Brevet FR2286357A1 — publié le 19760423

La présente invention concerne des perfectionnements aux systèmes de captation d'énergie solaire et plus particulièrement à ceux assurant le réchauffage d'un circuit liquide. Cette forme de captation d'énergie solaire sous sa forme générale est connue et à permis la réalisation de nombreux matériels donnant satisfaction par leur simplicité et leur souplesse d'utilisation. La chaleur captée est transmise au circuit liquide et utilisée directement au réchauffage d1un milieu quelconque, ou dans de nombreux cas il est procédé à un stockage dans un volume étanche permettant de réaliser une accumulation de façon à passer tout ou partie des périodes sans ensoleillement. D'une façon générale les capteurs solaires actuellement réalisés sont de surface unitaire modeste : de llordre de 1 à 5m2 en général. Pour réaliser des surfaces de captation importantes par exemple de 50 à 5Q00 m2 il est nécessaire dtimplanter un nombre important de capteurs dont le prix de revient au m2 est relativement élevé et dont la liaison au circuit liquide nécessite des connexions dont le cott s'ajoute au prix des panneaux ; le tout correspond à une dépense excessive. La présente invention à pour but de définir les moyens permettant de réaliser directement sur le lieu d'utilisation et dans des conditions de cotit raisonnable des capteurs solaires, réchauffant un circuit liquide, de surfaces importantes de l'ordre de celles évoquées ci-dessus.Un capteur solaire comporte essentiellement les parties suivantes : un échangeur captant l'énergie solaire et la transmettant au circuit liquide, une paroi laissant pénétrer l'énergie solaire et évitant le refroidissement de l'échangeur par des mouvements d'air importants et évitant également la pénétration d'eau de pluie sur ltéchangeur, une isolation placée à l'arrière et autour de l'échangeur de façon à limiter ses pertes thermiques, un coffrage permettant de rassembler tous les éléments ci-dessus et permettant une rigidité suffisante. Suivant l'invention > un ensemble de dispositifs particuliers permettent de constituer dans de bonnes conditions les éléments ci-dessus par des surfaces importantes. La figure 1 montre un mode de réalisation particulier propre à l'invention. Sur une toiture inclinée 1 d'orientation favorable il est disposé une couche d'isolation 2 supportée directement par 1 et si besoin liée à 1 par collage ou par tout autre procédé. Au dessus de cette isolation sont places des échangeurs de grande surface 3.La partie supérieure du système comporte une paroi transparente 4 portée par une armature de répartition 5 tenue à une distance de quelques centimètres au-dessus des échangeurs 3 par des plots 6 stappuyant sur l'isola tion 2, ou sur les échangeurs 3, ou sur 1, Les parois latérales 7 perpendiculaires à l'isolation sont réalisées par un ma tériau ou un ensemble de matériaux permettant par liaison avec 4 et 1 ds clore le volume renfermant les échangeurs et l'isolation de façon à les mettre à l'abri des intempéries et d'un renouvellement d'air trop important.Les parois latérales 7 peuvent éventuellement comporter un petit nombre d'orifices 8 qui permettent suivant l'importaace de capteur désiré tout ou partie des fonctions suivantes : évacuation de faibles quantités d'eau provenant d'infiltrations accidentelles ou de condensations à la partie inférieure de la paroi 4, aération modérée permettant éviter ou de réduire la formation de buée sur la paroi 4. La toiture inclinée 1 dont il est question ci-dessus comme support du capteur peut ttre remplacée par une toiture plane, un mur vertical , une surface au sol ou tout élément capable de jouer le r81e de support. La présente invention couvre également le mode particulier de réalisation suivant de support. Sur des chevrons 1, ou des fers de charpente représentés à la figure 2 est tendu un grillage 2 sur lequel on projette par un pistolet spécial existant dans le commerce un mélange dosé de fibre de verre et de résine qui rCalise une couche, dont l'épaisseur peut être choisie de deux à quinze millimètres par exemple, de rigidité suffisante pour servir de support à l'ensemble constituant le capteur. Ce procédé présente l'intért d'assurer une réalisation rapide et économique d'un support résistant parfaitement à la corrosion.Toujours