Brevet FR2269038A1 — publié le 19751121

La présente invention a pour obiers un procédé d'absorption de l'énergie solaire, en vue de modifier la température d'un fluide, tel que de l'eau, utilisé dans un immeuble, qui consiste à capter l'énergie solaire et à la transmettre audit fluide, ainsi qu'une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Depuis de nombreuses années, on s'est efforcé de mettre à profit cette source d'énergie facilement accessible qu'est l'énergie solaire. A cet effet, on a imaginé divers moyens d'absorption qui sont en général très volumineux et ont, en tous cas, en commun de ne pouvoir être appliqués à des immeubles sans les défi- gourer. Le but que s'est fixé l'invention est de remédier à cette situation qui est la cause principale du défaut d'exploitation des moyens connus. Ce but est atteint en ce sens que, selon l'invention, on inclut dans un mur convenablement exposé de l'immeuble au moins un capteur d'énergie solaire dont les dimensions sont des multiples ou des sous multlplesde celles des éléments de construction standardisés tels que briques et parpaings, composant ledit, mur. Gracie à cette disposition, le capteur peut être intégré dans la paroi murale ou être monté au sommet d'un mur existant en coopérant avec les éléments de construction, sans nuire à l'esthétique de ladite paroi, il peut être ad1oint-à dXau- tres capteurs du même type, juxtaposés verticalement ou horizontalement pour former un ensemble cohérent, se fondant dans la paroi murale. L'insiallotion selon l'invention comprend, donc, d'une manière connue en soi, au moins un capteur d'énergie solaire se présentant sous forme d'un bloc pa railélépipèdique rectangle et des moyens d'échange thermique, et est caractérisée en ce que les dimensions dudit bloc sont des multiples ou des sous multiples de celles des éléments de construction standardisés, tels que briques et parpaings. Plus précisémept, le capteur est constitué d'un bottier parallélépipèdique rectangle dont la face exposée au soleil est transparante et qui renferme un réflecteur cylindro-parabolique à courte focale, orientable autour de son foyer, lequel est occupé par un tube noirci, pourvu à ses extrémités de moyens de raccordement, et où circule un courant de fluide caloporteur. On comprend que llorientation du réflecteur est choisie en fonction du lieu d'implantation et qu'elle peut etre éventuellement modifiée en fonction de la saison. Ainsi, le réfiecteur'cylindro-paraboiique refont et concentre les rayons solaires sur le tube noirci en échauffant le fluide caloporteur qui y circule. Les moyens de raccordement permettent de réunir le tube noirci-soit à des conduites d'acheminement et d'évacuation du fluide caloporteur, soit au tube noirci d'autres capteurs avoisinants. Avantageusement, le capteur renferme un dispositif obturateur escamotable susceptible de venir aveugler la face transparente du boitier. De cette manière, il est possible d'isoler le réflecteur cylindro-parabolique des rayons solaires lorsque la température du fluidecaloporteur s'élève anormalement ou lorsque l'installation est à I'arret. En pratique, le capteur comprend deux compartiments dont le premier renferme ledit réflecteur cylindro-parabolique et est fermé à l'avant par la face transparente, et dont le second renferme les moyens de raccordements prévus à l'une des extrémités du tube noirci ainsi que les moyens de commande du dispositif obturateur. Dans une forme d'exécution préférée, I'installotion comprend un module dit '-'module de service", de forme parallélépipèdique rectangle, dont les dimensions sont des multiples ou sous multiples de celles des éléments de construction standardisés, ledit module présentant au moins une porte d'accès et renfermant les moyens de commande nécessaires au fonctionnement automatique de ladite instal latin. Ainsi, le module de service peut être intégré dans la paroi murale au mê- me titre que le capteur. Les calories véhiculées par le fluide caloporteur peuvent etre utilisées directement. En variante, ledit fluide caloporteur peut les céder à un autre fluide qui les acheminera vers leur lieu d'utilisation. Cette dernière disposition est intéressante