Brevet FR2303250A1 — publié le 19761001

La présente invention, gui résulte des recherches de Monsieur Bernard OQUIDAN, a pour objet un capteur d'énergie solaire à stockage in situ. I1 est connu d'appliquer l'énergie du rayonnement solaire au chauffage de locaux et à la production d'eau chaude sanitaire en utilisant un accumulateur de chaleur généralement constitué par les murs exposés au rayonnement solaire. On recouvre d'un vernis de couleur noire la face du mur tournée vers l'extérieur et l'on dispose, entre la face noire ainsi obtenue et l'air extérieur, un vitrage. Le mur est ainsi fortement chauffé par le rayonnement solaire, grace å l'effet de serre produit.On fait circuler l'air des locaux à chauffer entre le vitrage et le mur cet air est ainsi chauffé à une température qui peut être assez élevée, par exemple supérieure à 500C. Lorsque cet air est suf fisanaent chaud on peut intercaler sur son trajet un échangeur de chaleur permettant de chauffer de l'eau. On obtient ainsi gratui taxent le chauffage de locaux et l'eau chaude pour usage hygiénique et éventuellement de cuisine. Ce dispositif présente cependant des inconvénients multiples. La nuit, en l'absence de rayonnement solaire, le mur chaud rayonne vers l'extérieur et il est nécessaire d'intercaler un écran, de préférence réfléchissant,entre ce mur et l'extérieur. Il est nécessaire de prévoir la possibilité de nettoyer la surface intérieure du vitrage. In effet, l'air venu des locaux à chauffér lèche cette surface intérieure et la salit , il est donc nécessaire de prévoir un chassis vitré ouvrant afin d'en permettre le nettoyage. L'inertie thermique du dispositif est importante. De plus, le potentiel thermique du mur par rapport à celui du reste de la construction est élevé, de sorte que les pertes par défaut d'isolement du mur accumulateur sont appréciables. I1 conviendrait donc d'isoler ce derniepSu reste du gros oeuvre, ce qui pose des problèmes fort complexes. Enfin, l'aspect noir des surfaces de captage trop visibles dans la construction est peu esthétique et difficilement accepté. L'objet de l'invention est un capteur in situ qui obvie à ces divers inconvénients. Le capteur selon l'invention comprend un bloc de stockage et un vitrage séparés par un espace libre. Un élément échangeur est placé dans cet espace libre le bloc de stockage comprenant deux éléments poreux et perméables indépendants,dont le premier est relié à l'espace libre et constitue, avec cet espace, un circuit primaire parcouru par un premier fluide caloporteur, et dont le deuxième est relié à au moins un organe d'utilisation et constitue, avec ce dernier, un circuit secondaire parcouru par un deuxième fluide caloporteur indépendant du premier. L'invention ainsi définie est expliquée à l'aide d'exemples illustrés par les figures jointes. Les figures 1 à 3 représentent un premier exemple de capteur , les figures 1 et 2 sont des coupes par un plan vertical perpendiculaire au vitrage, passant respectivement par un conduit vertical du premier circuit et par un conduit vertical du deuxième circuit ; la figure 3 donne le détail de la partie comprise entre le vitrage et le bloc de stockage. La figure 4 donne un exemple plus élaboré de réalisation du capteur. Sur ces figures, les mêmes éléments sont représentés par les mimes repères. Le capteur d'énergie solaire comprend un bloc de stockage (1) et un vitrage (2) simple ou multiple, séparés par un espace libre (3). Dans ce dernier est placé un élément échangeur (4). Le bloc de stockage est percé de deux séries de conduits sensiblement verticaux. Ceux (5) de la première série sont reliés à l'espace libre (3) et constituent avec. cet espace un circuit primaire parcouru par un premier fluide caloporteur, tandis que ceux (6) de la deuxième série sont parcourus par un deuxième fluide caloporteur indépendant du premier et constituent le circuit se condaire, ce fluide étant conduit par une tubulure supérieure (7) vers un organe d'utilisation et revenant aux tubes (6) par une tubulure inférieure (8) de retour.L'organe d'utilisation, qui n'est pas représenté, peut autre par exemple un échangeur de chaleur, des radiateurs, des locaux à chauffer par soufflage direct d'air chaud, le fluide caloporteur étant alors de l'air ; dans les pays à ensoleillement élevé on peut d'abord faire passer cet air dans un échangeur de chaleur dont le circuit secondaire peut être parcouru par de l'eau, puis dans les locaux à chauffer : on obtient ainsi à ia fois le chauffage des locaux et de l'eau chaude pour usage hygiénique et cuisine. Le circuit primaire est parcouru par un fluide, le plus souvent de l'air, qui circule en circuit fermé entre l'espace libre (3) où il est réchauffé par l'élément échangeur (4), lui-meme chauffé par le rayonnement solaire, et les conduits (5), où il réchauffe le matériau constituånt le bloc de stockage (1). I1 parcourt ainsi un circuit totalement fermé, donc à l'abri des salissures, Le fluide secondaire entre par le conduit inférieur (8), passe dans les conduits verticaux (6) où il récupère les calories stockées dans le matériau constituant le bloc (1), puis sort par le conduit supérieur (7). L'élément échangeur (4) peut titre constitué d1une plaque de métal munie