Brevet FR2315670A1 — publié le 19770121

La présenteinvention a pour objet des perfectionnements apportés aux instailations de captation et de récupération de l'énergie thermique d'origine solaire, ces installations étant du type se composant en principe d'un berceau en matériau isolant dans lequel est logée une capacité dans laquelle circule un fluide susceptible de capter et de transférer l'énergie thermique reçue par le berceau exposé au rayonnement solaire , à un fluide porteur de ladite énergie. On a déjà proposé de nombreux systèmes de ce genre, mais dans ces installations connues, le système collecteur ne donne guère satisfaction. En effet, dans un premier type déjà connu, le collecteur est constitué par une tôle noircie placée au-dessus d'un serpentin dans lequel circule le fluide à échauffer, et aggrafée ou soudée sur ce serpentin. Dans le cas de l'aggrafage, le contact est très mauvais et il se créé une résistance thermique très importante entre la plaque collectrice et le fluide affluant dans le serpentin. A l'inverse, par soudure, les pertes par convexion sont un peu plus réduites que précédemment, mais les cordons de soudure ne peuvent donner lieu à aucun calcul théorique de sorte qu'il est impossible d'obtenir des résultats fiables si l'on repro duit un même système. On a déjà proposé également de remplacer un tel collecteur classique par un radiateur, dans lequel le fluide circule entre deux tôles embouties soudées par points. Un tel système de convient pas tel quel pour une installation de captation d'énergie solaire!;, de sorte que dans ce dernier cas, son rendement est loin d'être optimal. AInsi, la soudure par points n'assure pas un contact intime entre les tôles et les pertes par convexion sont également importantes. . Au surplus, le cheminement de l'eau se produit sous forme de passages préférentiels ce qui réduit le rendement de l'échange. Par ailleurs, les berceaux actuellement utilisés sont constitués par des cadres en bois ou en métal dont l'isolation hétérogène est loin d'être optimale. Enfin, les systèmes de vitrage utilisés présentent llin- convénient de permettre de fortes déperditions par convexion de l'air extérieur venant au contact de la paroi. On a bien proposé des doubles vitrages pour éliminer cet inconvénient mais ce système conduit nécessairement à de plus grandes épaisseurs et même dans ce cas, ils ne sont pas pour autant très isolants. Pour éliminer ces inconvénients des différents éléments du système, l'invention vise des perfectionnements à chacun de cea éléments, en vue d'assurer a la fois un échange optimum entre la surface chaude et le fluide porteur, une isolation oti- male et la meilleureetenue possible du rayonnement grace aux caractéristiques constructives du vitrage et du berceau. Enfin , les perfectionnements apportes par l'invention assurent une absence pratique de toute sa perte thermique par convexion aux points de soudure. Selon la caracteristique principale de l'invention, la capacité dans laquelle circule le fluide porteur est constituez par un volume métallique à circulation en fine lame du fluidecette capacité peut se présenter sous forme d'un labyrinthe en serie ou en parallèle délimite par des fines lames métalliques détermi- nant des passages de fluide de l'ordre de 2 à 5 mm seulement de d'épa--sseurce qui assure un écoulement turbulent et par conséquent un très bon échange entre la surface chaude et le fluide porteur. A cet effet,entre les deux plaques délimitant la capacité métallique existent- des bossages définissant per leur répartition,- le trajet de circulation du fluide. POur construire un tel volume métallique, on utilise un métal possèdant à la fois une bonne conductibilité et une bonne aptitude à la soudure, parexemple le cuivre et ses alliages ou l'acier et ses alliages. Selon une seconde caractéristique de l'invention, la face du volume métallique qui est exposée au rayonnement solaire est rendue noire mat au moyen d' t'n revêtement choisi entre une peinture acrylique. ou polyurethane et une poudre de noir de carbone, d'oxyde de fer ou de métal à bonne conductibilité. Selon une troisième caractéristique de l'invention, les canalisations d'amenée et d'évacuation du fluide au volume métallique sont assembléespar un mode de soudure qui évite pratiquement toute perte par convexion. En ce qui concerne le berceau, l'invention vise également des perfectionnements à sa constitution en ce qu'il se compose d'une cuvette en mousse de résine synthétique à pores fermes ayant une densité comprise entre 0,3 et 0,6, revêtue d'une peau (mousse intégrAle) et jouant à la fois le rôle de support de la capacité métallique et de -première masse calorifuge. Dans la pratique, cette capacité métallique est logée dans le fond de berceau en reposant sur une couche intermédiaire de mousse de résine synthétique ayant une densité comprise entre 0,01 et 0,04, jouant le roule d'isolant thermique. Cette couche intermédiaire est de préférence formée in situ par injection de la dite résine entre la capacité et le fond du berceau. Enfin, en