dans le cadre de l'invention le support 1 de la figure 1 peut astre réalisé par la mise en place de plaques de rigidité suffisante constituées par l'un des matériaux suivants : fibro ciment, tôle, matière plastique ou par tout autre matériau. L'isolation peut être constituée par des panneaux, convenablement jointoyés, de matériaux liège, laine de verre, polyurethane > béton cellulaire isolant armé ou non. Dans le cadre de la présente invention cette isolation peut etre réalisée également par la projection d'un produit isolant comportant des fibres agglomérées par une résine ou un autre produit. Il est bien évident que tous mtriaux convenables connus ou à apparattre peuvent convenir. La paroi transparente 4 de la figure 1 peut dans le cadre de la présente invention être réalisée par l > un des procédés énumérés ci-après : vitres simple, doubles ou triples du type utilisé pour les vitrages de serres et de bâtiments, feuilles plastiques de polyéthylène ou d'autres produits. Cette paroi transparente peut ttre réalisée comme dit pour le support par projection sur un grillage ou tout support semblable, d'un film transparent laissant pénétrer de façon satisfaisante l'énergie solaire à capter. Tout autre procédé convenable connu ou à apparattre peut également sistre envisagé pour la réalisation de la paroi transparente tout en restant dans le cadre de ltinvention. La présente invention concerne également le mode de réalisation des échangeurs pour lesquels un certain nombre de dispositions sont données par les figures 3 à 7 dont la description suit. La figure 3 correspond à un échangeur constitué d'une façon analogue à celles utilisées pour la réalisation de panneaux rayonnants de sol chauffant, le fonc tionnement se faisant de façon inverse. Des tubes 1 sont noyés dans une dalle de béton d'une épaisseur pouvant varier de 4 d 50 centimètres par exemple, les tubes 1 étant assemblés et disposés avant le coulage du béton sous forme de grilles raccordées à des collecteurs 3 eux mimes noyés dans la dalle de béton ou placés à l'extérieur de celle-ci ; cette disposition présente l'avantage de pouvoir avec une épaisseur suffisante de la dalle de béton, constituer une réserve de chaleur La figure 4 représente des échangeurs 1 remplaçant les grilles de la figure 3. Ces échangeurs sont poses directement sur l'isolation, ils sont constitués de panneaux métalliques du mEme type que ceux utilisés dans le rôle de radiateurs en chauffage central. Ces panneaux en tôle d'acier, dtaluminium ou de tout autre matériau reçoivent le rayonnement solaire qui chauffe l'eau qu'ils contiennent. La figure 5 représente un échangeur constitué par des tubes 1 sur lesquels des panneaux métalliques 2 sont fi::és par clipsage ; le rayonnement solaire est capte par 2 et chauffe la tôle qui transmet par contact la chaleur aux tubes 1 qui réchauffent le circuit liquide. De tels panneaux sont bien connus des hommes de l'art du fait qu'ils sont utilisés dans les installations de chauffage en particulier par rayonnement. La figure 6 représente un échangeur constitué par des tales 1 comportant des logements 2 recevant des tubes 3. La chaleur captée par les toles 1 et transmise par contact au circuit liquide passant dans les tubes 3. Le contact est renforcé et la transmission dc chaleur améliorée par la présence de bandes de tôles 4 fixées rigidement en 5 sur les tales 1 de part et d'autre du logement 2.Les tubes dont il est question dans la description des figures 3, 5 et 6 sont généralement de section circulaire mais ils peuvent tout en restant dans le cadre de l'invention astre d'une section différente : triangulaire, carrée, rectangulaire, ovale, etc Cénéralement les tubes ci-dessus sont en acier ils peuvent toutefois être réa- lisés dans un matériau différent et ce dans le cadre de l'invention.Par exem- ple les tubes peuvent etre en cuivre, en matière plastique, en caoutchouc natÜ- rel, en néoprène, en nylon, en polyéthylène, ces derniers matériaux étant renforcés ou non par une armature ; tous autres matériaux peuvent betre également utilisés. il faut noter ltlatérêt tout particulier résidant dans l'emploi de tubes souples correspondants à certains des types envisagés ci-dessus. Ces tubes souples présentent dans leur utilisation suivant figures 3, 5 et 6 une grande facilité de mise en