Brevet FR2316554A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne un équipement capteur de chaleur solaire comportant au moins un corps récepteur en contact avec un liquide caloporteur. L'invention a pour but de concevoir un tel équipement capteur de chaleur solaire qui présente vis à vis de lténergie solaire incidente un rendement notablement supérieur à celui donné par les équipements connus de 1'art antérieur, à corps réceptsurs plans. A cette fin un équipement du type initialement défini se caractérise suivant l'invention en ce que le corps récepteur présente une surface courbe, disposée à une certaine distance en dessous d'une paroi d'isolation en matériau transparent à la lumière. De préférence, au moins la partie du corps récepteur éclairée par les rayons polaires est de forme convexe, par exemple en forme de calotte sphérique, et est avantageusement pourvue dtun revêtement en couche noire de surface rugueuse. La courbure de la surface du corps récepteur fait que, de jour, quelle que soit la position du soleil dans le ciel, une certaine zone du corps récepteur est frappée directement et normalement par les rayons du soleil. Au contraire les corps récepteurs plans et montés immobiles de l'art connu ne sont frappés normalement ou au moins presque normalement par les rayons solaires que pendant des périodes de temps relativement courtes; dans les heures de la matinée et de la soirée l'argile d'indice est si grand que la majeure partie de lténergie solaire tombant sur le corps récepteur est réfléchie.Une forme courbe appropriée, par exemple de révolution,du corps récepteur de l'équipement suivant 1' invention assure des conditions d'incidence uniformes pour toutes orientations du soleil; si le corps récepteur est conçu en flotteur il a en plus la possi bilité de tourner librement. La paroi d'isolation qui peut d'ailleurs etre en plusieurs épaisseurs et comporter entre au moins deux de celle-ci un espace intermdiaire sous vide, fait que la dissipation indésirable de la chaleur à partir du corps récepteur vers 1'environnement est fortement réduite; d'un autre cOté le revatement en couche noire de surface rugueuse du corps récepteur assure à celui-ci un pouvoir optimal d'absorption de la chaleur. La quantité d'énergie rayonnante solaire tombant à la surface de la terre peut atteindre normalement 1,9 calories par minute et par centimètre carré.La rugosité de la surface du corps récepteur a pour effet d'augmenter la surface absorbante de celui-ci et permet d'augmenter notablement la quantité dténergie absorbable qui vient d'ère indiquée et qui se rapporte à une surface plane; Le corps récepteur peut autre conçu en flotteur plongeant en partie dans le liquide caloporteur.Mais dans une forme préférée de réalisation la faxe extérieure du corps récepteur, éclairée par les rayons solaires, est constituée par des tubes conduisant le liquide caloporteur, tubes qui peuvent titre réunis entre eux en différents groupes, eux-mêmes susceptibles d'trie mis en cofl1I1ni- cation en tout ou partie - suivant la puissance solaire recueillie avec un circuit de circulation de liquide caloporteur. Au moyen de tels tubes on peut former un corps récepteur de grandes dimensions. Mais les tubes peuvent aussi s'appuyer sur un corps accumulateur de chaleur, lui-même en contact avec un fluide caloporteur, liquide ou gazeux. Un équipement capteur de chaleur solaire suivant l'invention peut donc être réalisé sous des formes variées, exploitant au mieux l'énergie solaire incidente, non seulement à des fins de pur chauffage, mais aussi de climatisation (ou conditionnement) en vue de rafratchir des locaux ou des équipements. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation et à l'examen des dessins annexés correspondants dans lesquels : - les figs. 1 à, 5 sont des vues schématiques de divers corps récepteurs élémentaires conçus en flotteurs; - les figs. 6 et 7 sont des vues d'équipements suivant l'invention où les corps récepteurs élémentaires montés sur un toit d'immeuble sont conçus en tube. Tel qu'il est représenté à la fig. 1 sous une première forme de réalisation un équipage flottant capteur de chaleur solaire, qu'on peut aussi appeler thermo-cellule, comporte une sphère creuse 10 en matériau bon conducteur thermique, qui flotte sur un liquide à échauffer 12 et est pourvue d'un revttement en couche noire 11 de surface rugueuse, au moins sur sa partie émergeant au-dessus du niveau 13 du liquide., La couche noire 11 est en un matériau de bonne conductibilité thermique, par exemple en émail,et elle est rapportée de façon à être en bon contact thermique avec la sphère 10. La sphère 10 est de préférence en métal mais elle peut aussi être en céramique.La partie