d'ailettes multiples (non représenté ). Bulle est, de préférence, constituée par des lames inclinées multiples (9), dont la face (10) tournée vers le vitrage (2) est polie, c'est-à-dire possède une faible émissivité, d'ot une réduction des pertes par rayonnement lors des arrêts d'ensoleillement, et le renvoi du rayonnement reçu vers l'autre face (11), tournée vers le bloc de stockage, qui est mate et de préférence noire, c'est-à-dire possède une forte émissivit'. Ces dernières faces, peu visibles depuis l'extérieur, rayonnent fort peu dans ce sens. La structure supportant ces deux séries de surfaces est refroidie par le fluide caloporteur primaire, lequel circule par thermosiphonnage-et reprend imnédiatement les calories absorbées par l'élément échangeur 14). Cette structure présente une faible inertie thermique, ce qui limite encore les pertes lors des arrêts d'ensoleillement. De préférence on isole le bloc de stockage par une plaque de matériau isolant (12) présentant un faible pouvoir émissif en direction de l'espace (3). il est à remarquer que, comme la partie de l'élément échangeur visible de l'extérieur n'est pas la surface absorbante, elle ne présente plus l'aspect sombre reproché aux capteurs antérieurs ; cette partie peut être, par exemple, en aluminium poli. Le bloc de stockage peut être un bloc rapporté, appliqué par exemple devant un mur correctement exposé du batiment à équiper. I1 peut aussi etre constitué par une partie ou la totalité de ce mur lui-meme, qui est alors muni des conduits verticaux (5) et (6). De préférence ce bloc est préfabriqué et constitue un élément de remplissage à placer dans une ossature portante métallique, en béton ou autre. I1 peut etre isolé sur sa face intérieure par une plaque isolante (13) analogue à (12). Ce bloc est toujours orienté dans une direction d'arrivée des rayons solaires, c'est-à-dire de préférence vers les directions ouest - sud - est. On peut améliorer le dispositif en munissant les conduits (5) et (6) d'ailettes (14) et en prévoyant, dans l'entrée de chacun des conduits verticaux (5) du circuit primaire, un clapet de non-retour (15), automatique ou non, qui empeche que le termosiphon ne s'amorce la nuit en sens inverse. On peut adjoinre un système d'orientation automatique des lames multiples (9), comprenant par exemple un bilame, assurant à chaque moment une orientation automatique des lames, de façon à offrir aux rayons solaires la surface frontale maximale. Les lames (9) peuvent être munies d'ailettes ou de corrugations afin d'accrottre la surface d'échange. Ce capteur présente les avantages suivants : - les pertes nocturnes sont très faibles, sans qu'il soit besoin de prévoir, la nuit, un écran réflecteur entre le bloc de stockage et l'extérieur ; - aucun nettoyage interne des vitrages n'est nécessaire - il est facile d'isoler le bloc de stockage, méme lorsqu'il constitue une partie d'un mur , - l'aspect noir des surfaces de captage est évité. L'invention s'applique à la récupération de l'énergie solaire. REVEsDICTIONS 1)- Un capteur d'énergie solaire à stockage in situ, comprenant un bloc de stockage et un vitrage séparés par un espace libre, et caractérisé par un élément échangeur (4) placé dans cet espace libre (3), le bloc de stockage comprenant deux éléments poreux et perméables indépendants, dont le premier est relié à l'espace libre (3) et constitue, avec cet espace, un circuit primaire parcouru par un premier fluide caloporteur, et dont le deuxième est relié à au moins un organe d'utilisation et constitue, avec ce dernier, un circuit secondaire parcouru par un deuxième fluide caloporteur indépendant du premier. 2)- Un capteur d'énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et le deuxième élément du bloc de stockage sont constitués chacun par une série de conduits sensiblement verticaux, respectivement (5) et (6). 3)- Un capteur d'énergie solaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément échangeur (4) est constitué par des lames inclinées multiples (9). 4)- Un capteur d'énergie solaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque lame (9) de l'élément échangeur (4) présente une face (10) polie, tournée vers le vitrage (2), son autre face (11) étant mate. 5)- Un capteur d'énergie solaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que les canaux d'au moins l'une des séries (5),(6) sont munis d'ailettes (14). 6) Un capteur d'énergie solaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit primaire comprend un clapet de non-retour (15). 7)- Un capteur d'énergie solaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bloc de stockage (1) est constitué par au moins une partie d'un mur tourné vers une direction d'arrivée des rayons solaires. 8)- Un capteur d'énergie solaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bloc de stockage (1) est constitué par un bloc à forte capacité placé contre un mur orienté dans une direction d'arrivée des rayons solaires. 9)- Un capteur d'énergie solaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce quele bloc de stockage (1) est un bloc de forte capacité calorifique constituant un élément de remplissage d'une ossature de bâtiment et orienté dans une direction d'arrivée des rayons solaires.