Brevet FR2345672A1 — publié le 19771021

La présente invention concerne des capteurs destinés à la récupération de l'énergie solaire sous basse et moyenne température. On sait que ces capteurs sont généralement de forme plane et comportent une surface absorbante qui capte l'énergie thermique du rayonnement solaire et la transmet k un fluide caloporteur destiné h transporter cette énergie vers des appareils d'utilisation ou de stockage. La puissance du rayonnement solaire reçue à la surface de la terre étant relativement faible, de l'ordre de 500 h 1000 Watts par m2, il est nécessaire d'utiliser des capteurs de grande surface pour obtenir l'énergie suffisante pour assurer, par exemple, la plus grande partie du chaufiage des locaux d'habitation. Cette sur- face peut atteindre facilement 30 i 50 12 pour une maison indivi- douelle et des centaines ou des milliers de m pour un immeuble. Or, les capteurs réalisés jusqu'à présent sont généralement cons- titubés par des éléments métalliques creux analogues aux panneaux radiants de-chaufage central.Xes éléments ont une surface unitaire qui dépasse rarement 3 n2. Il est donc nécessaire d'en utiliser un très grand nombre pour récupérer l'énergie solaire nécessaire au chauffage.En raison de la difficulté et du cotit de fabrication de ces éléments métalliques et des difficultés de leur raccordement en un ensemble de chauffage, il est apparu souhaitable de pouvoir fabriquer économiquement, et si possible en continu, des éléments de trbs grandes lilensions, qui soient k la fois légers, robustes et à haute performance. L'invention a précisément pour but de résoudre ce problème et elle propose å cet effet de réaliser le capteur par l'association d'une paroi antérieure plane, exposée au rayonnement solaire et d'une paroi arrière présentant des ondulations ou des rainures gé- néralement parallèles, ces deux parois étant assemblées l'une avec l'autre, par exemple par collage, de façon à former des canaux dans lesquels circule un fluide caloporteur. Suivant l'invention, la paroi antérieure plane peut Stre en métal ou en satire plastique et la paroi arrière en matière plane tique thermo-durcissable renforcée de fibres de verre. La paroi antérieure plane peut Stre constituée par une feuille métallique de quelques dixièmes de millimètre d'épaisseur, telle qu'eus acier inoxydable, en alliage aluminium ou en cuivre. Blle est collée directement sur la paroi arrière en matière plastique å l'aide d'une colle appropriés, telle que des colles époxy ou des résines de polyester. 9wr sa face extérieure exposée au rayonnement solaire, la feuille métallique est noircie pour mieux absorber le rayonnement, ce noircissement étant notamment obtenu, comme il est connu pour les capteurs les plus performants, i l'aide d'une substance appe lée "noir sélectif" dont la propriété est à la fois d'absorber fortement le rayonnement correspondant à l'ensemble des longueurs d'ondes du spectre solaire et d'émettre très peu dans les grandes longueurs d'ondes correspondant au spectre d'émission naturel d'un corps porté à des températures de l'ordre de 20 k 200 C. Cette couche de noir sélectif est obtenue par traitement chimique du métal ou par galvanoplastie. La paroi antérieure plane peut également être constituée par l'association d'une feuille de matière plastique renforcée (analogue k celle constituant la face arrière du capteur) et d'une feuille métallique mince noircie qui possède éventuellement des propriétés sélectives et peut alors n'avoir que quelques centièmes de millimètre d'épaisseur, ou d'un film plastique mince noirci et pos séant éventuellement des propriétés sélectives. La paroi antérieure plane peut encore, suivant une autre forme de réalisation de l'invention, entre constituée d'une feuille de matière plastique transparente ou translucide, éventuellement renforcée de fibres minérales. Dans ce cas, c'est la paroi arrière ondulée qui eet rendue suffis-ment absorbante, par sa couleur, pour absorber le rayonnement solaire, k moins que le fluide