Brevet FR2280036A1 — publié le 19760220

La présente invention concerne un dispositif de chauffage à énergie solaire. La présente invention a pour but de créer un appareil de chauffage solaire bon marché, efficace et d'utilisation très souple, qui permette de chauffer des fluides par énergie solaire en ne nécessitant aucun minimum de matériaux et de main-dsoeuvre pour sa fabrication. Le procédé préféré de mise en oeuvre de la présente invention consiste à utiliser un tube ou tuyau collecteur de chaleur en matière opaque ou, dans certains cas, en matière transparente cu translucide, placé à l'intérieur d'un second tube ou tuyau de diamètre plus grand, en matière transparente ou translucide, afin de former un espace isolant autour du tuyau collecteur de chaleur, cet espace d'isolement laissant pénétrer le rayonnement solaire, mais réalisant un isolement par rapport à l air ambiant de manière à retenir la chaleur solaire collectée par le fluide contenu dans le tube collecteur. L'espace isolant contient de préférence de l'air ambiant, mais on peut également y faire le vide ou le remplir par un gaz isolant inerte si nécessaire. Le tube intérieur (désigné ci-après comme le "collecteur"), et le tube extérieur (désigné ci-après comme l"'isolateur") sont de préférence tous deux cylindriques, mais on peut également utiliser d'autres formes telles que la forme elliptique, polygonale ou autre. Le collecteur doit également être de couleur noire ou de toute autre couleur absorbant la chaleur, et/ou doit avoir une surface sélective à la chaleur. On peut améliorer l'isolation thermique en prévoyant deux ou plusieurs isolants autour du collecteur, chacun des isolateurs successifs étant de diamètre plus grand que l'isolateur précédent. Le collecteur peut etre en métal, en matière plastique, en élastomère ou en tout autre matériau convenable résistant à la chaleur et au rayonnement ultraviolet. Ce collecteur doit également présenter une bonne conductivité thermique, alors que l'isolateur peut être en verre, en matière plastique ou en tout autre matériau convenable transparent ou translucide. Le collecteur peut etre placé concentriquement ou excentriqueent à l'intérieur de 19 isolateur ou des isolateurs. Cette dernière disposition peut etre obtenue en prévoyant des entretcises convenables entre le collecteur et le ou les isolateurs, ces entretoises séparées n'étant pas nécessaires dans la première disposition concentrique. Les entretoises peuvent prendre différentes formes et peuvent etre par exemple des anneaux dvespacement répartis à intervalles convenables suivant la longueur du collecteur. Ces entretoises peuvent également être constituées par des ailettes radiales fixées de manière continue ou interrompue sur le collecteur et/ou l'isolateur, ou faisant corps avec eux. Enfin, les entretoises peuvent encore être constituées par une hélice de matière convenable enroulée autour du collecteur. L'ensemble complet formé par le collecteur et l'isolateur ou les isolateurs sera désigné dans ce qui suit par le terme de -bWbo de "chauffage solaire". Les tubes de chauffage solaire selon la présente invention peuvent etre utilisés en longueurs simples, droites ou courbes formant des panneaux de grilles, des panneaux de spirales, des spirales plates, simples ou multiples à section circulaire, carrée, elliptique ou polygonale 7 ou des hélices ou configurations de toutes autres formes. A cet effet, la présente invention concerne un tube de chauffage solaire caractérisé en ce qu'il comprend un collecteur tubulaire et un isolateur cylindrique transparent au rayonnement solaire entourant le collecteur tubulaire, étant maintenu concentriquement, par des entretoises, à une certaine distance du collecteur de manière à définir un espace d'isolement entre eux, le collecteur tubulaire comportant en outre un orifice d'admission et un orifice d'échappement. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le tube de chauffage solaire comprend un collecteur tubulaire et un isolateur cylindrique transparent au rayonnement solaire, entourant excentriquement le collecteur tubulaire de manière à definir un espace d'isolement entre le collecteur et l'isolateur, le collecteur tubulaire comportant en outre un orifice d'admission et un orifice d'échappement. La description qui suit se rapporte a des exemples non limitatifs de réalisation de l'invention avec référence aux dessins ci-joints dans lesquels Les figures la à lc représentent différentes dispositions concentriques et excentriques du collecteur de chaleur et des isolateurs; - Les figures 2a à 2c représentent trois tubes de chauffage concentriques avec différentes dispositions d'entretoises; - La figure 3 est une vue en perspective d'un tube de chauffage solaire selon la présente invention; - Les