Brevet FR2284835A1 — publié le 19760409

La présente invention est relative aux installations de captation et de conservation de l'énergie thermique solaire en vue de son utilisation pour le chauffage, la production d'énergie domestique ou industrielle ainsi que des systèmes utilisant une isolation thermique transparente. Elle vise plus particulièrement les installations dans lesquelles le rayonnement électromagnétique solaire est dégradé en chaleur par simple exposition sans concentration de récepteur solaire constitué par des éléments de grande surface. Elle vise plus particulièrement les installations dans lesquelles le rayonnement électromagnétique solaire est dégradé en chaleur par exposition au dit rayonnerent préalablement concentré sur un ré cep- teur solaire de dimension restreinte. Elle vise plus particulièrement les installations dans lesquelles un fluide caloporteur véhicule la chaleur du récepteur solaire pour son utilisation directe ou vers un élément de stockage dans lequel on puisera soit directement le fluide chaud, soit en transférant sa chaleur par échange thermique. Dans les dispositifs connus de ce genre pour la captation de l'énergie solaire, l'isolement du récepteur d'énergie solaire était réalisé par 11 effet de serre, le fluide à chauffer s'écoulant dans le récepteur avec un débit variable selon l'élévation de température du dit fluide requise pour son utilisation. Dans ces appareils, le rendement thermique décroit très rapidement lorsque la température du fluide chauffé s'élève, les causes principales étant les pertes de chaleur par convection, rayonnement et conduction. Beurs dispositifs isolants utilisent des corps de mauvaise conductibilité, non transparents au rayonnement électromagnétique solaire, ne pouvant être utilisés pour la face réceptrice de l'insolateur. te dispositif suivant l'invention permet de construire un capteur solaire chauffant un fluide à une température élevée et permettant de conserver le fluide dans le capteur solaire à cette température jusqu'à son transfert dans un accumulateur, malgré un manque temporaire de rayonnement solaire. L'idée essentielle de l'invention est, d'une part de chauffer un fluide contenu dans un récepteur solaire ; lorsque la température du fluide a atteint une valeur prédéterminée, l'introdllet or du fluide froid remplace en totalité la auanti+é de fluide caffe contenu dans le récepteur thermique claire, ce fluide étant transféré rapidement dans un accur.ulateur ; d'autre art, d'assurer l'isolement thermique de ce récepteur par l'intermédiaire de deux parois transparentes entre lesquelles un vide statique est réalisé ; ces parois sont disposées entre la source de rayonnement et le récepteur. A cet effet, dans un mode préféré mais non limitatif de réalisation d'une installation de chauffage d'eau, nous disposons d'un er- semble modulaire de captation de l'énergie solaire. Les éléments modulaires tels que nous allons les décrire ci-dessous, ont leur partie réceptrice montée en série parallèle pour la circulation de l'eau. I'élément de base est constitué par un cadre rigide dans lequel est mis en place en la déformant par flambage une tôle réfléchissante plane qui constitue le miroir quasi cylindro-parabolique. Aux extrémités longitudinales du miroir sont adaptés deux supports maintenant le récepteur au foyer optique du miroir. Ce miroir est orienté automatiquement vers le soleil pour que le rayonnement concentré passe par le foyer optique du miroir. L'orientation automatique des miroirs connectés mécaniquement entre eux, astreints à un seul mouvement de rotation autour du foyer est obtenue par l'intermédiaire d' un dispositif électronique à cellule photoélectrique commandant un moteur électrique d'entrarnement des miroirs.Ce dispositif est complété par un système de sécurité qui positionne le miroir en dehors du champ d'éclairement solaire lorsque la lumière solaire descend en dessous d'un seuil minimum ou que les réservoirs ae stockage sont remplis. Le récepteur comprend une enveloppe métallique noire absorbante, fermée à une extrémité, l'autre extrémité étant obturée par un bouchon percé d'un trou au travers duquel est introduit longitudinalement à l'lntérieur un tube en matière isolante sur une distance légèrement inférieure à la longueur de l'enveloppe métallique et dont l'extréloité est biseautée.L'évacuation de l'eau est située du nême coté que la pénétratlon du tube isolant servant à l'arrivée d'eau å chauffer. te récepteur est entouré de deux tubes coaxiaux en verre transparent, scellés entre eux et dont l'espace inclus entre eux est conservé sous vide statique. lorsque l'eau contenue dans le tube situé au foyer atteint une température prédéterminée, un dispositif thermo-sensible situé sur le module opposé à l'arrivée d'eau commande l'ouverture de vannes permettant le remplacement de l'eau chaude par un volume égal d'eau froide, l'eau chaude étant transférée dans un premier accumulateur isolé thermique.m.ent, situé le plus Brès possible du dispositif de captation.Lorsque l'eau chaude contenue dans le premier accumulateur atteint un volume prédéterminé, un transvasement par siphonnage est effectué vers un deuxième accusu- lateur de plus grand volume. Dans un autre mode de réalisation ne comysffant pas de miroir de concentration, on dispose d'un insolateur fixe contenant l'eau à chauffer. Lorsque celle-ci est portée à une température prédéterminée par exposition de l'insolateur au rayonnement solaire, un dispositif thermo-sensible actionne l'ouverture de vannes Fermettant l'introduction d'eau froide