lorsque le fluide caloporteur nient pas utilisable directement. Dans ce cas, l'installation comprend un réservoir échangeur traversé par un courant de fluide à chauffer, en échange thermique avec le fluide caloporteur, ledit réservoir étant caractérisé en ce que, toujours en vue de son intégration dans la paroi murale, il se présente sous la forme d'un bloc parallélépipèdique rectangle dont les dimensions sont des multiples ou des sous multiples de celles des éléments de construction standardisés. Le module de service renferme une pompe qui assure la circulation du fluide caloporteur. II renferme également un contacteur-disjoncteur thermo- ou photo-sensible qui commande l'escamotage des moyens obturateurs et la mise en marche de la pompe lorsque le rayonnement solaire vient le frapper, tandis qu'il commande la fermeture desdits moyens obturateurs et l'arrêt de ladite pompe en l'absence d'un tel rayonnement" Grâce à cette disposition, I'installation se met automatiquement en service quand le rayonnement solaire est suffisant et hors de service quand il cesse d'être efficace. Pour éviter un chauffage excessif du fluide caloporteur, pouvant aller lus- qu'à ébullition, et empecher une dégradation de Itinstallation, le module de service renferme, en outre, un thermostat coopérant avec une sonde thermostatique plongeant dans le fluide caloporteur, et qui ferme les moyens obturateurs et interrompt le fonctionnement de la pompe lorsque la température dudit fluide caloporteur atteint une valeur critique, puis escamote les moyens obturateurs et rétablit le fonctionnement de ladite pompe, lorsque ladite température est revenue à la normale. II est indispensable de temporiser l'interruption du fonctionnement dela pompe, après la fermeture des moyens obturateurs1 pour permettre l'évacuation des calories accumulées dans le capteur. L'invention, appliquée au chauffage d'un fluide, par exemple, d'eau sanitaire, est décrite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale schématique de 12instailation selon l'invention, montée verticalement, - la figure 2 est une vue de détail d'un module capteur entrant dans la composition de l'installation selon la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe verticale schématique d'une installa tion similaire1 montée horizontalement. Si l'on se réfère à la figure 1 on voit que l'installation comprend trois modules capteurs la, 16 et 1 c1 un module de service 2 et un réservoir sous pression 3, disposés llun au-dessus de l'autre, et compris dans un mur désigné dans son ensemble par 4. Ce mur 4 est orienté, sensiblement, selon une direction est-ouest. Les modules capteurs 1 et module de service 2 sont inclus dans un "cocon" en polystyrène expansé, non représenté, qui les enveloppe de tous cotés, hormis sur la face avant. A des fins de protection, un film mince de polyéthylène est avantageusement interposé entre les modules et les éléments de construction voisins pour éviter toute souillure pendant la construction. Comme on le voit, les modules sont parallélépipèdiques et ont sensiblement la meme dimension que les éléments de construction 5 composant le mur 4. En variante, ils pourraient etre de dimensions différentes, pourvu que leurs dimensions soient des multiples ou sous multiples de celles des éléments 5. Les modules 1,2 et 3 d'une même installation pourraient également ne pas être tous de la même dimension pourvu que l'exigence ci-dessus soit respectée. On voit que l'installation comprend un circuit fermé renfermant un fluide caloporteur, par exemple, de l'eau glycolée, ou tout autre fluide thermique, ce circuit étant composé de tubes 6a, 6b et 6c inclus dans chaque capteur et réunis, d'une part, avec une conduite d'alimentation en fluide caloporteur froid 7 et, d'autre part, avec une conduite d'évacuation de fluide caloporteur chaud 8. Les conduites 7 et 8 aboutissent, respectivement, à t'une et l'autre extrémités d'un serpentin 9 compris dans le réservoir 3. Une capsule à membrane ou un vase d'expansion 34 absorbe ta dilatation du fluide caloporteur. Le réservoir 3 est pourvu d'une conduite d'alimentation 11 en fluide à chauffer et d'une conduite d'évacuation 12 du fluide chauffé, et