Brevet FR2345673A1 — publié le 19771021

L'invention a pour objet des capteurs solaires, pouvant entre intégrés dans des éléments de constructions tels que murs extérieurs, balcons ou toits, dont la structure, permettant le stockage de la chaleur captée, est réalisable en une seule étape, par des techniques de fabrication en série, telles que profilage et moulage. Les capteurs solaires conformes à l'invention sont constitués d'un châssis, revêtu d'une paroi transparente aux rayons solaires, a l'intérieur duquel sont modelées des cellules absorbantes dont la structure est telle que les rayons incidents sont quasi totalement absorbés, d'un dispositif de circulation d'un fluide caloporteur sous les surfaces absorbantes, ledit fluide étant collecté et transféré dans des chambres thermiquement isolées, aménagées pour le stockage de la chaleur. Une caractéristique interessante de l'invention tient au fait que les éléments : châssis, cellules des capteurs, enceintes de stockage, sont réalisés simultanément en une seule étape par des techniques de fabrication en série telles que profilage ou moulage. Ce mode de réalisation permet de réduire le cout et le temps de fabrication en supprimant de nombreuses étapes de montage, assemblage et ajustage. En outre, les éléments sont associables à volonté et peuvent s'adapter à toutes les dimensions requises et à toutes les surfaces d'ensoleillement nécessaires. Enfin, la conformation des cellules de capteurs, à absorption quasi totale, permet d'utiliser des matériaux absorbants de couleur, ouvrant une gamme d'effets esthétiques dont le noir n'est pas exclu. Le stockage de chaleur s'effectue soit par chaleur sensible au moyen d'un fluide stockeur, soit par changement d'état d'une substance telle que paraffine, sel, alliage, remplissant les chambres de stockage. La chaleur est transférée au stockage au moyen d'échangeurs tels que échangeur à ailettes, ou, dans le cas où le fluide stockeur et le fluide caloporteur sont les memes, l'eau par exemple, par accumulation de ce fluide dans les enceintes de stockage. Les capteurs solaires conformes à l'invention sont réalisables en tous matériaux pouvant être soumis aux techniques de profilage tels que les résines thermoplastiques, armées ou non, les métaux comme l'aluminium et aux tehniques de moulage, dans oe dernier cas le béton est utilisable. La description suivante et les dessins qui l'accompagnent explicitent l'invention. Les figures 1 et 4 représentent une section droite d'un élément de capteur à cellules de section cylindroconique. La figure ibis représente la vue en perspective de deux cellules selon la figure 1. La figure 2 représente des sections de cellules cylindroconiques à chambre de stockage intercellulaires. La figure 3 représente des sections de cellules cylindroconiques à cloison médiane et à chambres de stockage intercellulaires. La figure 5 représente en coupe un élément de capteur à plaque striée. La figure 6 représente en coupe un élément de capteur à cellules de section parabolique. La figure 7 représente un dispositif d'assemblage de deux éléments capteurs. Les figures 8 et 9 représentent des schémas de circulation et d'utilisation de fluides caloporteur et stockeur. La quasi totalité de l'absorption des rayons solaires peut être obtenue conformément à l'invention selon plusieurs modes de configuration des cellules. Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté figure 1, le capteur est équipé d'un ensemble schAssis,6, cellules à reflexions multiples, 2, enceinte destockage, 7, profilés ou moulés. La section droite des cellules, 2, est cylindroconique, l'angle du cône étant voisin et au plus égal à 900 et le rapport de la hauteur des cellules au diamètre étant tel que l'absorption des rayons incidents par réflexions multiples est quasi totale. Ces cellules s'alignent parallèlement à l'une des parois latérales du chassies comme le montre la figure 1 bis. Le fluide caloporteur, qui peut être de l'eau, de l'huile ou un autre fluide, circule dans les conduits, 5, où il s'échauffe. Un collecteur amont et un collecteur aval permettent de transférer le fluide caloporteur dans les tubes de transfert, 11, situé dans l'enceinte de stockage, 7, dAment isolée par un revêtement thermiquement isolant, 12. Les cellules sont évidemment recouvertes d'une paroi transparente, 10, portée par un support, 9, thermiquement isolée des cellules par des joints 15. Les éléments de capteurs sont as sociables et assemblables entre eux par tout moyen approprié connu, et notamment par une structure en queue d'aronde du châssis, représentée en, 8, sur la figure 7. Les cellules peuvent aussi comporter une paroi médiane, 13, comme on l'a représenté figure 3. Selon un mode de réalisation représenté figures 2 et 3, les conduites de fluide caloporteur, 5, peuvent être aménagées à l'intérieur des cloisons des cellules, 2, le fluide caloporteur étant transféré dans des chambres intercellulaires, 7, constituant les enceintes de stockage. Un deuxième mode de réalisation de l'invention, illustré figure 5, consiste à substituer aux cellules précédentes une plaque striée absorbante, 14, dont l'angle des stries est voisin de 900 et la hauteur des stries estde l'ordre du millimètre. Sous la plaque, 14, passe un réseau de conduites, 5 , dans lequel circule le fluide caloporteur qui