oaloporteur puisse, grâce i l'épaisseur des canaux de circulation, absorber la totalité du rayonnement incident. L'invention vise également la fabrication des capteurs d'éner- gie solaire tels que décrits ci-dessus. On peut distinguer deux modes de fabrication essentiels s Selon le premier mode de fabrication, on utilise comme paroi arrière une plaque & stratifé, par exemple en polyester armé de fibre de verre, fabriquée en continu sur les machines usuelles pour la fabrication des plaques ondulées de polyester renforcé. Pour constituer la paroi antérieure plane, on part d'un ruban métallique, tel qu'en acier inoxydable, en cuivre ou en alliage d'aluminium, que l'on revêt par traitement chimique ou électro- chimique d'une couche de "noir sélectif". Ce traitement peut être réalisé en discontinu, notamment dans des baini-électrochimiques. Il peut aussi Store exécuté de façon industrielle en déroulant une bande métallique de grande longueur dans l'unité de traitement, afin d'obtenir la couche sélective sur une face, puis en rdenrou- lant la bande métallique, avec interposition entre les spires d'une feuille de papier protectrice. Le ruban ainsi préparé est ensuite déroulé et collé en continu sur la plaque ondulée de stratifié polyester, cette opération pouvant être effectuée en continu k la sortie d'une ligne de iabrication de la plaque ondulée polyester. L'assemblage obtenu, après durcissement de la colle, peut alors titre découpé à la longueur désirée pour obtenir un élément de capteur qui sera complété par la fixation,à chaque extrémité, d'embouts servant l'un k l'amenée du fluide caloporteur et l'autre k son évacuation. Bien entendu, dans ce premier mode de fabrication en continu, on peut remplacer la feuille métallique plane par une feuille de matière plastique transparente ou translucide, k condition que la plaque ondulée soit absorbante, ce qui est aisément obtenu k l'aide d'une charge foncée incorporée b la matière plastique. Suivant un deuxième mode de fabrication, la paroi arrière en matière plastique n'est pas fabriquée en continu, mais elle est obtenue par moulage par une méthode conventionnelle de fabrication des pièces ioulées en stratifié polyester, telle que la méthode dite "au contact" ou la méthode dite "de projection simultanée", ou encore le pressage. On saint que dans la méthode au contact, auprès avoir déposé dans le fond du moule une couche d'agent de démoulage et éventuel- lovent une couche de "gel-coat", on dépose des couches de mat de fibre de verre qui sont ensuite imprégnées de résine thermo-durcis- sable, tandis que dans la méthode de projection simultanée, on projette en même temps dans le moule la résine d'imprégnation et les iibres de renforcement. La méthode de fabrication de la paroi arriéra par moulage offre l'avantage que l'on peut prévoir dans le ioule les rainures ou ondulations qui constitueront les canaux d'arrivée et d'évacua- tion du fluide caloporteur. Quel que soit le mode de fabrication (en continu ou par moula- ge), il est avantageux de prévoir le repliage des deux rives de la paroi ondulée obtenue en continu, ou des quatre côtés de la pièce obtenue par moulage afin de constituer, soit un support pour un vitrage transparent devant protéger le capteur, soit une protection latérale de la couche d'isolant thermique que l'on place derrière la paroi arrière pour diminuer les pertes calorifiques. Plusieurs exemples de réalisation seront k présent décrits k titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente schématiquement une vue en élévation d'un capteur selon l'invention La figure 2 représente une vue en coupe transversale k plus grande échelle, suivant la ligne II- II de la figure 1 La figure 3 est une coupe longitudinale suivant la ligne III - III de la figure 1 ; La figure 4 représente, en élévation, un autre type de capteur;; La figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V - V de la figure 4 ss Les figures 6 et 7 représentent schématiquement, en coupe transversale, des capteurs b bords repliés. Avec