Brevet FR2298774A1 — publié le 19760820

La présente invention concerne un capteur d'énergie solaire à effet de serre, eomportant une enceinte fermée, ayant au moins une face vitrée. On connaît déjà des capteurs solaires de ce type, dont 11 enceinte vitrée renferme un corps absorbant; la chaleur absorbée par ce corps peut être évacuée hors de l'enceinte du capteur par un fluide caloporteur, dont le circuit à travers ladite enceinte est aménagé de manière à être en échange thermique permanent avec le corps absorbant. La chaleur absorbée par ce dernier peut aussi être utilisée directement à l'intérieur de l'enceinte, notamment par conversion en courant électrique. Ces capteurs solaires connus, à effet de serre, offrent les importants inconvénients suivants : leur enceinte n'étant pas étanche, il se produit, entre l'intérieur de ladite enceinte et l'atmosphère, de fréquents échanges d'air, dus à l'important échauffement de l'air contenu dans l'enceinte en période de captation d'énergie solaire. L'air atmosphérique qui pénètre ainsi à 11 intérieur de l'enceinte y apporte très souvent de l'humidité, qui vient se condenser sur les faces intérieures des vitres, et en modifie àinsi les propriétés de transmission optique Ce dernier phénomène est renforcé par le rapide salissement des vitres, du au ruissellement sur celles-ci de l'eau condensée.Par ailleurs, cette eau condensée s'accumule dans la partie inférieure de l'enceinte fermée, ce qui, d'une part, nuit à l'isolation thermique du corps absorbant et éventuellement du circuit échangeur thermique, et, d'autre part, entralne un vieillissement rapide des nombreux éléments oxydables du capteur, qui, en présence d'air et d'humidité, et soumis à des cycles thermiques fréquemment répétés, sont l'objet d'une corrosion intense. Le capteur d'énergie solaire selon la présente invention est du type indiqué initialement, et il ne présente aucun des inconvénients, précédemment mentionnés, des capteurs du meme type, qui ont été réalisés Jusqu'S présent. Le capteur d'énergie solaire à effet de serre selon la présente invention est caractérisé en ce que son enceinte fermée est étanche et remplie avec un gaz. sec sous une pression voisine de la pression atmosphérique, et que ladite enceinte renferme au moins un corps creux, également étanche, dont le volume intérieur, librement variable, communique librement avec l'atmosphère. L'enceinte fermée du capteur solaire selon la présente invention étant étanche, l'air atmosphérique, souvent chargé d'humidité, de même que l'eau de pluie ou de ruissellement, ne peuvent pas y pénétrer, meme par l'intermédiaire du corps creux placé dans ladite enceinte, puisque ce dernier est également étanche. ta fonction de ce corps creux est évidemment de maintenir à l'intérieur de l'enceinte fermée; étanche, du capteur solaire selon la présente invention, une pression toujours très voisine de la pression atmosphérique.En effet, en période de captation d'énergie solaire, l'échauffement du gaz sec qui remplit l'enceinte fermée, étanche, produit un accroissement temporaire de la pression règnant à l'intérieur de ladite enceinte fermée, ce qui a pour effet de réduire le volume intérieur, librement variable, du corps creux qu'elle renferme , puisque ce dernier communique librement avec l'at- mosphère. Lorsqu'une période de captation de l'énergie solaire a pris fin, la température et la pression du gaz sec remplissant l'enceinte fermée diminuent, si bien que le corps creux reprend rapidement son volume initial, ce qui a pour effet de rétablir sensiblement l'équilibre de pression entre l'intérieur de l'enceinte fermée,étanche, d'une part, et l'atmosphère, d'autre part. On pourrait penser, à tort, que les effets nuisibles dus à la rentrée d'air humide dans enceinte fermée d'un capteur d'énergie solaire du type considérés pourraient etre supprimés simplement en rendant étanche ladite enceinte fermée. En effet, dans une atmosphère ambiante à 200C, l'effet de serre peut porter le gaz qui remplit l'enceinte fermée, étanche, à une température atteignant jusqu'à 1200C. Dans ce cas, la pression du gaz remplissant enceinte peut dépasser la pression atmosphérique d'environ 0,3 kg/cm2, ce qui veut dire que chaque mètre carré de vitrage est alors soumis à une force totale, dïrigée vers l'extérieur de l'enceinte, valant environ 3 tonnes-force.Dans ces conditions, on conçoit qu'il faudrait donner au vitrage une épaisseur très importante, de l'ordre de 1 cm, donc un poids très important, pour éviter sa rupture, ce qui réduirait