transfert les calories dans l'enceinte de stockage, 7, à travers les tubes de transfert,ll. Enfin, dans un troisième mode de réalisation représenté figure 6, le capteur est constitué d'un châssis, 6, comportant une ou plusieurs cellules, 2, disposées côte à côte selon leur génératrice dans le sens de la longueur du châssis. Les cellules ont une section droite parabolique, 3, dont la surface intérieure colorée absorbe une partie des rayons solaires et réfléchit la partie non absorbée sur la surface extérieure absorbante d'un élément cylindrique, 4, moulé ou profilé avec le châssis. Ces éléments cylindriques, 4, s'étendent longitudinalement selon la ligne des foyers des cellules paraboliques. A l'intérieur des éléments cylindriques absorbeurs, 4, passe une conduite, 5 bis, dans laquelle circule le fluide caloporteur. Ce fluide est préchauffé en passant dans les conduits, 5, où il emmagasine l'énergie absorbée par la surface parabolique colorée-. I1 est collecté, comme précédemment, et transfert les calories à l'enceinte de stockage, 7. Dans les figures 1, 5 et 6, le fluide caloporteur transmet son énergie thermique à un fluide stockeur par un système de transfert, 11, échangeur de chaleur. Selon les figures 2, 3 et 4, le fluide capteur est en même temps fluide stockeur et peut ou s'accumuler dans l'enceinte de stockage, 7, ou transferer son énergie thermique à une substance stockeuse par changement d'état, située dans l'enceinte de stockage, 7. Un exemple d'utilisation de ces fluides est donné schématiquement dans les figures 8 et 9, dans lequel U désigne le circuit d'utilisation. A, désigne le fluide capteur, B, désigne le fluide stockeur. On voit, figure 8, le fluide capteur, A, transmettre au fluide stockeur, B, son énergie thermique par échange de chaleur et pouvant éventuellement, en été, servir directement aux besoins en eau sanitaire. Selon le schéma de la figure 9, le fluide capteur est en même temps le fluide stockeur qui peut, soit remplir les enceintes de stockage, soit traverser ces enceintes en y transmettant les calories transférées à une substance qui la stocke par changement d'état. REVENDICATIONS 1 - Capteurs solaires caractérisés en ce qu'ils sont constitués - d'un châssis dont la face exposée au soleil est revêtue d'une paroi transparente, - de cellules absorbant quasi totalement les rayons incidents, - d'un dispositif de circulation d'un fluide caloporteur disposé à l'intérieur ou sous les surfaces absorbantes, - d'enceintes prévues pour le stockage éventuel de la chaleur captée, où circule le fluide caloporteur, et en ce que le châssis, les cellules et les enceintes de stockage sont réalisés par des techniques de fabrication en série telles que profilage et moulage en éléments assemblables. 2 - Capteurs solaires selon revendication 1, caractérisés en ce que les cellules absorbantes ont une section droite cylindro conique, l'angle du cône étant voisin ou au plus égal à 90- et le rapport hauteur/diamètre du cylindre étant tel que les rayons solaires incidents sont quasi totalement absorbés par réflexions multiples. 3 - Capteurs solaires selon revendications 1 et 2,caractérisés en ce que la structure cylindroconique des cellules est divisée par une paroi médiane. 4 - Capteurs solaires selon revendication 1, caractérisés en ce que les cellules absorbantes ont une structure de section droite parabolique absorbant une partie des rayons solaires incidents et réfléchissantla partie non absorbée sur un élément tubulaire absorbant. 5 - Capteurs solaires selon revendication 1, caractérisés en ce que la surface absorbante est'constituée d'une plaque striée, dont les stries ont un angle voisin de 900, et une profondeur de l'ordre du millimètre. 6 - Capteurs solaires selon revendications 1 à 5 caracterises en ce que le stockage est effectué dans une enceinte unique, située sous les cellules par transfert du fluide caloporteur. 7 - Capteurs solaires selon revendications 1, 2 et 3, caractérisés en ce que le stockage est effectué dans des enceintes inter cellulaires. 8 - Capteurs solaires selon revendications 1, z et 3 caractérisés en ce que la circulation-du fluide caloporteur se fait dans les cloisons intercellulaires. 9 - Capteurs solaires selon revendication 1, caractérisés en ce que le transfert des calories dans les enceintes de stockage est effectué par circulation d'un fluide caloporteur. 10 - Capteurs solaires selon revendication 1, caractérisés en ce que le stockage de chaleur est effectué par échange de chaleur entre le fluide caloporteur et des substances capables de changer d'état. 11 - Capteurs solaires selon revendication 1, caractérisés en ce que les surfaces absorbantes peuvent être de couleur vive. 12 - Capteurs solaires selon revendications 1 à 5, caractérisés en ce qu'ils sont constitués d'un matériau profilable choisi dans le groupe des résines thermoplastiques armées ou non et des métaux ou alliagesprofilables tels que l'aluminium et ses alliages. 13 - Capteurs solaires selon revendication 1 caractérisés en ce qu'ils sont constitués d'un matériau moulable tel que les résines synthétiques et le béton. 14 - Capteurs solaires selon revendication 1, caractérisés en ce qu'ils sont assemblables par un dispositif tel que la queue d'aronde afin de les adapter aux éléments de construction et aux surfaces d'ensoleillement nécessaires.