation de l'eau~ et qu'un abaissement de la température
de l'eau dans le capteur d'énergie solaire entra~ne l'arr~t de
la pompe électrique 120 ; le circuit d'excitation du relais
électrique 122 n'es-t plus sous tension, ce qui ramène les -
électro-van~es 82 et 86 dans leur position de repos et provoque
l.a vidange du capteur d'éner~ie solaire 68.
Un conducteur électrique 124 relie le dispositif de com
mande solaire 118 au conducteur électrique qui relie les
électro-vanrles 82 et 86 au détecteur de gel 106 et au relais
122~ ce qui donne au dispositif de commande solaire 118 un si-
gnal électrique qui est différent selon la position des électro-
vannes 82 et 86, en permettant de fixer automatique~en-t des
seuils de température différents pour mettre sous tension la
pompe électrique 120, selon que le capteur d'énergie solaire
est vidangé ou plein d'eau~
Une eléva-tion de la température extérieure au-dessus du
~0 point de fusion de la gl,ace~ en fondant la glace contenue dans
le déte~teur de gel ferme son circuit électrique. I,es électro~
vannes 82 et 86 se mettent en position de travail, et le cap
~ 8
teur d'énergie solaire/se re~plit d'eau pendant que l'a~r
qu'il contient s'évacue par le dispositif de dégazage 126.
Selon l'invention, le circuit électrique des électro-
vannes 82 et 86 peut 8tre mis sous tension par un contacteur
et/ou par un relais dont le circuit d'excitation est branché
en série avec le circuit électrique du détecteur de gel~
Il sexait possible de remplacer l'électro-vanne 86; par un
~0 clapet anti-retour, et aussi de remplacer la sonde de tempéra-
ture 114 située dans le capteur d'énergie solaire par un ther-
mostat solaire situé à l'extérieur~
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~,325~
Il serait également possible d'utiliser dans l'installatio~
selon l'invention : d'autres types de détecteurs de gel et de
vannes ; des détecteurs de gel où l'abaissement de la tempéra-
ture extérieure en devenant inférieure au point de congélation
de l'eau soit à l'origine de la fermeture d'un circuit élec-
trique.
Il existe aussi la possibilité d'utiliser des électro-
vannes pilotées ou qui seraient en position de repos quand le
capteur d'énergie solaire est plein d'eau ; en utilisant un
générateur de courant continu qui assurerai-t automatiquement
l'alimentation de l'installation en énergie électrique, dzns
lléventualité ou surviendrait une ouverture du circuit du ré-
seau principal d'alimentation en électricité.
Bien entendu~ cette invention n'est pas limitée aux exem~
ples de réalisation décrits et représentés~ ~ais elle en en-
globe toutes les variantes~
Cette invention peut 8tre appliquée, en particulier, à la
protection contre les dég~ts causés par le gel, aux capteurs
d'énergie solaire destinés au chau~age de l'eau a usage indus-
triel ou à usage domestique (eau sanitaire ou eau de chau~fage)v
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