figures 4 et 5 représentent un panneau de grille de chauffage et un panneau de spires plates ondulées de chauffage selon la présente invention; - La figure 6 représente une spirale plate selon l'invention;; - La figure 7 représente une hélice selon l'invention, munie d'un réservoir placé â I'intérieur; - Les figures 8 et 8a représentent une autre forme de réalisation de l'invention; - La figure 9 représente encore une autre forme de réalisation de!Xtinventioni - La figure la représente un espacement parfaitement concentrique des isolateurs 2 et 3; - La figure lb représente un collecteur de chauffage 1 muni d'un isolateur intérieur concentrique 2 et d'un isolateur extérieur 3 excentré à la fois par rapport aux collecteurs 1 et â l'isolateur 2; - La figure lc représente un collecteur de chaleur I avec isolateurs 2 et 3 excentrés. Quand le collecteur 1 et les isolateurs 2 et 3 sont-excentrés, comme indiqué sur la figure lc, il n'est pas nécessaire de prévoir des entretoises entre eux car ils reposent les uns sur les autres ou sont suspendus les uns aux autres suivant une génératrice. Sur la figure 2a, les entretoises ont la forme d'anneaux d'espacement 4a qu'on peut réaliser en n'importe quel matériau convenable. Sur la figure 2b, les entretoises ont la forme d'une hélice 4b qui peut être réalisée en n'importe quel matériau convenable, ou extrudée d'une seule pièce avec le collecteur ou l'isolateur. Cette hélice peut être continue ou interrompue en courtes longueurs séparées par des distances convenables dans le sens de la longueur du tube. La figure 2c représente des entretoises formées par des ailettes radiales continues cu interronpus sc qui sont de préférence extrudées d'une seule pièce avec le collecteur ou l'isolateur, comme indiqué sur la figure. La figure 3 représente un "élément" de tube de chauffage solaire à simple longueur, dans lequel le collecteur de chaleur 1 est entouré par un isolateur cylindrique 2 constitué par un tube flexible transparent. Des entretoises 4a disposées à intervalles convenables maintiennent le collecteur 1 au centre de l'isolateur 2. Le fluide froid entre par l'extrémité d'admission 5 du collecteur et le fluide chaud sort par l'extrémité de sortie 6. L'espace d'isolement 7 entre le collecteur 1 et l'isolateur 2 est délimité par les entretoises 4a et par les entretoises d'extrénité 8 qui, dans le cas d'un espace d'isolement rempli par un fluide, réduisent le mouvement du fluide à l'intérieur de l'isolateur. La figure 4 représente une grille de chauffage solaire composée d'un certain nombre de tubes de chauffage solaire réalisés conformément aux figures 2a, 2b ou 2c. Les entretoises ne sont pas représentées par souci de clarté. Dans cette disposition, l'entrée 5 et la sortie 6 sont constituées par des embouts. La figure 5 représente une configuration à spires sinusoidales de chauffage solaire, ces spires étant formées par des tubes de chauffage solaire correspondant aux figures 2a, 2b et 2c. Les entretoises ne sont pas représentées dans un souci de clarté. Cependant, comme indiqué en 12, si l'on utilise un matériau flexible pour former le collecteur 1 et l'isolateur 2, les spires de chauffage peuvent être constituées par une longueur unique de tube de chauffage solaire, et dans ce cas il n'est pas nécessaire de prévoir une isolation supplémentaire. Si seules les parties droites du collecteur 1 sont entourées par l'isolateur 2, il faut alors isoler thermiquement les parties de liaison en forme de "U" repérées en 13, en les enveloppant par un boftierg une garniture ou tout autre moyen d'.isolenent, comme indiqué dans la disposition de la figure 4. Les boltiers il et lla peuvent être formes dans un matériau transparent de même nature que celui de l'isolateur 2. La figure 6 représente une spirale plate, simple, constituée par un tube de chauffage solaire selon la présente invention, et présentant l'avantage par rapport aux autres configurations, d'offrir une résistance plus faible au débit et de réduire encore les pertes de chaleur. La figure 7 représente en coupe une hélice 15 constituée par un tube de chauffage solaire selon l'invention. Un réservoir isolé en forme de cylindre 16, destiné à emmagasiner le fluide chauffé, est placé au centre de l'hélice et relié à celle-ci en 17 et 18. L'orifice 19 d'admission de fluide froid et l'orifice 20 de sortie de fluide chaud du cylindre 16 cidessus sont également présents, et l'enveloppe 21 du cylindre est munie d'une surface convenable réfléchissant la chaleur. Le fluide froid arrivant par orifice 19 remplit le cylindre et l'hélice et se trouve chauffé par le rayonnement solaire arrivant directement sur l'hélice; ce fluide froid est également chauffé par le rayonnement solaire réfléchi par la surface de l'enveloppe Il et tombant sur