fortement ses proprités de transmission optique, et, par ailleurs, il faudrait faire supporter ce vitrage par des châssis présentant la très forte résistance mécanique nécessaire, c'est-à-dire des châssis très lourds, très encombrants et très coûteux.Enfin, la préservation de l'étanchéité d'une enceinte fermée où règnerait une surpression aussi élevée poserait des problèmes, sinon insurmontables , au moins extrêmement complexes et coûteux à résoudre. I1 ne servirait à rien de prévoir une dépression appropriée à l'intérieur de l'enceinte fermée, étanche, en dehors des périodes de captation d'énergie solaire, ladite surpression étant au moins partiellement compensée pendant les périodes de captation dans ce dernier cas, en effet, les vitrages seraient soumis à des forces d'implosion, d'un ordre de grandeur voisin de celui indiqué précédemment, ce. qui poserait pratiquement les mêmes problèmes. Dans une forme de réalisation préférée du capteur d'énergie solaire selon la présente invention,le corps creux est une baudruche en matière souple et étanche, par exemple en caoutchouc. A titre de variante, le corps creux peut être constitué-par un soufflet étanche, de réalisation quelconque; il peut aussi être constitué par un cylindre à piston libre, les extrémités de ce cylindre communiquant librement, l'une avec l'atmosphère, et l'autre avec l'intérieur de l'enceinte étanche. Dans la forme de réalisation préférée du eapteur d'énergie solaire selon la présente invention, le gaz sec remplissant l'enceinte étanche est un gaz neutre, tel que de l'azote. Grâce à cette disposition, on réduit encore les risques d'oxydation et de corrosion des différents éléments intérieurs de l'enceinte fermée. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé, une forme de réalisation du capteur d'énergie solaire selon la présente invention. La figure unique du dessin annexé représente cette forme de réalisation, en coupe par un plan vertical. Le capteur d'énergie solaire selon la présente invention qui est illustré au dessin annexé, est constitué essentiellement par une enceinte fermée 1, de forme parallélépipédique, dont les parois inférieure et latérales sont constituées par exemple en un matériau isolant, ou éventuellement en tôle métallique, revêtue d'un matériau isolant, tandis que sa face supérieure est fermée par un vitrage plat de quelques millimètres d'épaisseur, 2, qui est serré contre les bords supérieurs des parois latérales de l'enceinte 1, par des moyens connus, avec interposition de jointsd'étanchéité, 3.Les faces inférieure et latérales de l'enceinte 1 sont elles-mêmes réalisées et assemblées de manière à être parfaitement étanches aux liquides et aux gaz Dans la forme de réalisation considérée du capteur. d'énergie solaire, une seconde vitre plate, 4, est supportée à quelques centimètres en-dessous de la première vitre plate 2 9 l'emploi de cette seconde vitre plate est cependant faculta- tif,et sans aucun rapport avec la présente invention. A quelques centimètres en-dessous de la seconde vitre plate 4 est supportée une plaque épaisse, 5, d'un matériau isolant, résistant aux températures au moins égales à 1000C, par exemple en poly-isocyanurate. Cette plaque de matériau isolant 5 est disposée et aménagée de telle façon qu'il subsiste une libre communication entre les volumes 6a et 6b situés, à l'intérieur de-ltenceinte 1, respectivement au-dessus et en-dessous de ladite plaque de matériau isolant 5. Au dessin, on a matériallsé cette libre communication par un large conduit 7 traversant de part en part la plaque 5, suivant son épaisseur. Plusieurs conduits de ce genre pourraient être prévus. I1 est également possible de donner à la plaque de matériau isolant 5 une largeur, dans la direction perpendiculaire au plan de la figure, inférieure à la largeur de l'enceinte 1 dans la même -direction. Sur la plaque de matériau isolant, 5, repose un échan geur thermique 8, constitué essentiellement par exemple par un serpentin,que traverse un courant continu d'un fluide caloporteur, qui pénètre dans et sort de l'enceinte 1 par des tubulures 9a et 9b, respectivement, lesquelles traversent de façon étanche les parois latérales de l'enceinte 1. La face supérieure de lrechangeur thermique, qui se trouve à quelques centimètres en-dessous de la seconde vitre plate 4, est de préférence recouverte par un corps absorbant la chaleur, de préférence une couche de noir de carbone, 10. Dans l'espace inférieur 6b de enceinte fermée 1 est disposée, dans la forme de réalisation considérée, une baudruche 