il est empli dudit fluide 13. Une pompe 10 est interposée sur la conduite 8, pompe qui est prévue dans le module de service 2. Si l'on se réfère à la figure 2, on voit que le module capteur 1 est subdivisé en deux compartiments 14 et 14', par une flasque 15 formant entretoise. II est constitué d'un boitier par exemple, en tôle ou en métal non oxydable par nature ou par traitement. Le boitier pourrait également n'etre pas métallique. Il comporte sur sa face avant une paroi en verre ordinaire ou réfractaire 16 fermant le compartiment 14 et une porte d'accès 17 au compartiment 14'. Le compartiment 14 comporte une ouverture latérale 171, pour le passage des tuyauteries. Le compartiment 14 renferme un réflecteur cylindro-parabolique 18 horizontal, à courte focale, orientable autour de sa ligné de foyer. L'équipage du réflecteur est mobile autour de cette ligne par frottement demi-dur sur un anneau constitué, par exemple, de caoutchouc durci solidaire de flasques support et d'une molette d'orientation non représentée pour une meilleure clarté du dessin. La ligne de foyer est occupée par le tube 6, qui est un tube noirci afin d'absorber au maximum énergie solaire0 Llune des extrémités 19 du tube 6 pénètre dans le compartiment 14' et est-pourvue d'un raccord 20 permettant de le mettre en com munication avec la-conduite 7 d'alimentation en en fluide caloporteur froid. Au raccord 20 fait suite un manchon 21 permettant un éventuel raccordement du tube 6 avec le tube 6 d'un autre module capteur juxtaposé horizontalement.L'autre extrémité 19' du tube 6 comporte un manchon identique 21' permettant le raccor dement du tube 6 avec la conduite d'évacuation du fluide caloporteur, dans la disposition de la figure 1, ou aVec te tube 6 d'on autre module capteur juxtaposé, horizontalement, dans une disposition différente. II va de soi que les manchons 21 et 21' pourraient être remplacés par tout moyen équivalent convenable, notamment par des durites à collier formant joints de dilatation. Le compartiment 14 renferme, en outre, un rideau 22 enroulé autour d'un axe 23. Le rideau 22 est susceptible de s'abaisser le long de rails de guidage 24 et ttetre maintenu en position fermée par un loqueteau 25, ou tout autre dispositif de verrouillage. Le compartiment 14' renfermer outre le raccord 20 et le manchon 21, le mécanisme de commande du rideau 22. II est entendu que le rideau pourrait etre remplacé par un système de volets ou tout autre obturateur convenable. Si l'on revient maintenant à la figure 1, on voit que île module de service 2 renferme, outre la pompe 10, qui est d'un modèle connu, avec clapet antiretour, les moyens pour la commande de ladite pompe 10 et celle des rideaux 22. Ces moyens comprennent un contacteur-dis joncteur 27 en circuit à la fois avec la pompe 10 et la commande électromagnétique ou électromécanique 28 du rideau 22. 11 se compose d'une pluralité de loupes optiques, d'orientation et d'incidence réglables, disposées d'est en ouest captant la lumière solaire pour la concentrer en leur foyer commun sur un bilame et/ou dune pluralité de cellules photo-électriques, d'orientation et d'incidence réglables, disposées elles aussi d'est en ouest, chacun de ces dispositifs thermo- ou photo-sensibles aboutissant à un relais 29, d'une mani ère connue en soi. Les moyens de commande que renferme le module de service 2 comprennent, en outre, un thermostat 30 et un relais correspondant 31 qui agissent sur le fonctionnement de la pompe 10 et sur la commande 28 du relevage des rideaux 22, en fonction des indications données par une sonde thermostatique 32 montée dans le serpentin 9 prévu dans le réservoir 3. Le module de service 2 est pourvu d'une porte d'accès et, à l'avant, d'une partie vitrée permettant aux loupes du contacteur-disjoncteur 27 de recevoir la lumière solaire. Le réservoir 3 comprend une soupape de sûretés non représentée, et une chicane 33 en tôle de métal perforée disposée au niveau du premier tiers de la hauteur du réservoir. Par ailleurs, il est calorifugé pour éviter un échange thermique avec le milieu ambiant. Naturellement le réservoir est dimensionné de telle manière que -moyens dtisolation thermique compris- il