place et conduisent à des réalisations économiques. Une disposition particulière est représentée par la figure 7 qui correspond à l'installation d'un capteur solaire sur un sol naturel ou rapporté. Dans le cadre de cette disposition les capteurs sont placés directement sur le sol 1 convenablement égalisé et tassé, si nécessaire une-barrière contre l'humidité peut être prévue soit sur le sol, soit à une légère profondeur du sol cette barriere 2 peut être avantageusement constituée par une feuille de polyéthylène ou tout autre matériau convenant. Les échangeurs 3 sont protégés des in tempériez par des dispositifs non représentés sur la figure 7 et semblables à ceux représentés à la figure 1. La disposition de la figure 7 couverte par l'invention correspond à une réalisation particulièrement économique.Un avantage supplémentaire de cette disposition réside dans le fait qu'en utilisant des échangeurs des types représentés aux figures 4,5,6 et en prévoyant des coffres, de protections contre les intempéries, mobiles l'ensemble du capteur peut si on le souhaite autre démonté facilement en période ou le dispositif n'est pas utilisé pour récupérer la libre disposition du sol qu'il occupe. La figure 8 décrit un système particulier de capteurs pouvant facilement en période de non utilisation rendre leur emplacement disponible pour tout autre utilisation. Cet avantage propre à l'invention présente un intérêr certain. Sur l'isolation 2 supportée par une dalle 1 des murets 3 rigides et de profils adaptés permettent de recevoir la paroi transparente 4 qui protège les échan- geurs 5. En période de non utilisation, des plaques rigides 6 en tôle ou en tout autre matériau convenable sont disposées comme figuré sur la figure 8 de façon à rétablir une surface permettant toutes sortes d'activités et d'utilisation. Par exemple cette surface pourra être ou non recouverue de terre ou d'un tapis quelconque de façon à constituer une aire de jeux ou recevoir des plantations. Il est bien entendu que les dispositifs de la figure 7 et de la figure 8 peuvent être combinés tout en restant dans le cadre de l'invention.Par exemple le dispositif de la figure f > peut être réalisé en supprimant la dalle 1 et l'isolation 2. La figure 9 montre et explicite une autre combinaison. Les différents dispositifs décrits ci-dessus correspondent à des solutions avantageuses pour la réalisation de capteurs de grandes surfaces ; tout en restant dans le adore de l'invention tout ou partie de ees dispositifs sont également applicables à des apteurs de faibles surfaces unitaires de l'ordre par exemple 1 à 5m2. L'eau réchauffée dans les capteurs objets de la présente invention ou tout liquide substitué à l'eau tel que mélange anti-gel ou autre liquide peut-être utilisé directement pour réchauffer des appareils de chauffage ; radiateurs, ~onvecteurs, panneaux rayonnants, batteries de réchauffage d'air, échangeurs de ballons d'eau chaude Sanitaire etc ... Le liquide réchauffé peut entre ou non stocké dans un réservoir généralement isolé de façon à accumuler une puis sance calorifique disponible pour les périodes sans ensoleillement. Cénéralement un dispositif complémentaire de chauffage est prévu dans le cadre de l'installation générale pour compléter la puissance captée ou faire face j de longues périodes sans soleil. Ce dispositif peut indifféremment et dans le cadre de la présente invention être constitué par un réchauffeur électrique, å gaz, à mazout. La production calorifique de ce dispositif complémentaire peut indifféremment astre stockée à certaines périodes ou être émise instantanément suivant les besoins de chaque instant. Une disposition objet de la présente invention concerne le stockage de la chaleur. Cette disposition concerne le stockage dans un ballon de volume approprié directement enterré ; la masse de terre constituant après sa mise en régime un calorifuge naturel et économique. Le ballon pourra être constitué par une cwe d'acier å simple ou double paroi ou par une cuve en matière plastique suivant les dispositions bien connues par exemple pour le stockage du mazout. Le liquide circulant dans les capteurs peut être dans le cas de capteurs devant assurer le réchauffage d'eau sanitaire, cette eau sanitaire elle-mEme. Dans ce cas il faut résoudre le problème du risque de gel en