ce qui concerne le vitrage proprement dit, le berceau est fermé selon l'invention sur sa face orientée vers le rayonnement par un vitrage transparent créant à l'intérieur du berceau un effet deserre. De préférence ce vitrage transparent est réalisé en verre martelé du côté du rayonnement ou en verre triplex martelé, non teinté, et il comporte de préférence au moins une plaque transparente en verre dit sélectif cette face traitée est orientée du coté de la capacité revêtue du corps noir. quand il est double Dans la pratique, le vitrage/est formé de deux plaques transparentes assemblés de manière à former un volume étanche, et maintenues par des entretoises collées et comportant des orifices d'introduction et d'évacuation d'un gaz neutre ou d'air desséché. On va maintenant décrire l'invention en se référant à la description ci-après, correspondant au dessin annexé sur lequel les figures la et lb représentent deux modes de réalisation du collecteur selon l'invention, vu par le dessus. La figure 2 représente une coupe longitudinale suivant 2-2 de l'une des figures 1 - La figure 3 représente une coupe transversale suivant 3-3 de l'une des figures 1. Les mêmes références représentent les mêmes éléments sur toutes les figures. Si l'on se réfère à ces dessins, on voit que le corps d'échange, 1, est entièrement métallique. On peut utiliser à cet effet le cuivre ou un laiton présentant une faible proportion de nickel et consfituant des parois d'échange à haute perméabilité thermique. L'acier ou ses alliages de moindre perméabilité thermique permettrontpar eilleursdes parois très minces pour une très bonee résistance mécanique et un prix de revien t plus réduit. Selon l'invention, la circulation du fluide porteur s'effectue suivant un trajet en fines lames, d'une épaisseur de 2 à 5 mm par des trajets pouvant être en série ou en parallèle ce qu'illustrent les deux labyrinthes illustrés aux figures la et lb. Le fluide pénètre par un orifice 2 et ressort par un orifice 3 après avoir cheminé suivant le trajet indiqué par les flèches et imposé par les bossages 4 placés entre les tôles et définissant le volume de circulation. Le passage s'effectuant ainsi avec une vitesse de l'ordre de lm/seconde conduit à un écoulement turbulent permettant ainsi I'échange optimal entre la surface de la plaque échauffée parle rayonnement solaire et le fluide porteur La technique d'assemblage de ces tôles et de leurs bossages et par la même la création du labyrinthe , s'effectue par soudure dite "placage à chaud" ou procédé "par diffusion selon le type de métal utilisé, sans métal d'apport de sorte que les pertes par convexion sont presque inexistantes. En ce qui concerne l'apprêt: parle corps noir absorbant sur la tôle soumise au rayonnement solaire, il convient de noter que cette tôle subira comme il est usuel un traitement de dégraisage et de décapage chimique, puis recevra une peinture noire mate constituée soit par un enduit acrylique, ou une peinture polyuréhane dans laquelle on remplace une partie du noir de carbone par de l'oxyde de fer ou tout autre oxyde métallique afin d'améliorer au mieux la transmissson calorifique de la pellicule de peintutre. En ce qui concerne maintenant le berceau dans lequelrepose le corps d'échange métallique de l'échangeur et indiqué par la référence 5 sur les figures 2 et 3, l'invention prévoit de lui donner une forme paralléiipédique évidée ' présentant un évidement en forme de corniche en L à a partie supérieure sur lesquctre faces latérales. Ce berceau est réalisé selon l'invention en mousse dite intégrale d'épaisseur de peau de quelques millrmetres, suffisante pour assurer la rigidité et la résistance de l'ensemble. A titre d'exemple, on peut utiliser une matière du type résine/polyuréthane ouépoxyde., à pores fermés de densité comprise entre 0,3 et 0,6. Cette mousse joue également le rôle d'isolant thermique. Elle est traitée extérieurement par un vernis de bonne qualité du type polyuréthane, et ce berceau apporte ainsi les résistancesmécanique et thermique maxima pour le minimum de poids. Sous la tôle inférieure, du corps d'échange métallique 1 est crée un matelas de mousse isolante à basse densité (0,01 à 0,04) désigné par la référence 6 par exemple polyuréthane, résine époxyde, phénol formol, ou mélamine formol. De préférence cette mousse est réalisée in situ dans le berceau,parinjection dans ce dernier par un ou plusieurs trous dans le fond ,des constituants nécessaires pour réaliser cette mousse qui viendra combler le vide et entourer les tubulures d'entrée et de sortie 2 et 3. L'ensemble berceau et mousse isolante est conçu de manière à limiter les déperditions à quelques pourcents pour une température extérieure pouvant descendre jusqu'à -50C. Enfin, le vitrage désigné par la référence générale 7 est réalisé selon l'invention en verre martelé incolore d'une épaisseur minimum de 6 mm et porté par un joint d'étanchéité 8 reposant sur tout le tour de la corniche en L précitée. Au lieu de verre simple, on pourra utiliser du verre martelé triplex qui conduit à la