11, en une matière souple et étanche, par exemple en caoutchouc, en une-matière synthétique tel que du Mylar (marque déposée),ou encore en cellophane. L'embout lla de cette baudruche 11 traverse l'une des parois latérales de l'enceinte fermée 1, par l'intermédiaire d'un joint d'étan cheité 12, de manière à établir une libre communication entre l'atmosphère et le volume intérieur, librement variable, de ladite baudruche 11. L'enceinte fermée et étanche, 1, qui vient d'être décrite, est remplie avec un gaz sec, et de préférence un gaz neutre tel que de l'azote, sous une pression qui, lorsque l'en- ceinte est à la température ambiante, par exemple de 200C, est voisine de la pression atmosphérique du lieu où le capteur d'énergie solaire est implanté. En période de captation d'énergie solaire, le gaz sec qui remplit les volumes intérieurs 6a et 6b, communiquant l'un, avec l'autre, de l'enceinte fermée et étanche peut être porté par exemple à 1200C, sa pression dépassant alors temporairement la pression atmosphérique d'environ 0 > 3 2 cm .Cependant, en raison de cette surpression interne, il se produit immédiatement une réduction du volume de la bau- druche 11, qui chasse vers l'extérieur, par sa tubulure ouverte lla, une partie de l'air atmosphérique qu'elle renfermait jusque là, de manière à établir l'équilibre des pressions à l'intérieur et à l'extérieur de ladite enceinte 1. Bien entendu, le volume intérieur maximum de la baudruche 11, c'est à-dire, dans l'exemple considérés le volume qu'elle présente lorsque le gaz sec contenu dans l'enceinte fermée 1 est en équilibre thermique avec l'air atmosphérique, par exemple à 200G, doit être suffisant pour permettre à ladite baudruche 11 une réduction de volume, évidemment au plus égaie à son volume maximum, qui soit suffisante pour permettre le rétablissement de l'équilibre des pressions.A la fin d'une période de captation de l'énergie solaire, au fur et à mesure que la température du gaz sec contenu dans l'enceinte fermée 1 diminue et tend vers la température ambiante, la pression dudit gaz sec diminuant elle-même progressivement, de l'air atmosphérique pénètre à nouveau dans la baudruche ll par sa tubulure ouverte lla, de maniere a la gonfler à-nouveau, et à lui faire reprendre son volume-maximum- initial, lorsque l'équilibre des températures, et par conséquent des pressions, est- rétabli. Sans sortir du cadre de l'invention, on peut remplacer la baudruche 11 par un soufflet, dont le volume intérieur communique librement avec l'atmospherei et peut varier entre une valeur maximale et une valeur minimale, choisies en fonction des différents paramètres du capteur d'énergie solaire, comme on l'a indique précédemment dans le cas de la baudruche. Cette dernière peut être aussi remplacée par un cylindre dont les extrémités communiquent librement, l'une avec l'atmos phère et l'autre avec l'intérieur de l'enceinte étanche, un piston, librement mobile dans ledit cylindre, délimitant, de façon étanche, dans la partie dudit cylindre qui est situéedu côté de l'atmosphère, une chambre dont le volume intérieur peut -varier entre une valeur minimale et une valeur maximale, choisies de la façon indiquée. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation précédemment décrites; elle s'étend à toutes leurs variantes, dans lesquelles certains des moyens mis en oeuvre sont remplacés par des moyens fonctionnellement équivalents. Les moyens placés dans l'enceinte fermée, étanche, pour recueillir l'énergie calorifique d'origine solaire peuvent en particulier être quelconques; il peut s'agir par exemple de cellules dites "solaires" qui transforment directement la chaleur en courant électrique. REVENDICATIONS 1. Capteur d'énergie solaire à effet de serre, comportant une enceinte fermée, ayant au moins une face vitrée, caractérisé en ce que l'enceinte fermée est étanche et rem- plie avec un gaz sec sous une pression voisine de la pression atmosphérique, et que ladite enceinte renferme au moins un corps creux, également étanche, dont le volume intérieur, librement variable, communique librement avec l'atmosphère. 2. Capteur d'énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps creux est une baudruche en matière souple et étanche, un soufflet, ou bien un cylindre à piston libre, dont les extrémités communiquent librement, l'une avec l'atmosphère, et l'autre avec l'intérieur de l'en- ceinte étanche. 3. Capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le gaz sec, remplissant l'enceinte étanche, est un gaz neutre, tel que de l'azote.