et la sortie de toute la quantité d'eau chauffée dans l'accumulateur. L'arrivée d'eau froide, détectée par l'élément thermo-sensible, lui fait actionneur la fermeture des vannes immobilisant ainsi l'eau froide dans l'insolateur qui une fois chauffée actionne le cycle décrit ci-dessus.La surface de cet insolateur captant le rayonnenent électro-magnétique solaire est recouverte par un panneau réalisé en juxtaposant parallèlement deux feuilles de verre transparentes, un scellent entre ces deux feuilles sur leur périphérie permet la conservation du vide statique. Afin d'éviter l'écrasement de ces feuilles l'une vers l'autre sous lteffet de la pression atmosphérique, on dispose entre elles une structure alvéolaire. A ces modes de réalisation préférées, on peut encore apporter l'un et/ou l'autre des perfectionnements suivants, lesquels sont préférés mais-non indispensables : - les tubes coaxiaux ou double paroi isolants transparents pourront être revêtus d'une couche réfléchissante pour l'infrarouge lointain, laissant passer le rayonnement solaire. - la circulation de fluide, au lieu de s'effectuer au travers des tubes récepteurs noircis, peut s'effectuer directement dans le tube interne du système coaxial d'isolement après l'avoir rendu absorbant. tes dispositifs, objet de l'invention peuvent être utilisés dans tous les cas d'isolement thermique suivis, le cas échéant, d'une captation de l'énergie solaire, cette énergie thermique solaire pouvant être utilisée à usage domestique de chauffage de locaux d'7Xla- bitation, industriels ou agricoles ou pour être trarsfornée en vers gie mécanique ou électrique par l'i,-,termédiaire d'un cycle thermodynamique. REVENDICATIONS 1. Installation de conversion thermique de l'énergie solaire utile sant un isolateur antirayonnant et anticonvectif, caractérisée par l'emploi d'un dispositif de vide statique pour isoler le récepteur solaire. 2. Installation de conversion thermique de l'énergie solaire selon la revendicqtion 1., caractérisée en ce que les moyens d'isolement de la face insolée d'un récepteur consiste en l & juxtaposition de deux feuIlles silanes en matière transparente entre lesquelles un vide statique eEt réalisé. ,. Installation de conversion thermique de l'énergie solaire selon les revendications 1. et 2., caractérisée en ce que le noyenutllisé pour prévenir l'écrasement sous l'effet de la pression atmosphéri- que de la double paroi plane consiste en la présence entre les na- rois d'une structure alvéolaire. 4. Installation de conversion thermique de l'énergie solaire selon Des revendications 1. et 2., caractérisée en ce que l'insolateur placé derrière ces panneaux est constitué directeilent par les dispo- sitifs nécessitar.t un apport de chaleur. 5. Installation de conversion thermique de l'énergie solaire selon la revendication 1., caractérisée en ce que les moyens dtisole~ent d'un récepteur situé au foyer d'un miroir cylindro-parabolicue orienté est constitué par deux tubes de matière transparente lacés l'un dans l'autre, entre lesquels un vide statique est réalisé. 6. Installation de conversion thermique de l'énergie ;aire selon lesrevendications 2. et 5., caractérisée par l'utilisation suer les parties traisparentes d'ün revêtement réfléchissar,t l'infrarouge lointain et transparent à la lumière solaire parvenant au récepteur. Installation de conversion thermique de l'énergie scolaire, carac- térisf-e par des miroirs cylindro-paraboliques constitués -ar une feuille réfléchissante plane déforLlée par flambage, concentrant le rayonnemEnt solaire. 8. Installation de conversion thermique de l'énergie solaire selon la revendication 7., caractérisée par l'utilisation d'un cadre rigide dans lequel est forcée la feuille réfléchissante plane. 9. Installation de conversion thermique de l'énergie solaire selon les revendications 7. et 8., caractérisée par le fait que ce cadre est supporté par une vitre transparente isolant le miroir des interne péries. 10. Installation de conversion thermique de l'énergie solaire selon les revendications 1. et 5., caractérisée en ce que le récepteur solaire remplace le tube transparent interne, un vide statique étant réalisé entre le récepteur et le tube transparent externe. 11. Installation de conversion athermique de l'énergie solaire selon la revendication 5., caractérisée en ce que l'axe de rotation du miroir pour son orientation passe par le tube foyer, celui-ci étant fixe. 12. Installation de conversion thermique de l'énergie solaire et conservation de la chaleur selon la revendication 1., caractérisée par le fait d'une évacuation rapide de la totalité du fluide contenu dans le récepteur, dans un accumulateur, lorsque ce fluide atteint une température prédéterminée. 15. Installation de conversion thermique de l'énergie solaire et de conservation de la chaleur selon la revendication 12., car-lote- risée ar le fait que l'introduction de fluide chauffer sert de moteur pour 11 évacuation du fluide chaud. 14. Installation de ccnversion thermique de l'énergie solaire et conservation de la chaleur par lequel la totalité du fluide accuzu- lé selon la revendication 12., est transférée dans le circuit d'utilisation en une fois, ce transfert est déclenché par un dispositif sensible au niveau et/ou à une température prédéterminée. 15. Installation de conversion thermique de l'énergie solaire et de conservation de la chaleur caractérisée par l'introduction du fluide à chauffer dans l'insolateur par un conduit isolant plongeant dans le fluide chauffé afin d'éviter des échanges thermiques entre ces deux fluides.