Brevet FR2319860A1 — publié le 19770225

L'invention concerne des anneaux ayant or fonction de le rayonnement solaire incident. Ces panneaux co. ienwent normalement un fluide qui est chauffé par le rayonnement, et le fluide chauffé est uti- lisé directement ou transmis à un échangeur de chaleur dans lequel la cha- leur est trarsferée du fluide à un accumulateur de chaleur par exemple. Un tel anneau est connu généralement sous la désignation de panneau a absorption de rayonnement solaire. Dans un type de panneau à absorption de rayonnement solaire actuellement connu, le rayonnement entrant dans le panneau est recu sur un côté d'une feuille de cuivre optiquement noircie, à l'autre côté de laquelle est attachée ure série de tubes de circulation espaces. Ces tubes contiennent le fluide à chauffer, le chauffage étant effectué par conduction de chaleur de la feuille ae cuivre aux tubes et au fluide. Un tel anneau est difficile à produire en grandes séries et il est peu avantageux du fait que, la chaleur Étant transmise au fluide le long de la feuille et à travers les parois des tubes, la feuille et les tubes doivent être en un matériau ayant une bonne conductibilité thermique, matériau généralement coûteux. L'invention se se propose de fournir un panneau à absorption de rayonne- ment solaire dans lequel la quantité de rayonnement absorbe par les surfaces d'absorption du panneau est accrue et le coût de production abaissé par rapport aux panneaux connus de taille comparable. Suivant l'invention, un panneau à absorption de rayonnement solaire comprend un élément d'absorption de rayonnement solaire définissant un canal ouvert, dont au moins une partie de l'extérieur est en contact ther- mique avec le fluide qui s'écoule, en fonctionnement, drrs un ou plusieurs passages d'écoulement fermés du panneau, un matériau thermiquement isolant étant disposé derrière le ou chaque passage d'écoulement, et un ma- tériau transparent recouvrant l'ouverture du canal défini par l'élément dtabsorption, tandis que la ou chaque surface intérieure du canal ouvert est optiquement noire pour absorber le rayonnement solaire qui la frappe en fonctionnement et dispose de manière qu'une grande proportion du rayonnement solaire entrant dans le canal par son ouverture se réfléchis- se deux fois dans le canal, afin d'obtenir l'absorption -ainale, avant de sortir par l'ouverture. On va décrire un exemple de ralisation de l'invention en se référant au dessin joint, dans lequel la fig. 1 est une coupe transversale partielle d'un panneau à absorption de rayonnement solaire construit selon l'invention; la fig. 2 montre la construction géométrique d'un élément forant une par tie du panneau; et la fig. 3 montre schématiquement comment deux rayons incidents diffé rerent inclinés sur la surface intérieure d'un canal défini par le anneau sont réfléchis@ Le panneau à absorption de rayonneront solaire représenté sur la fig. 1 présente en plan une forme rectangulaire avec une longueur typique de deux mètres et une largeur typique d'un mètre.Ce panneau a une couche support 10 en matériau isolant, par exemple en fibres de verre ou en polystyrène expansé, et une surface supérieure formée par une fine feuille e ver--e 1 parallèle à la couche support 10. D'autres feuilles do verre parallèles peuvent être prévues avec un espace d'air entre chaque paire de feuilles. Tout autre matériau transparent convenable peut également tre utilisé au lieu du verre. gur une surface de la couche support 10 est disposée une fine feuille déaluminium 12 et, entre cette feuille et la feuille de verre 11, est disposé un élément 13 préformé absorbant le rayonnement solaire. L'élément 13 est foncé par une feuille aluminium d'une épaisseur typiquement ir- férieure à 1.-m, formée sous pression, par explosion, sous vide, ou pres see en une forme générale ondulée. a'. out autre matériau convenable peut être utilisé au lieu de l'aluminium. Le profil exact de l'élément 13 va maintenant être décrit on se référant à la fig. 2. Cet élément est formé de manière à définir une série de canaux ouverts 14 se présentant en coupe transversale sous l'aspect d'arches inversées. la construction géométrique de claque arche est la suivante. Un premier arc est tracé avec un rayon de longueur arbitraire "d" autour d'un point A (certre de courbure) situé sur une ligne de référence A'B'. Un second arc est tracé avec le même rayon autour d'un point 3 situé sur la même ligne de référence, ais distant de li de la longueur "d" du rayon. Ces deux arcs se coupent au point C.Comme on peut le voir sur la fig. 2, les portions extrêmes rospectives 15 et 16 de ces arcs éloignées du point C sont perpendiculaires à la ligne de référence. Chacun des canaux 14, qui a une section transversale correspondant à l'arche montrée sur la fig. 2, comporte une paire de c8tés 17, 18 qui se rencontrent suivant une arête 19. Théoriquement, l'arete ' est celle d'un couteau, -ais, en raison des difficultés