hiver dans les capteurs et les dangers de corrosion. La présente invention couvre les dispositifs suivants permettant de résoudre ces problèmes. Pour éviter la corrosion il faut noter que l'utilisation de tubes en matières plastique envisagée pour les figures 3, 5 et 6 constitue une solution parfaite ; dans le cas d'utilisation de tubes métalliques les dispositifs Xt dispositions bien connus des hommes de l'art sont directement applicables. Pour éviter le gel en hiver une circulation permanente par pompe est assurée dans le capteur, le liquide véhiculé étant maintenu en permanence à une température de l'ordre de 5 à 10 degrés de façon à éviter le gel de l'eau tout en présentant aes pertes thermiques, au droit des capteurs, de faible importance ce qui ne grève pas sensiblement le cotit de l'exploitation. La figure 10 représente le dispositif ci-dessus. Une pompe l assure la circulation de l'eau entre le ballon 2 et le capteur 3. Un ensemble de deux vannes automatiques à 3 voies 4 et 5 tel qu'il en existe dans le commerce permet en période de danger de gel d'amener à la pompe l l'eau chaude de la partie supérieure du ballon et de renvoyer cette eau à la sortie de 3 au bas du ballon. En période de captation les vannes 4 et 5 amènent à la pompe 1 l'eau froide prise en bas du ballon, cette eau étant restituée en partie haute du ballon. Le positionnement des vannes 4 et 5 est commandé par un détec tour de température à simulateur solaire par exemple. Ce meme détecteur 6 arrête la pompe 1 quand il n'est pas possible de collecter de la chaleur au capteur, sans que le gel soit à crainre, ceci pour éviter les pertes thermiques au niveau de 3. période de danger de gel un thermostat 7 placé dans l'eau sortant du capteur commande la saune de mélange 8 de façon à obtenir par mélange d'eau sortant du capteur et d'eau chaude en provenance du ballon une température d'eau sortante de l'ordre de 5 à 100 de façon à limiter les pertes au capteur. Eh période de captation 6 diriger impérativement 8 de façon à éviter tout retour de la sortie du capteur vers la pompe. Ce dispositif qui permet de résoudre le problème du gel sans nécessiter la préè sence d'un fluide intermédiaire incongelable entre le capteur et l'eau à réchauf fer permet de réaliser des économies importantes dans le choix de l'appareillage. REVENDICATIONS I - Capteur d'énergie solaire constitué par un dispositif d'échangeur qui trans met la chaleur qu'il reçoit par rayonnement solaire à travers une paroi trans parente(au rayonnement solaire)qui le met, ainsi qu 'éventuellement une isola tion thermique calorifugeant les parois non réceptrices de ltéchangeur, à l'abri des intempéries, à un circuit liquide caractérisé par le fait que ses différents élements constitutifs sont conçus pour être assemblés directement sur le lieu d'utilisation, certains de ces éléments pouvant être réalisés même directement sur le lieu d'utilisation. 2 - Capteur d'énergie solaire suivant la revendication I ci-dessus, caractérisé par le fait que son support est réalisé sur place par projection sur un grillage d'un mélange de fibres de verre et de résine. 3 - Capteur d'énergie solaire suivant la revendication I, caractérisé par le fait que l'échangeur est posé directement sur le sol, sans isolation thermi que. 4 - Capteur d'énergie solaire suivant l'une quelconque des revendications I ou 2 caractérisé par le fait que l'isolation est réalisée sur place par projec tion d'un produit isolant. 5 - Capteur d'énergie solaire suivant l'une quelconque des revendications I à 4 ci-dessus? caractérisé par le fait que la paroi transparente est réalisée sur place par projection d'un produit perméable aux rayons lumineux. 6 - Capteur d'énergie solaire suivant l'une quelconque des revendications I à 3 caractérisé par le fait que la paroi transparente est consitutée par une feuille plastique. 7 - Capteur énergie solaire suivant l'une quelconque des revendications I à 6 ci-dessus, caractérisé par le fait que l'échangeur est constitué par une dalle de béton renfermant des tubes formés en grille dans lesquels circule le fluide. 8 - Capteur d'énergie solaire suivant l'une quelconque des revendications I à6 ci-dessus /caractérisé par le fait que l'échangeur est constitué par des plaques col lectricesclipsées sur des tubes de circulation dn fluide.