réponde aux normes indiquées plus haut. Le fonctionnement de l1installation est le suivant: En I 'absence de soleil, les rideaux 22 sont abaissés et maintenus dans dette position par les loqueteaux 25. Par ailleurs, la pompe 10 ne fonctionne pas. Lorsque le soleil parait, ses rayons tombent sur les loupes du contacteurdisjoncteur 27 qui les concentrent, en leur foyer commun, par exemple sur un bilame, lequel agit alors sur le relais 29. Le courant s'établit et actionne, simultanément, le mécanisme de relevage 28 des rideaux 22 et la pompe 10. L'énergie solaire est alors reçue par les réflecteurs cylindro-paraboliques 18 des modules capteurs la, lb et îc qui la concentre, respectivement sur les tubes noircis 6a, 6b et 6c. II en résulte l'échauffement du fluide caloporteur se trouvant dans lesdits tubes. La pompe 10 assure la circulation du fluide caloporteur dans le circuit fermé 6,8,9,7.Le fluide chauffé est donc évacué des tubes 6 par la conduite 8, passe dans ladite pompe 10 puis dans le serpentin 9 où il se refroidit par échange thermique avec le fluide à chauffer 13 contenu dans le réservoir 3. Le fluide caloporteur refroidi parcourt ensuite la conduite 7 qui l'achemine aux tubes 6, et le cycle se poursuit. Le fluide chauffé dans le réservoir 3, par le fluide caloporteur, est évacué pour utilisation par la conduite 12, tandis qu'une quantité correspondante de fluide à chauffer pénètre dans ledit réservoir par la conduite 11. La chicane 33 empêche un mélange trop rapide entre le fluide chaud évacué selon 12 et le fluide froid introduit selon 11. Si, pour une raison quelconque, la température du fluide caloporteur vient à s'élever anormalement jusqu'au voisinage de son point d'ébullition, la sonde thermostatique 32 transmet un signal au thermostat 30 qui, par l'intermédiaire du relais 31, commande la fermeture des rideaux 22 et l'arrêt temporisé de la pompe 10 tant que la sonde thermostatique ne transmet pas un nouveau signal indiquant que la température du fluide caloporteur n'est plus critique. Le thermostat 30ou- vre alors les rideaux 22 et rétablit le fonctionnement de la pompe 10. Lorsque le soleil disparait, le contacteur disjoncteur interrompt le passage du courant et met l'installation hors service. Il est bien entendu que les modules de l'installation ci-dessus pourraient être disposés d'une autre manière, par exemple horizontalenient, comme à la figure 3. Dans ce cas, les tubes 6a, 6b et 6c des capteurs la, lb et lc sont réunis bout à bout grâce à leurs manchons 21 et 21' et la conduite d'évacuation 8 du fluide caloporteur froid est située derrière l'installation modulaire. II est avantageux, dans cette forme d 'exécution, que la paroi libre d'extrémité de chaque compartiment 14' de capteur présente une rainure susceptible de s'emboîter sur une saillie correspondante prévue sur la paroi d'extrémité du compartiment 14 du capteur suivant. En fin de chaire, un bouchon vertical à embor- tement remplace le capteur suivant. On pourrait également combiner les deux types de disposition, c'est à dire, par exemple, superposer d'autres capteurs aux capteurs la, lb, lc, de la figure 3. II est bien entendu que de nombreuses variantes peuvent être apportées aux modes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention décrits ci-dessus et aux installations elles-mêmes. En particulier, les calories véhiculées par le fluide caloporteur pourraient être utilisées directement au lieu de l'être par llintermédiai- re du fluide 13. Dans ce cas, le réservoir 3 serait supprimé. Par ailleurs, encore, au lieu d-'être intégrée dans une paroi murale, I'installation modulaire pourrait être placée au sommet d'une paroi existante. Comme il ressort de la description qui précède, l'installation selon l'invention fonctionne d'une manière totalement automatique et fiable. Elle est commandée par le soleil lui-même et n'est en service que lorsqu'il parant. Elle a, par ailleurs, I'avantage de pouvoir s'intégrer dans toute paroi murale nouvelle ou existante, orientée est/ouest, et non isolée par des obstacles, sans en déparer l'aspect ou le profil. Elle constitue un tout cohérent, esthétique et facile à construire. L'installation