de la sphère qui émerge au-dessus du niveau 13 du liquide est abritée par une cloche d'isolation 14 en matériau transparent, n'ayant pas de contact avec le revêtement noir de la sphère, sur lequel tombent les rayons solaires (indiqués par des flèches) après traversée de la cloche. L'intérieur de la sphère 10 est en partie rempli dtun liquide conducteur 15 qui opère une transmission de la chaleur captée par la partie supérieure de la sphère à la partie inférieure de celle-ci en vue d'uni- formiser sa température. L'intérieur de la sphère peut aussi être rempli d'un gaz bon conducteur thermique. La sphère 10 et la cloche d'isolation posée sur elle flottent dans le liquide à échauffer 12 de façon absolument libre. Pour stabiliser cet équipage, au point bas de la sphère 10* est fixée une tige 16, de préférence remplaçable, et dont l'extrémité est porteuse d'un lest 17 stabilisant la profondeur d'enfoncement de la sphère dans le liquide. On peut par cette profondeur d'enfoncement modifier le rapport instantané entre les quantités de chaleur reçue et cédée par la sphère. Dans l'équipage 2 de la fig. 2, la sphère creuse 10' servant de récepteur thermique, est disposée flottante sur un liquide bon conducteur 15' à l'intérieur d'un habitacle 18 lui-même flottant. Ici le contact thermique entre la sphère 10' également pourvue d'un revatement en couche noire 11' et le liquide à échauffer 12 se fait par l'intermédiaire du liquide bon conducteur 15t et de la portion de paroi de l'habitacle 18 qui est immergée dans le liquide 12, la partie conique 18a de cet habitacle, qui émerge du liquide 12, étant en matériau transparent. L'habitacle flottant 18 est pourvu d'une tige 16' munie dtun lest stabilisateur 17'. Dans les équipages 3, 4, 5 des figures 3, 4, 5 respectivement, le récepteur thermique est constitué par un flotteur 20 20r, 20t respectivement, en forme de cône creux dont la pointe plonge dans le liquide à échauffer 12. Ce flotteur conique creux est muni sur sa face intérieure d'un revêtement en couche noire 21, 21', 21" respectivement, qui est abrité de l'extérieur par une paroi transparente d'isolation 22, 22', 22W respectivement, de forme plane ou conique. L'intérieur du flotteur conique creux peut titre vidé, puis rempli d'un gaz de protection ou partiellement rempli d'un liquide bon conducteur 23; dans l'équipage 5 de la fig. 5, le liquide bon conducteur 23" intérieur au flotteur se loge dans une pointe creuse 24, remplaçant la tige lestée des autres formes de réalisation. Les équipages 1-5 peuvent aussi outre mis en oeuvre sous forme de thermocellules fixes et non de flotteurs. Il faut dans ce cas prévoir des moyens supplémentaires appropriés pour évacuer l'éner- gis thermique captés par les corps récepteurs. On a représenté schématiquement à la fig. 6 un immeuble muni d'un équipement capteur de chaleur solaire. Le toit de cet immeuble est constitué par une coupole 30 transparente et à plusieurs épaisseurs qui forme en même temps paroi d'isolation vis à vis d'un récepteur 31, en forme de calotte sphérique, disposé au-dessous de cette coupole. Le récepteur 31 est constitué par des tubes 32 éga lement pourvus de revatements en couches noires, conduisant un liquide caloporteur et pour bien faire réunis en différents groupe; qiconstituent par leur ensemble la surface latérale du récepteur 31 en forme de calotte sphérique.Tous les tubes 32 sont raccordés à un collecteur commun 332 communiquant lui-mame par une conduite 34 avec une cuve 35 bien calorifugée et disposée dans la cave de l'immeuble. Une autre conduite 36 part de la cuve 35 passe par une pompe 37 et revient au récepteur 31.La circulation du liquide caloporteur est réalisée au moyen dune pompe 38, disposée à l'extrémité de la conduite 34, au-dessous dtune vanne de sectionne- ment 41 située non loin de la cuve 35; La pompe 37 sert, les jours sans soleil, a reprendre du liquide à la cuve 35 et à l'envoyer dans un circuit séparé à des finns de chauffage ou de réfrigération, dès que la différence de température entre le récepteur 31 et la cuve 35 descend au-dessous d'une limite inférieure. La chaleur accumulée à l'intérieur du récepteur en calotte sphérique 31 est aussi conçue par un échangeur supplémentaire de chaleur 39, qui est commuté de façon convenable sur un ou plusieurs circuits fermés faisant partie de l'équipement de chauffage et de climatisation de l'immeuble. Au sommet du récepteur en calotte sphérique 31 est posée une calotte plus petite 40, qui fait partie d'un branchement de chauf fage rapide (non représenté) de l'équipement; Les tubes 32 du récepteur 31, que l'on peut aussi poser après coup sur des bâ@ments déjà existants, peuvent aussi s'appuyer sur un accumulateur de