récupération maximale du flux diffu . Au surplus, le verre triplex protège le collecteur contre les chocs susceptibles de provoquer la rupture du vitrage en mettant ainsi l'installation en panne. Dans tous les cas, le vitrage aura selon l'invention une face de verre dite sélective orientée vers le corps noir, cela permet l'optimisation de effet de serre par la diminution des pertes par rayonnement. Le vitrage double selon l'invention sera réalisé selon une technique entièrement nouvelle la plaque de verre supérieure 7a, réalisée en verre martelé, et la plaque inférieure d'épaisseur aussi réduite que possible, par exemple de 3 mm, seront distantes de 10 à 12 mm. Une baguette de verre 9 servir d t entretoise sur tout le pourtour de manière à former une chambre interne étanche, l'ensemble étant collé parune colle par exemple du type résorcine-formol ou résorcineépoxyde. Dans une des baguettes9, est ménagé un trou par lequel est logé une soupape pour permettre le sous tirage de l'air emprisonné et son remplacement par de l'air desséche ouun gaz neutre. Au besoin on pourra placer entre les plaques de petits rondins de verre pour consolider l'ensemble. Le volume d'air emprisonné entre les parois 7a et 7b accroit la qualité d'effet de serre et diminue les pertes par onvexion. Le remplacement par de l'air desséché ou en gaz neutre s opprime la création de la buee entre les deux plaques 7a et 7b et rend optimale l'insolation de la face noire(2mines filmantes par Dans le cas d'un volume d'échange 1 en acier doux, exemple il sera utile de traiter l'eau en circulation de manière à protéger l'acier contre la rouille ou la corrosion. les modalites de mise en oeuvre de ce dispositifs seront bien entendu semblables à celles des installations déjà connues ,mais il résulte de ce qui précède que le rendement du dispositif sera bien supérieur à celui des dispositifs déjà connus, pour les raisons exposées ci-dessus. REVENDICATIONS 1 - Installation de captation et récupération de l'énergie thermique d'origine solaire du type se composant d'un berceau en matériau isolant, dans lequel est logée une capacité dans laquelle circule un fluide susceptible de capter et transférer l'énergie thermique provenant du rayonnement solaire reçu par le berceau, installation caractérisée en ce que ladite capacité est constituée par un volume métallique à circulation en fine lame dudit fluide. 2 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les plaques délimitant ladite capacité métallique présentent entre elles des bossages définissant par leur contact avec les faces internes de chaque plaque des trajets de circulation du fluide. 3 - Installation selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le volume métallique est réalisé en un métal possédant à la fois une bonne conductibilité et une bonne aptitude à la soudure, choisi entre le cuivre, l'acier et leurs alliages, contenant éventuellement du nickel. 4 - Installation selon les revendications là 3, caractérisée en ce que la face du volume métallique exposée au rayonnement solaire est rendue noire mate au moyen d'un revêtement choisi entre une peinture acrylique ou polyuréthane et une poudre de noir de carbone, d'oxyde de fer ou de métal à la bonne conductibilité. 5 - Installation selon liune quelconque des revendications -l à 4, caractérisée en ce que les canalisations d'amenée et d'évacuation du fluide au volume métallique sont assemblées par soudure de manière à éliminer toute déperdition par convexion. 6 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le berceau se compose d'une cuvette constituée d'une mousse de résine synthétique à pores fermés ayant une densité comprise entre 0,3 et 0,6, et jouant à la fois le rôle de support de la capacité métallique et de masse calorifuge. 7 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la capacité métallique est logée dans le fond du breceau en reposant sur une couche intermédiaire de mousse de résine- synthétique ayant une densité comprise entre 0,01 et 0,04 jouant le rôle d'isolant thermique. 8- Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite couche intermédiaire est formée in situ par injection de ladite résine entre la capacité et le fond du berceau. 9 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le berceau est fermé sur sa face orientée vers le rayonnement par un vitrage transparent non teinté en verre martelé côté rayonnement eu verre triplex martel:créant à l'intérieur du berceau un "effet de serre". 10.Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit vitrage est composé d'au moins une plaque transparente, en verre dit "sélectifs face traitée côté capacité revêtue ducorps noir. ll.Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit vitrage est formé de deux plaques transparentes assemblées de manière à former un volume étanche. 12.Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que les deux plaques de verre sont maintenues par des entretoises collées et le volume étanche comporte des orifices d'introduction et d'évacaation de gaz, neutre ou d'air desséché.