Brevet FR2349804A1 — publié le 19771125

L'invention concerne un capteur d'énergie solaire cons titué par un ensemble de tubes parcourus par un fluide pouvant être chauffé, et plus spécialement une configuration rationnelle et avantageusement utilisable d'un tel capteur. Gn connaît déjà un grand nombre de capteurs solaires avant des configurations variées, dont une partie a d'ailleurs fait ses preuves dans la pratique pour assurer la transformation de l'énergie des radiations solaires en énergie thermique. On utilise souvent, - cet effet, des tubes parcourus par un fluide pouvant être chauffé, ledit'fluide lutant réchauffé rar les radiatons lectromagnéttques et envoyé ensuite directement à un appareil utilisateur ou à un -chargeur de chaleur. Les tubes, généralement constitués par une matière ré sistant à la corrosion, sont disposés, dans les agencements connus, directement côte-à-côte et sont encastrés dans un élément de base, de sorte que le carter ne forme jamais un élément au toporteurvalatonome. Ces cafteurs doivent, au contraire, être fixés isolément sur des toits ou sur des murs et ne peuvent supporter aucune charge ou, du moins, ne peuvent être chargés que de façon minime. Mais avant tout, leur rendement est faible, car l'énergie de radiation qu'ils reçoivent n'est exploitée que d'une façon insuffisante.Ainsi, malgré la mise en oeuvre de moyens constructifs importants, les installations de captage solaire actuellement connues ne permettent pas un emploi polyvalent, ni une mise en oeuvre rentable. Le but de l'Invention consiste donc à créer un capteur solaire composé de tubes parcourus par un fluide caloriporteur et ne présentant pas les inconvénients précités, mais ayant une configuration extrêmement simple, donc de fabrication économique et pouvant être adapté sans difficultés aux données constructives chaque fois rencontrées. Nais l'objectif à atteindre est principalement de faire du capteur un élément de construction autoporteur pouvant être mis en oeuvre de façon polyvalente presque sans probleme, tout en utilisant toujours le rayonnement calorifique incident avec un rendement élevé, sans au'il soit nécessaire de modifier la position du capteur en fonction de l'angle d'incidence variable des rayons, de telle sorte que l'emploi de l'appareil soit extrêmement rentable. Ce but est atteint, selon l'invention, par le fait que -ec tubes sont disposés à une certaine distance les uns des au tres et sont réunis rigidement entre eux par des parties intercalaires profilées ménagées directement par formage sur les tubes, ces derniers pouvant d'ailleurs, le cas échéant, être cons titués par des canaux prévus à l'intérieur de ces profilés, de telle sorte que le capteur ait la forme d'un élément ondulé autoporteur. Dans cet agencement, les parties intercalaires sont constituées avantageusement par un ou plusieurs seslnerts annulaires à base circulaire dont le rayon de courbure peut etre soit régulier et adapté à celui des tubes, soit irrégulier, les segments successifs d'une partie intercalaire devant être disposés de façon à faire alterner les rayons de courbure. Toutefois, les parties intercalaires peuvent aussi être des profilés de forme parabolique, les arcs de paraboles successifs étant alors décalés de 1800 l'un par rapport à l'autre. Pour augmenter la rIgidIté, il peut être opportun de réunir les segments annulaires entre eux par un tronçon plan, auquel ces segments viennent se raccorder avant d'atteindre l':no- rizontale. Les parois Intérieures des tubes peuvent en outre être profilées de manière à en augmenter la superficie, en leur donnant par exemple la forme de dentures intérieures. Le profil extérieur des tubes peut former un triangle curviligne, sur lequel les parties intercalaires sont ménagées par formage. Il est en outre rationnel de raccorder les tubes d'un ou de plusieurs capteurs, soit en parallèle, soit en série, à une conduite d'alimentation et une conduite de départ, par l'intermédiaire d'embouts pouvant être montés à l'extrémité desdits capteurs. A cet effet, les embouts doivent comporter un canal transversal, continu ou divisé en plusieurs parties, dans lequel débouchent tous les tubes ou bien deux tubes voisins seulement, ledit canal communiquant avec ia conduite de départ et celle d'alimentation par l'intermédiaire de raccords, tandis que la communication des embouts avec les capteurs peut être assurée au moyen de vis creuses vissées dans les tubes, etc. Pour relier les capteurs entre eux, il est avantageux de les prolonger latéralement par des parties profilées Harallè- les aux tubes, chacune desdites parties profilées étant d spcsée par rapport au profilé correspondant du capteur voisin de manière que l'un des profilés s'emboîte dans l'autre. L'une des capteurs de ces parties latérales profilées de chacun v s caj > eurs doit former une aile d'appui de préférence coudée, située au-dessous des tubes et fournissant une assise sure pour le capteur. u-esscus du capteur, on peut disposer aussi, pour stabiliser son assise, un ou plusieurs barreaux transversaux prenant appui ;e de préérence, sur les profilés latéraux, ou d'au- tres organes d'anpui, ainsi qu'une couche isolée, de préférence réflichissant. Il est également judicieux de munir les profilés laté- raux de chacun des capteurs d'une aile de support située au-dessus des tubes et pouvant porter une couverture, de-telles couvertures étant disposés à une certaine uistance au-dessus des tubes afin de créer une chambre contenant de l'air chaud, qui peut être raccordée a un circuit calorifique spécial. tour éviter, entre autres, les bruits dus au vent, il convient d'insérer entre les profilés latéraux de capteurs contgus une ou plusieurs bandes élastiques. Les tubes et (ou) leurs parties profilées intercalaires peuvent en outre être recouverts d'une peinture ou d'un revête nuent absorbant le rayonnement calorifique, afin de mieux utiliser les radiaticns reçues. On obtient un agencentent particulièrement avantageux en incorporant les tubes et leurs parties intercalaires à un- corps translucide, par exemple un écran pare-soleil. Un capteur solaire acencé selon l'invention n'a pas seulement l'avantage de présenter une extrême simplicité de fabricaion, celle-ci pouvant donc être très économique, mais encore elui de pouvoir utiliser une grande partie du rayonnement électromagnétique incident, permettant d'atteindre un rendement treks levé dans la transformation de l'énergie de radiation en énergie therrlque- De plus, un tel capteur peut être employé comme un organe autonome autoporteur. En effet, en reliant rigidement entre eux les tubes d'un capteur solaire parcourus par un fluide caloriporteur gracie à des profilés intercalaires formant une pièce monobloc avec lesdits tubes, ou dans lesquels ces tubes ou canaux sont ménagés, on obtient une résistance mécanique stative très élevée, tandis que le rayonnement électromagnétique rencontre toujours plusieurs fois les tubes et leurs profilés in tercalaires, ae telle sorte qu'une faible partie seulement de ce rayonnement se trouve réfléchie sans absorption. il en résulte un bon rendement, assure même en cas d'ensoleillement peu Intense. De plus, il n'est pas nécessaire d'adapter le capteur selon l'invention à la position momentanée du soleil. En effet, les rayons incidents sont toujours utilisés de façon optimale au moins par une partie des tubes et (ou) de leurs profilés intercalaires, de sorte que le fluide qui parcourt les tubes z > eut presque toujours être rexcnauffé~en un temps recuit et de façon régulier. Un autre avantage résulte dans le fait que, grâce e la présence des profilés intercalaires, la rigidité cu capteur, qui peut être monobloc ou constitué de plusieurs tronçons, augmente dans une telle mesure cue l'appareil peut être utilisé dIrecte- ment comme élément de construction. Sa for ondulée lui onne la stabilité nécessaire, ce qui dispense de prévoir des supports spéciaux. Le capteur peut, au contraire, être incorporé à une toiture ou à une paroi sans qu'il y ait lieu de cendre des dispositions constructives particulières. De plus, la configuration ondulée assure la compensation des dilatations latérales. Enfin, comme le capteur solaire selon l'invention est constitué par des profilés dont la fabrication est économique, l'appareil peut être adapté sans aucun problème et sans difficulté à la largeur comme à la longueur des constructions données. L'emploi d'embouts de raccordement aux conduites d'alimentation et de départ permet en outre de procéder à l'aju,tement