modulaire peut également convenir aux bandeaux d'acrotère, aux toitures en terrasse, etc... et stadapter harmonieusement aux lignes architecturales de constructions existantes. L'installation peut être utilisée soit comme ensemble de production d'eau chaude domestique ou industrielle, soit comme auxiliaire d'une installation de chauffage central classique qui sera alors alimentée en by-pass par l'installation modulaire, pendant tout le temps de présence efficace du soleil. A titre d'exemple, sous nos latitudes, une installation comprenant six modules capteurs de 0,33 m de haut sur 1 m de long est capable de chauffer à 800 C environ 100 litres d'eau par journée d'ensoleillement d'hiver. L'installation selon l'invention pourrait encore servir à la climatisation de locaux. L'invention ayant maintenant été exposée et son intérêt justifié sur des exemples détaillés, la demanderesse s'en réserve l'exclusivité, pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ciaprès. REVENDICATIONS 1- Installation pour l'absorption de l'énergie solaire, en vue de modifier la température d'un fluide, tel que. de l'eau, utilisée dans un immeuble qui comprend, d'une manière connue en soi, au moins un capteur d'énergie solaire se présentant sous la forme d'un bloc parallèlépipèdiewectangle et des moyens d'échange thermique, caractérisée en ce que les dimensions dudit bloc sont des multiples ou des sowmultipies de celles des éléments de construction standardisés tels que briques et parpaings. 2- Installation comprenant au moins un capteur selon la revendication 1, ledit capteur étant constitué d'un boitier porallèlépipèFerectangle dont la face exposée au soleil est transparente et qui renferme un réflecteur cylindro- parabolique d courte focale, orientable autour de son foyer, lequel est occupé par un tube noirci pourvu à ses extrémités de moyens de raccordement et où circule un courant de fluide caloporteur, ledit capteur renfermant, en outre, un dispositif obturateur escamotable susceptible de venir aveugler la face transparente du boîtier, caractérisée en ce que le capteur comprend deux compartiments dont le premier renferme ledit réflecteur cylindro-parabo- lique et est fermé à l'avant par la face transparente, et dont le second renferme les moyens de raccordement prévus a l'une des extrémités du tube noirci ainsi que les moyens de commande du dispositif obturateur. 3- Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend un module dit module de service", de forme parallèlépipèdique rectangle, dont les dimensions sont des multiples ou sous-multiples de celles des éléments de construction standardisés, ledit module présentant au moins une porte d'accès et renfermant les moyens de commande nécessaires au fonctionnement autàinatique de ladite i nstal lotion. 4- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, qui comprend un réservoir échangeur traversé par un courant de fluide à chauffer, en échange thermique avec ledit fluide caloporteur, ledit réservoir étant carac térisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un bloc parallèlépipèdique rectangle dont les dimensions sont des multiples ou des sous-multiples de celles des éléments de construction standardisés. 5- Installation selon la revendication 3 ou 4 dans laquelle le module de service renferme une pompe qui assure la circulation du fluide caloporteur, cdractérisée en ce que le module de service renferme un contacteur-disionc- teur thermo- ou photo-sensible qui commande l'escamotage des moyens obturateurs et la mise en marche de la pompe lorsque le rayonnement solaire vient le frapper, tandis qu'il commande la fermeture desdits moyens obturateurs et l'arret de ladite pompe en l'absence d'un tel rayonnement. 6- Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le module de service renferme un thermostat coopérant avec une sonde thermostatique plongeanf dans le fluide caloporteur,et qui ferme les moyens obturateurs et interrompt le fonctionneent de la pompe, lorsque la température dudit fluide caloporteur atteint une valeur critique, puis escamote les moyens obturateurs et rétablit le fonctionnement de ladite pompe, lorsque ladite température est revenue à la normale.