chaleur, lui-mame en contact avec un fluide caloporteur, liquide ou gazeux. Dans la forme de réalisation de la fig. 7 on a disposé du coté nord du récepteur 31 un écran réfléchissant 41 qui s'étend en direction Est-Ouest sur une longueur au moins égale au diamètre du récepteur 31. L'écran 41 a sa face tournée vers le nord et le récepteur 315 elle est munie d'un revêtement assurant une bonne réflexion des rayons solaires et légèrement convexe pour bénéficier d'angles d'incidence favorables à différentes hauteurs du soleil. Dans l'exemple de réalisation représenté l'écran réfléchissant 41 est disposé à l'intérieur de la paroi transparente de toit 30'. Mais il pourrait aussi bien titre disposé à l'extérieur de la coupole transparente. Il pourrait aussi être à plusieurs pans ou être disposé déplaçable au long du pourtour du récepteur 31. Dans ce dernier cas l'écran réfléchissant 41 pourrait encore présenter une certaine courbure en direction périphérique du récepteur 31. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Equipement capteur d@ @@al@ur solaiuc co@portant au moins un corps récepteur en contact avec un liquide caloporteur, caractérisé ea ce que le corps récepteur (10,31) présente une surfacc courbe, disposée à une certaine distance au-dessous d'une paroi d'isolation (14, 18a, 22, 30) en matériau transparent à la lumière. 2 - Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins la partie du corps récepteur éclairée par les rayons solaires est de forme convexe, de préfc'-'rencc en forme de calotte sphérique. 3 - Equipement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la face extérieure d'au moins. la partie du récepteur éclairée par les rayons solai es est pourvue d'un revêtement (11,21) en couche noire de surface rugueuse. 4 - Eçuipement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps réccpteur (10,20) est conçu en flotteur et plonge au moins en partie dans un liquide caloporteur (12). 5 - Equipement selon la revendication 4, caractérise en ce que le corps récepteur (10,20) est conçu en flotteur creux fermé, dont l'intérieur renferme un liqui@e ou un gaz (17,23) permettant d'uniformiser la température du corps récepteur. 6 - E@uipement selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce ; le corps récepteur conçu en flotteur est pourvu d'une tige lestée de stabilisation (16) qui est immergee dans le liquide caloporteur. 7 - Equipement selon la revendication 6, caractérisé en ce que la ti@e lestée de stabilisation est conçue en volume creux rempli de liquide. 8 - équipement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la face extérieure du récepteur (31) éclairée par les rayon@ du soleil est constituée par des tubes (32) conduisant le liquide caloporteur. 9 - Equipement selon la revemdication 8, caractérisé en ce que les tubes (32) sont réunis entre eux en diffé@ents grou@es, eux-mêmes susceptibles d'être mis en communication en tout ou partie avec un cir@@it de circulation de liquide caloporteur. 10 - Equipement selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que lesdits tubes s'appuient sur un corps accumulateur de caleur, lui-même ex contact avec u@ fluide caloporteur, liquide ou gazeux. il - Equipement selon l'une des revelldications 8 à 10, caractérisé en ce que la paroi d'isolation abritant les corps récepteurs (31) en forme de tubes, est en forme de coupole transparente (30) et constitue tout ou partie de la toiture d'un immeuble. 12 - équipement selon la revendication 4, caractérisé en ce vue le corps récepteur 20) conçu en flotteur est en forme de cône creux dont la pointe plonge verticalement dans le liquide caloporteur t12) et dont la face intérieure constitue la surface éclairée par les rayons solaires. 13 - Equipement selon l'une des revendications là 12, caractérisé en ce que la paroi d'isolation (14,18a,22,30) est à plusieurs épaisseurs et en ce qu'au moins entre deux épaisseurs consécutives existe un espace intermédiaire sous vide. 14 - Equipement selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il est accouplé à une pompe dite de chaleur (37)0 15 - Equipement selon l'une des revendications l à 14, caractérisé en ce que, du côté dli corps récepteur (31) tourné à l'opposé du soleil, est disposé un écran réfléchissant (41). 16 - Equipement selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'écran réfléchissant (41) s'étend en direction est-ouest et a au moins la largeur et la hauteur du corps récepteur (31). 17 - Equipement selon l'une des revendications 15 et 16, caractérisé en ce que l'écran réfléchissant (41) est de surface courbe ou polyédrique. 18 - Equipement selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que l'écran réfléchissant (41) est monté déplaçable.