de fabrication, au lieu de cela c'est une surface qui eut être formée à la jonction des deux côtés. divers endrcits le long de la surface -e jonction de chaque canal, la feuille d'aluminium 12 lui est soudée par points ou fixée autrement. Entre les côtés des canaux adjacents sont formés respectivement des nassages d'écoulement fermés par la feuille d'aluminium 12. Les passages d'écou lement 20 contiennent de l'eau de circulation qui doit être chauffé. par le rayennement solaire comme on l'expliquera. Un autre liquide convenable peut être utilisé à la place de l'eau. Les surfaces intérieures 17, 18 de chaque canal @4 sont revêtues d'un matériau convenable pour les rendre optiquement noires. Des matériau: convenables sont par exemple de l'oxyde de cuivre, un sulfure de nickelzinc et un oxysulfure de mickel-zinc. @n combinant la grande absorptivité d'un revêtement noir avec la faible émissivité @'une base métallique à fini brillant, dans ce cas l'aluminium, on obtient une surface ayant une bonne absorption solaire et une faible émissivité. Cela est évidemment souhaitable pour recueillir le rayonnement solaire tombant sur les surfaces intérieures 17, 18 des canaux 14 de l'élément 13 d'absorption du rayonnement solaire. La feuille de verre 11 repose sur des arôtes 21 formées aux jonctions des côtés 17, 18 de deux canaux adjacents. Les canaux 14 peuvent être mis sous vide à la fois pour tenir la feuille de verre 1, fermement en place et pour réduire les pertes de chaleur par convection dans l'air des canaux 14. La feuille de verre forme l'avant du panneau, traversé par le rayonnement incident. La forme particulière du canal recevant le rayonnement solaire qui a été représentée sur la fig. 2 est l'optimum géométnque pour assurer tue tout le rayonnement tombant sur une des surfaces 17, 18-est réfléchi sur l'autre surface avant de sortir du canal. 1 la première réflexion, une grande p@eportion, par exemple 60%, du rayonnement incident est absorbée par la surface optiquement noire. Le profil du canal recevant le rayonnement assure que le rayon réfléchi est dirigé sur une autre surface optiquement noire du canal, où se produit une autre absorption.Ainsi, une grande proportion du rayonnement incident est absorbée en raison de la double réflexion qui se produit. le profil du panneau représenté sur la fis. 2 est tel que tous les rayons incidents provenant dtune source située au-dessus de la ligne A'B' et passant entre les points A et B sont doublement réfléchis. La fig. g. 3 montre cette double réflexion pour un rayon 22. Toutefois, pour faciliter la fabrication, la forme du canal représenté sur la fig. 2 est @égèrement modifiée par la suppression des portions extrêmes 15, 16, de sorte que les arêtes 21 se trouvent dans un plan figuré par la ligne 24 qui est à une distance l (voir fig. 3) au-dessous de la ligne de référence A'B' utilisée dans la construction de la forme d'arche exacte représentée sur la fig. @. La forme @odifiée, que l'on voit dans les fig. 1 et @, @rée @@e fenêtre de profendeur l. Tout rayon @@@ ent par cette fenêtre, tel que le rayon 23 ne subit qu'une réflexion. Sependant, la royortion de rayons entrent dans le canal qui sont réfléchis une seule fois est faible. @uifait que, dans la construction modifiée du panneau, les arêtes 21 ne sont pas des lignes, ce qui constituerait la condition optimale, mais des surfaces de tranche, il est possible de prévoir des dépressions espacées (non représentées) sur ces surfaces pour supporter la feuille de verre 1". La chaleur absorbée par les surfaces 17, 18 les traverse pour chauffer l'eau dans les passages d'écoulement 10. Les passages d'écoulement 20 sont reliés ensemble à leurs extrémités respectives de sorte qu'un écoulement continu parallèle du fluide est possible depuis un distributeur (non représenté) disposé sur un côté du panneau, dans tous les passages d'écoulement, puis dans un collecteur (non représenté) disposé sur l'autre côté du panneau.Il est toutefois également possible d'organiser l'é coulerent dans le panneau de manière qu'il puisse s'établir dans un sens à travers une série de passages adjacents et dans le sens opposé à travers une série voisine de passages adjacents. l'eau qui s'écoule dans les passages d'écoulement 20 peut contenir des produits anti-gel et anti-corrosion, et être envoyée dans un échangeur de chaleur où une partie de sa chaleur est extraite pour une utilisation postérieure, par exemple pour chauffer de l'eau domestique destinée à des lavages. Ces panneaux peuvent être adaptés à une construction ou en former une partie, en particulier le toit. En outre, ces panneaux peuvent être adaptés à une structure mobile, de manière à toujours faire face au soleil et ass@rer l'utilisation de tout le rayonrement solaire disponible. On comprendra que de no@breuses modifications peuvent être apportées à la configuration des panneaux 13 tout en assurant une double réflexion à une partie du rayonnement y entrant. Par