directement sur le chantier. Il en résulte donc aussi un procédé de montage extrêmement simple et économique. Le capteur selon l'invention présente donc une grande superficie de réception des radiations électromagnétiques, lesquelles, de plus, sont presque toujours réfléchies à plusieurs reprises sur les tubes et les profilés intercalaires, ce qui assure un pourcentage d'exploitation extrêmement élevé de énergie incidente. Grâce à la configuration préconisée, une utilisation polyvalente est d'ailleurs possible pour transformer l'énergie de rayonnement en énergie thermique.On y parvient de façon avant geuse en mettant en oeuvre le capteur pour servir de toiture ou couverture autoporteuse de piscine, d'élément de paroi et rrême d'échangeur de chaleur, dans une piscine pr exemple. notant donné qu'il n'y - presque aucune disposition spéciale à prendre pour la mise en place du capteur selon l-'invention, les dépenses de fabrication et de montage étant d'ailleurs faibles, il devient ainsi possible d'utiliser dans une large mesure l'énergie solaire. D'autres détails ressortent des exemples de réalisation auxquels se rapporte la description qui va suivre, -faite en regard des dessins annexés, donnés o titre non limitatif et sur lesauels :- La Fig. w est une vue en coupe transversale d'un capteur d'énergie solaire formé de tubes et de profilés intercalaires. La Fig. 2 est une vue partielle, à plus grande échelle, d'une partie du capteur représenté à la Fig. 1. La Fig. 3 est une vue en coupe de l'embout reliant les canaux entre eux dans le capteur selon les Fig. 1 et 2. La Fig. 4 illustre une variante du capteur selon la Fig. 2. La Fig. 5 représente le capteur solaire selon la Fig. 1, incorporé à un écran pare-soleil. La Fig. 6 est une vue de dessus de l'écran pare-soleil selon la Fig. 5. Le capteur d'énergie solaire 1 illustré en Fig. 1, qui prend appui sur des semelles de support 2, sert à transformer l'énergie apportée par la radiation 3 en énergie thermique. Le capteur 1 se compose essentiellement, à cet effet, de tubes 11, 11, 14", disposés à une certaine distance les uns des autres, qui forment les canaux 12 de circulation du fluide caloriporteur, et de parties profiles intercalaires 13 faisant corps avec les tubes Il ou constituantelles-mêmes des tubes dans l'épaisseur aesquels les canaux 12 sont ménagés, lesdits tubes étant ainsi reliés rigidement entre eux.On obtient alors un élément autoporteur ondulé, facile à produire sous forme de profilé et adaptable sans difficulté aux conditions du terrain, en longueur comme en largeur. Les profilés intercalaires 13 sont constitués chaque fois -par des segments profil annulaire 14, 15, les rayons de courbure de deux segments voisins étant de sens opposés. Les segments successifs 14 et 15 sont raccordés entre eux par destron- çons 16 inclinés sur la verticale de 200 au maximum. Les centres M des tubes 12 ainsi- que les centres M1 et M2 des- segments 14 et 15 sont dans un même plan 17. Toutefois, il n'y a aucun inconvénient à décaler les centres de courbure M, M1 et M2 les uns par rapport aux autres. Cette configuration, outre qu'elle procure une stabilité élevée au capteur, permet de créer une superficie considérable pour l'utilisation du rayonnement électromagnétique. De plus, comme le montre la Fig. 2, les rayons sont toujours réfléchis à plusieurs reprises par les tubes il et les profilés intercalaires 13, de sorte qu'une faible fraction seulement du rayonnement 3 se trouve réfléchi sans utilisation et que cet agencement assure un échauffement rapide et intense du fluide qui circule dans les canaux 12. Pour diriger le fluide chauffé vers un appareil utilisateur, par exemple un échangeur de chaleur, et pour le ramener au capteur 1, ce dernier porte, comme le montre la Fig. 3, des embouts 21. Chacun des embouts 21 présente un canal transversal 22 qui peut être soit continu, soit subdivisé de façon à ne faire communiquer entre eux que deux canaux voisins. Ce dernier agencement permet de faire circuler le fluide en serpentiS à travers le capteur 1. Sur les embouts 21 sont vIssés des raccords 23 auxauels on reliera une conduite d'alimentation ou une conduite de départ. I1 est également possible de raccorder les conduites d'alimentation et de départ directement à des vis creuses 25. La fixation des embouts 21 sur le capteur 1 s'effectue au moyen de vis creuses 25 introduites dans des filetages 26 taillés à l'intérieur des canaux 12. Etant donné que ces vis creuses 25, qui traversent les embouts 21 dans des conditions d'étanchéité assurées par des joints 28, comportent des ouvertures latérales 27, le fluide qui parcourt les canaux 12 peut parvenir dans le canal transversal 22 en passant par le perçage des vis creuses 25. Pour relier plusieurs capteurs 1 entre eux, ces derniers forment sur leurs flancs des profilés rectilignes 31 et 32 parallèles aux canaux 12 et qui s'imbriquent l'un dans l'autre. Audessous des canaux 12, ces parties profilées 31 et 32 comportent des ailes d'appui 33 ou 36 destinées à donner une bonne assise au capteur 1. L'aile coudée 36 du profilé 32 ou, le cas échéant, une aile de support 35 formée par le profilé 31 servent en outre à soutenir un barreau transversal 34 pouvant fournir un support aux tubes Il et aux intercalaires 13 du capteur 1 au cas où ce dernier devrait subir des charges treks élevées.En outre, une couche d'isolation réflécaissante 37 est disposée au-dessous du capteur De plus, les rofilés 31 et 32 forment, au-dessus des canaux 12, des ailes de support 38 et 39 qui servent à soutenir un recouvrement 40. tant donné que ces recouvremients 40 se trouvent N une certaine distance des canaux 12, il se forme une cham bre remplie d'air 44 qui peut être reliée, par l'intermédiaire e raccords *2 et d'une qaine transversale 43 fixée aux embouts par des boulons 44, à un circuit de chauffage séparé, ce qui et d'utiliser aussi l'air chauffé par le rayonnement élec- tromagnétigue. Pour assurer la fIxatIon des recouvrements Z=0, des trous fIletés 46 sont taraudés cans les profilés 41 afin de pouvoir y introduire des vis 48. Comme les têtes de ces vis 48 sont en appui sur des cquvre-joints 47, ces derniers serrent energique- ment les éléments de recouvrement 40 contre les joints 45 logés dans des gorges ménagées dans les profilés 31 ou 32, ce qui a pour effet non seulement de rendre étanche la chambre 41, mais encore de bloquer les éléments ae recouvrement 40. Entre les profilés 31 et 32, on dispose enfin des bandes élastiques 49 pour empêcher d'éventuels claquements. Dans le capteur 50 illustre en Fig. 4, les intercalaires 53 reliant les tubes 31 ont des profils paraboliques, deux de ces éléments paraboliques 54, 55 successifs étant décalés de 1800 l'un par rapport à l'autre. Les tubes 51 dans lesquels les canaux 52 sont ménagés ont un profil extérieur en triangle curvi lIgne, qui permet de les adapter, meme optiauement, aux intercalaires 53 N profil parabolique. Four augmenter la superficie des canaux 52, leurs parois sont profilées, c'est-à-dire qu'elles ont la forme d'une aenture intérieure au tube. es Fig. 5 et 6 illustrent l'utilisation du capteur solaire, dépourvu de ses profilés latéraux, dans un écran paresoleil 61. Ce dernier peut tourner, en l'occurrence, sur un pivot 63 faisant corps avec un embout, permettant de l'orienter facilement en fonction de la position du soleil. Des raccords 64 amendent le fluide caloriporteur au capteur 1 ou l'évacuent. Le raccord 65 permet de prélever l'air chauffé dans l'écran 61. Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le dcmaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS -.- Capteur d'énergie solaire, composé de tubes parcourus par un fluide pouvant être chauffé, caractérisé en ce que les tubes (w1, 11', il"..), disposés à une certaine distance les uns à côté des autres, sont reliés rigidement entre eux par des parties Intercalaires profilées (13) ménagées directement par formage sur les tubes (11, (, 11") ou constituant elles-mêmes ces tubes grtce à des canaux (;2) ménagés à l'intérieur de ces Darties profilées, de telle sorte que le capteur (1) constitue un élément autoporteur de configuration ondulée. 2.- Capteur solaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les profilés intercalaires (13) se composent chacun d'un ou de plusieurs segments annulaires (14, 1S) dont les rayons de courbure (M1, M2) sont soit réguliers et identiques à celui des tubes (M), soit irréguliers. 3.