référence aux figures 1 k 3, le capteur d'énergie solaire est formé essentiellement d'une paroi antérieure plane 10 et d'une paroi arrière ondulée12,assembles entre elles de manière à définir des canaux 14 parallèles dans lesquels circule un fluide calopor- tour 16, tel que l'eau. La paroi antérieure 10 est constituée par une feuille de létal Mince de quelques dixièmes de millimètre d'épaisseur, tel qu'en acier inoxydable, en cuivre ou en allias d'aluminium. Comme il a été déjk précisé, cette veuille est traitée de façon k présenter sur sa face exposée au rayonnement solaire, une couche noire sdlec- ive appropriée 18,capable d'absorber fortement le rayonnement de l'ensemble des longueurs d'ondes du spectre solaire. La paroi arrière ondulée 12 est constituée par une feuille en matière plastique thermo-durcissable renforcée par des fibres de verre. Bulle peut être fabriquée en continu sur une machine classique k plaque ondulée. La paroi 12 peut Stre revêtue d'une résine de protection classique dite "gel coati, au moins sur la surface qui est en contact avec le fluide caloporteur 16. La paroi avant et la paroi arribre sont collées ensemble k l'aide d'une colle appropriée. Selon une variante de réalisation, la paroi aatérieure peut être constituée par l'association d'une feuille peu épaisse.de Ma- tière plastique similaire à celle de la face arribre et d'une ieuil- le de métal mince punie sur sa face extérieure de la couche 841ec- tive absorbante. Il est encore possible de réaliser la paroi antérieure 10 b l'aide d'une feuille peu épaisse de matière plastique transparente ou translucide, laissant passer le rayonnement solaire. La paroi arrière 12 devra alors Stre absorbante, par exemple en étant de couleur foncée. On pourra également prévoir des canaux assez profonds pour que le fluide caloporteur 16 puisse absorber le rayon nement solaire. Cosse le montrent les figures 1 k 3, la distribution du fluide caloporteur 16 se fait en adaptant aux extrémités du capteur deux embouts 20 et 22 munis d'orifices appropriés 24 et 26, l'un pour l'arrivée et l'autre pour la sortie du fluide. Dans le mode de réalisation des figures 4 k 6, la paroi ar rière 12 est réalisée par moulage d'une matière plastique. On peut utiliser, comme on l'a dé d expliqué, soit le procédé au contact, soit le procédé de projection simultanée. D'autre part, il est possible de faire venir de moulage, dans la feuille de matière plastique de la paroi arrière, des formes spéciales 20' et 22' qui, après collage de la paroi antérieure 10, jouent le rôle des embouts de la réalisation précédente. La forme du moule peut Stre prévue pour que l'on obtienne des rebords 28 recourbés vers l'avant et servant de support k un vitrage 30 de protection de la paroi antérieure 10. Comme le montre la figure 7, les rebords 28' de la paroi arriè- re peuvent également être relevés vers l'arrière. Ils définissent ainsi, avec la paroi arrière 12, un caisson pouvant être rempli d'une garniture calorifuge 32 et fermé par ne plaque 34. Dans le iode de réalisation de la figure 7, l'insolateur est équipé à la fois d'un vitrage 30 de protection de la paroi anté- rieurs et d'un caisson isolant de la paroi arrière. Le vitrage 30 est fixé sur des éléments rapportés 36, par exemple, des pro filés en U,- fixés k la périphérie de la paroi antérieure.Le rebord de la paroi arrière peut aussi être replié d'abord vers l'avant comme sur la figure 6, puis vers l'arrière de façon k constituer k la fois un support pour le vitrage de protection et le caisson recevant la garniture calorifuge 32e On peut donner aux capteurs suivant l'invention des dimensions telles que sa capacité représente au moins une centaine de litres par mètre carré de surface, de façon k constituer dans le capteur lui-maie une réserve de liquide chaud qui peut Stre utilisée en dehors des heures d'insolation. Xs particulier, l'énergie ainsi stockée peut être transférée k des tubes baignant dans le fluide contenu dans les canaux du capteur, ces tubes servant par exemple b réchauffeur l'eau potable sous pression qu'il contiennent pour les usages domestiques. Un liquide quelconque, par exemple de l'eau chargée d'anti-gel, peut alors Entre contenue dans les canaux du capteur,qui, par ailleurs, n'a pas besoin de résister k une forte pression. La couverture de l'insolateur peut être un simple vitrage, une feuille de plastique, un vitrage isolant,des vitrages spéciaux, ou encore l'association d'un vitrage et d'une structure anti-rayonnante, avec ou sans dispositif d'ocoulation mobile, tels que rideaux ou surfaces réfléchissantes éclipsables, spécialement étudiées pour limiter, si besoin, le rayonnement incident ou pour réduire les pertes nocturnes. REVENDICATIONS 1.- Capteur pour la récupération d'énergie solaire, caractéri- né en ce qu'il est constitué par l'association d'une paroi anté- rieure plaie, exposée au rayonnement solaire et d'une paroi arrière présentant des ondulations ou des rainures, généralement parallèles, ces deux parois étant assemblées l'une avec l'autre, par exes- pie par collage, de façon à former des canaux dans lesquels circule tm fluide caloporteur. 2.- Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi antérieure plane est constituée par une feuille métalli- que ou en matière plastique de quelques dixièmes de millimètre d'épaisseur et noirci. sélectivement sur une face extérieure. 3.- Capter selon l'une des revendications 1 et 2, caractéri- né en ce que la face extérieure de la paroi antérieure plane est recouverue d'une couche de noir sélectif obtenue par traitement chimique u létal ou par galvanoplastie. 4.- Capteur sella l'une des revendications 1 et 2, caract4- risé es ce que la paroi antérieure plane est constituée par use feuille de matière plastique recouverte sur sa face extérieurs d'une linos feuille métallique noircie. 5.- Capteur selon l'une des revendications 1 et 2, caraotéri- né en ce que la paroi antérieure plane est transparents ou translucide et en ce que la paroi arrière ondulée est réalisée en une matière plastique colorée d'une teinte foncée, de préférence noire, de manière à entre absorbante pour le rayonnement solaire. 6.- Capteur selon l'une des revendications 1, 2 et 5, caractérisé en ce que la paroi antérieure plane est transparente ou translucide et en ce que les canaux sont suffissent larges pour que l'énergie du rayonnement solaire soit absorbée par le fluide caloporteur. 7.- Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rebords de la paroi arrière sont repliés soit vers l'avant pour constituer un support pour une plaque de verre protectrice de la paroi avant, soit vers l'arrière pour constituer un support pour ne garniture calorifuge. 8.- Capteur selon l'une des revendications 1 à 6. caractérisé en ce que les rebords de la paroi arrière sont repliés d'abord vers l'avant, puis vers l'arrière, de façon k constituer k la fois un support pour le vitrage de protection et le caisson recevant la garniture calorifuge. 9.- Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des tubes baignent dans le fluide contenu dans les canaux du capteur, ces tubes pouvant alors servir k réchauffer par exemple, l'eau sous pression du circuit d'alimentation en eau potable. 10.- Procédé de fabrication en continu de capteurs selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qutil consiste k coller, sur une feuillue de matière plastique ondulée fournie en continu k la sortie d'une ligne de fabrication de plaque ondulée, une bande de métal prétraitée que l'on déroule en continu k partir d'un rouleau de grande longueur, k découper l'ensemble des deux feuilles ainsi collées en éléments de capteur de longueurs désirées et b adapter sur lesdits éléments des embouts d'arrivée et de sortie du fluide caloporteur. 11.- Procédé de fabrication au coup par coup de capteurs selon l'une des revendication. i k 9, caractérisé en ce que la paroi arrière est réalisée par moulage, et en ce que l'on prévoit dans le moule des rainures destinées k constituer le canal d'arrivée et le canal de sortie du fluide oaloporteur.