exemple, les côtés 17, 18 pourraient être formés par une série de surfaces plates discontinues ou le canal pourrait avoir la forme d'un V. Tout@fois la construction lécrite à l'aide de la fig. 2 est la construction optimale pour obt@nir cette double réflexion, et la forme légèrement modifiée représentée sur la fig. @, @@t, @ l'usage, très satisfsisante. REVENDICATIONS 1 - Panneau à absorption de rayonnement solaire caractérisé en ce qu'il comprend un élément d'absorption de rayonnement solaire définissant un canal ouvert, dont au moins une partie de l'extérieur est en contact ternique avec un fluide qui stécoule, en fonctionnement, dans un ou plusieurs passages d'écoulement fermés disposés dans le panneau, un matériau ther- miquement isolant disposé derrière le ou caaque passage d'écoulement, et un matériau transparent recouvrant l'ouverture du canal défini a" '''lé- ment d'absorption, tandis que la ou chaque surface intérieure du canal ouvert est optiquement noire pour absorber le rayonnement solaire qui la frappe en fonctionnement et disposé de manière qu'une grande proportion du rayonnement solaire entrant dans le canal par son ouverture se réflé- chisse deux fois dans le canal, afin d'obtenir l'absorption maximale, avant de sortir par l'ouverture. 2 - Panneau à absorption de rayonnement solaire selon la rever-dicatior- , caractérisé en ce que l'élément d'absorption du rayonnement solaire dé finit uhe série de canaux ouverts, parallèles, s même secticn transver- sale en forme d'arche inversée. 3 - Panneau à absorption de rayonnement solaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque canal ouvert a une paire de cotés se rencon- trant dans une jonction dont l'extérieur est une surface et en ce qu'une feuille est attachée aux surfaces de ponction pour fermer les passages compris entre les extérieurs des côtés de canaux adjacents respectivement, ces passages constituant lesdits passages d'écoulement. 4 - Panneau à absorption de ayonne.-:ent solaire selon la revendication ,, caractérisé en ce que ledit matériau thermiquement isolant est fixé à ladite feuille. 5 - Panneau a absorption de rayonnement solaire selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite feuille est une feuille d'aluminium. 6 - Panneau t absorption de rayonnement solaire selon l'une des revendi- cations précédentès, caractérisé en ce que l'élément d'absorption de rayonnement solaire est une feuille d'aluminium. 7 - vanneau a' absorption de rayonnement solaire melon l'une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que l'élément d'absorption de rayonnement solaire est formé sous pression, par explosion cu sous vide. - - Panneau à adsorption de rayonnement solaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément d'absorption de rayonnement solaire est pressé pour définir la série de canaux cuverts. 9 - Panneau à absorption de rayonnement solaire selon l'une des revendi cations précédentes, caractérisé en ce que les côtés des canaux adjacerts se rejoignent respectivement suivant des surfaces de tranche et en ce que ledit matériau transparent est une feuille de verre qui repose sur ces surfaces de tranche pour fermer les canaux ouverts définis par l'élément d'absorption de rayonnement solaire. 10 - Panneau à absorption de rayonnement solaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que les canaux ouverts définis par l'élément d'abser- ption de rayonnerent solaire ont mis sous vide. I - Panneau w absorption de rayonnement solaire selon l'une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les surfaces intérieures de chacun des canaux ouverts définis par l'élément d'aborption de rayonnement solaire sont revêtues d'un oxyde de cuivre, d'un sulfure de @ickel-zinc ou d'un oxysulfure de nickel-zinc. 12 - Panneau à absorption de rayonnement solaire selon l'une des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que tous les passages d'écoulement sont reliés ensemble à leurs extrémités respectives pour définir des @coule- ments de fluide continus et parallèles depuis un distributeur disposé sur un côté du panneau, dans tous les passages d'écoulement, puis dans un collecteur. -13 - Panneau à absorption de rayonnement solaire selon la revendication caractérisé en ce que la section transversale des côtés du canal est définie par des arcs de même longueur et même rayon, dent les centres de cc r- bure sont sur une ligne droite et séparés de la longueur de ce rayon. 14 - Panneau à absorption de rayonnement solaire selon la revendication 13, caractérisé en ce que la portion extrême de chaque arc se termine à une distance prédéterminée de ladite ligne droite, de sorte que les jonctions des côtés de canaux edjacents sont des surfaces. 15 - Panneau à absorption de rayonnement solaire selon la revendication @, caractérisé en ce qu'il défait une série e canaux ouverts à section transversale en forme d'arche inversée et en ce que l'intérieur de chaque canal est optiquement noir.