- Capteur solaire suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les segments annulaires (14, 5) qui forment un profilé intercalaire (13) sont disposés de façon que leurs rayons de courbure varient entre eux. 4.- Capteur solaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les profilés intercalaires (53) ont des profils paraboliques, les parties successives (54, 55) étant décalées entre elles de 1800. 5.- Capteur solaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que deux segments successifs des profilés intercalaires (13, 53) sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un tronçon plan (16) auquel ces segments se raccordent avant d'atteindre le plan horizontal (17). 6.- Capteur solaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour augmenter les supeP- ficies d'échange, les parois internes. des canaux (52) ont un profil qui leur donne, par exemple, la configuration d'une denture intérieure (56). 7.- Capteur solaire suivant l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que la forme extérieure- des tubes (51) constitue un volume dont la base est un triangle curviligne auquel les profilés in-tercalaires correspondants (53) sont raccordés pa formage 8.- Capteur solaire suivant l'une quelconque des revencations 1 à 7, caractérisé en ce que les canaux (12) d'un ou de plusieurs capteurs (4) sont reliés, en série ou en parallèle, à une conduite d'arrivée et à une conduite de départ (24) par l'intermédiaire d'embouts (2t) pouvant être montés sur lesdits capteurs. 9.- Capteur solaire suivant la revendication 8, caractérisé en ce que chacun des embouts (21) comporte un canal transversal (22) continu ou subdivisé, dans lequel débouchent soit tous les tubes-(12), soit deux tubes voisins seulement, et qui communique avec un raccord (23) destiné à la conduite d'arrivée ou de départ (24). 10. Capteur solaire suivant la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les embouts (21) sont reliés rigidement au capteur (1) au moyen de vis creuses (25) devant être vissées dans les canaux (12) ou par un moyen analogue. 11.- Capteur solaire suivant l'une quelconque des revendications A à 10, caractérisé en ce que, pour assurer la liaison des capteurs (1) entre eux, chacun de leurs flancs est un élément profilé (31, 2) parallèle aux tubes ou canaux (12), les profilés en regard de deux capteurs voisins ayant des configurations telles qu'ils s'imbriquent l'un dans l'autre. 12. Capteur suivant la revendication 11, caractérisé en ce que l'un au moins (31) des profilés latéraux d'un collecteur (t) comporte une aile d'appui (33-), de préférence coudée, située au-dessous des canaux (12). 13.- Capteur solaire suivant la revendication 12, caractérisé en ce que, pour assurer la stabilité du capteur (1), on dispose, au-dessous de ce dernier, un ou plusieurs barreaux transversaux (34) prenant de préférence appui sur les profilés latéraux (31, 32) ou des organes analogues. 14.- Capteur solaire suivant la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'une couche d'isolation (37), de préférence réfléchissante, est disposée au-dessous du capteur (1). 15. Capteur solaire suivant la revendication 12, caractérisé en ce que chacun des profilés latéraux (3s, 32) des capteurs (5) est pourvu d'une aile de support (38, 39) disposée au-dessus des canaux (12) et destinée à soutenir une couverture ou un élément de recouvrement (40). 16.- Capteur solaire suivant la revendication 15, caractérisé en ce que la couverture (40) est disposée à une certaine distance des canaux (12) afin de créer une chambre (4i) contenant de l'air et pouvant etre raccordée à un circuit de chauffage séparé. 7.- Capteur solaire suivant l'une quelconque des revendications 'i à 16, caractérisé en ce aucune ou plusieurs bandes plastiques (49) sont interposées entre les profilés latéraux (31, 32) de deux capteurs (1) voisins. 18.- Canoteur solaire suivant l'une quelconque des revend cations 1 N -7, caractérisé en ce qre les tubes (11, 51) et (ou) les profilés IntercalaIres (13, 53) sont revêtus d'une peinture ou d'un revêtement absorbant le rayonnement calorifi- que. 19.- Capteur solaire suivant l'une quelconque des re vendications z à 18, caractérisé n ce que les tubes (11, 51) et leurs profilés intercalaires (13, 53) sont incorporés N un corps translucide, par exemple un écran pare-soleil (61).