l'hélice. Le fluide chaud monte dans l'hélice et circule par effet de thermo-syphon dans le circuit formé par Hélice et le cylindre, pour venir s'emmagasiner dans ce dernier. On peut également prévoir dans le cylindre des moyens de chauffage supplémentaires (non représentés sur les dessins) tels que par exemple un élément de chauffage électrique. Les figures 8 et 8a représentent en coupe une autre forme encore de réalisation de l'invention dans laquelle un cylindre isolé 16 est muni d'un orifice 19 d'admission de fluide froid et d'un orifice 20 de sortie de fluide chaud. Comme on peut le voir, les tubes de chauffage solaire sont disposés longitudinalement par rapport à l'axe du cylindre, et autour de ce cylindre comme indiqué sur la figure 8a. Le cylindre peut 5 par exemple etre isolé par l'enveloppe 21 disposée de manière a -efléchir le rayonnement solaire qu'elle reçoit, en le concentrant sur le tube de chauffage solaire. Comme dans le cas de la variante de la figure 7, on peut utiliser des moyens de chauffage supplémentaire dans le cylindre. La figure 9 représente encore une autre forme de réalisation de lXinvention dans laquelle un tube de chauffage solaire est disposé en forme d'hélice autour d'un réflecteur 22, ce réflecteur 22 étant ainsi en forme de cône. L'intérieur du réflecteur 22 peut constituer le cylindre 16, ou encore un cylindre séparé peut être placé à l'intérieur du réflecteur. Cette forme de réalisation de l'invention est particulièrement intéressante quand on.veut par exemple placer l'appareil contre un mur9.comme indiqué en 23. Pour obtenir les meilleurs résultats, l'espacement entre les longueurs parallèles adjacentes de tube de chauffage solaire représentées sur les figures 4, 5, 6, 7, 8 et 9, doit etre t 21 que tous les collecteurs reçoivent le maximum de rayonnement solaire. Le tube de chauffage solaire peut également s'utiliser avec avantage pour relier des collecteurs de chaleur à plaques planes classiques, ou des collecteurs de chaleur destinés par exemple à une piscine. On peut brancher un nombre quelconque de grilles, de spires ou de spirales de chauffage, en série, en parallèle ou en série parallèle. On peut améliorer les performances des tubes de chauffage solaire en concentrant sur eux des rayons solaires supplémentaires au moyen de réflecteurs convenables, d'héliostats et autres. Les réflecteurs de chaleur naturels tels que les toits, les murs, les clôtures, les routes ou les surfaces de plans d'eau peuvent être utilisés dans le but cidessus. Les grilles ou les spires de chauffage solaire installées en face des fenêtres peuvent servir de paresoleil afin de réduire l'éclat du soleil qui chauffe les immeubles, en plus du fait quelles produisent des fluides chauds. Les tubes de chauffage solaire présentent par rapport aux collecteurs de chaleur à plaques solaires planes classiques les avantages suivants g Le tube de chauffage solaire est mécaniquement auto-contenant et les collecteurs de chaleur réalisés à l'aide de ce tube ne nécessitent pas de carters et de vitrages séparés. Ces collecteurs pèsent donc moins lourd et présentent le maximum de pertes par réflexion si l'on compare aux couvercles de verre utilisés dans les collecteurs de chaleur classiques. La chaleur solaire est appliquée là où elle est nécessaire, ctest-à-dire directement sur les collecteurs contenant le fluide; les pertes de chaleur par conduction, par rayonnement et par convection vers l'arrière et sur les côtés des collecteurs de chaleur à plaques planes classiques, sont éliminées. Les pertes de chaleur par conduction entre la plaque de metal plate et les tubes soudés dessus, tels qu'on les utilise dans les collecteurs de chaleur à plaque plate classique, sont également éliminées. Toutes ces caractéristiques permettent d'obtenir un appareil de chauffage simple et économique à construire,' dont le poids est très léger et le rendement particulièrement élevé. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Tube de chauffage solaire caractérisé en ce qu'il comprend un collecteur tubulaire et un isolateur cylindrique transparent au rayonnement solaire entourant le collecteur tubulaire, étant maintenu concentriquement, par des entretoises, à une certaine distance du collecteur, de manière à définir un espace isolement entre eux, le collecteur tubulaire comportant en outre un orifice d'admission et un orifice d'échappement. 20) Tube de chauffage solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un collecteur tubulaire et un isolateur cylindrique transparent au rayonnement solaire, entourant excentriquement le collecteur tubulaire de manière à définir un espace d'isolement entre le-collecteur et l'isolateur, le collecteur tubulaire comportant en outre un orifice d'admission et un orifice d'échappement.