Brevet FR2330974A1 — publié le 19770603

La présente invention est du domaine du captage de l'énergie solaire et elle vise un capteur pouvant constituer un élément de toiture. On connaft, depuis une époque assez récente, des capteurs de l'énergie solaire constitués essentiellement d'une plaqueréceptriceet d'un ou plusieurs conduits de circulation d'un fluide caloriphore ; dans de tels capteurs la plaque réceptrice est une tale, d'acier ou d'aluminium, généralement noircie sur sa face exposée au rayonnement solaire de façon à absorber les radiations, éventuellement revêtue sur cette même face d'une vitre dont on connaît l'opacité aux rayons infrarouges, ce qui permet de retenir la plus grande partie de ces dernières réémises par la face noircie ; la plaque est généralement soudée au conduit de circulation de façon à permettre un échange maximal de chaleur et un refroidissement consécutif de la plaque ; lorsque de tels capteurs sont disposés sur le toit des bâtiments, ils sont généralement supportés par une charpente suffisamment étayée pour soutenir leur masse pesante et peu rigide ou par une terrasse. Ainsi les capteurs, dans ltétat actuel de la technique, sont-ils des dispositifs relativement coflteux à fabriquer (pliage des tôles constituant les plaques réceptrices, traitement de surface, soudage soigneux du conduit) et de mise en oeuvre délicate (infrastructure appropriée et généralement complexe, raccordement des plaques entre elles en vue de l'étan- chéité, raccordement des conduits, etc...) L'idée directrice qui a guidé la démarche inventive du demandeur a reposé, d'une part, sur l'observation qu'il est possible de réduire la onfigu- ration générale d'un capteur d'énergie solaire à une configuration en profil et, d'autre part, sur l'observation que le cott des profilés extrudés ne dépend que faiblement de la complexité du profil. Un capteur de rayonnement solaire est caractérisé, selon l'invention et dans sa plus grande généralité, par une plaque, dite réceptrice, et au moins par un conduit de circulation formant parties intégrantes d'un meme profilé, d'où il résulte qu'il est possible d'obtenir le dit capteur directement par extrusion, donc selon un processus continu peu coûteux, et que l'échange de chaleur entre la plaque et le conduit est optimal. De préférence le matériau utilisé pour l'obtention d'un tel profilé est l'aluminium dont on sait qu'il autorise l'extrusion des profils assez complexes.Ainsi selon une première caractéristique secondaire le ou les conduits de circulation sont situés entre deux plaques, l'une étant la plaque réceptrice, l'autre étant une plaque dite de structure, les conduits pouvant servir d'entretoise aux plaques ; il résulte de cette disposition que le profilé forme une poutre creuse dtune grande rigidité transversale. Selon une deuxième caractéristique secondaire, le profilé comporte des pans latéraux qui constituent simultanément des éléments de rigidité longitudinale, des supports permettant au capteur de reposer sur des poutres et des moyens d'accouplement étanche d'un capteur à un capteur voisin. Selon une troisième caractéristique secondaire le conduit de circulation a une section circulaire, ce qui permet un raccordement étanche par manchonnage et bagues toriques d'étanchéité. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaftront à la description qui va vitre faite de formes particulières de réalisation, en relation avec les dessins des planches annexées dans lesquelle : La Fig. 1 est une perspective d'un capteur d'énergie solaire selon l'invention dans sa plus grande simplicité. La Fig. 2 est une vue écorchée d'un bord de toiture incorporant des profilés de l'invention. La Fig. 3 est une perspective coupée d'une toiture incorporant des profilés de l'invention de type à rigidité transversale renforcée. La Fig. 4 illustre un mode d'assemblage étanche de deux profilés voisins. La Fig. 5 illustre une coupe de capteurs selon l'invention disposées transversalement pour constituer une toiture. La Fig. 6 est une coupe de capteurs disposés de la meme façon que précédemment, les axes de conduits de plusieurs capteurs étant coplanaires. La Fig. 7 est une coupe selon AA' de la Fig. 4 illustrant un mode de raccordement des conduits, La Fig. 8 schématise une toiture revêtue de capteurs disposés selon la pente. La Fig. 9 schématise une toiture revetue de capteurs disposés en travers de la pente. La Fig. 10 illustre un mode de raccordement d'un conduit de capteur à une conduite. Sur la Fig. 1 un capteur d'énergie solaire est structurellement composé d'une plaque réceptrice I et d'un conduit de circulation 2, la plaque et le conduit étant parties intégrantes d'un meme profilé obtenu par extrusion d'un matériau qui peut etre avantageusement l'aluminium ou un de ses alliages ; en se référant à l'art antérieur de construction des capteurs consistant à rapporter un conduit sur une plaque par soudage, deux avantages découlent de l'application des profilés creux à la construction des capteurs : un coefficient maximal d'échange de chaleur entre la plaque et le conduit pour une géométrie donnée de ces éléments, et un coût de production abaissé ; il doit etre noté à ce propos que la géométrie des éléments du profilé de la Fig. 1 n'est figurée sans autre but que de donner un support matériel schématique aux notions fonctionnelles évoquées dans la description et qu'en fait l'invention recouvre l'application de l'ensemble des profilés creux au captage de l'énergie solaire l'utilisation de l'aluminium ou d'un de ses alliages pour la réalisation de tels profilés procure un certain nombre d'avantages dont les plus intéressants sont, pour la présente application, l'excellente conductibilité thermique, la possibilité d'extrusion de profils complexes combinant des fonctions multiples tels que décrits plus loin, et la possibilité d'adapter ce matériau, par des traitements de surface appropriée, à certaines exigences fonctionnelles ainsi relativement à ce dernier point un traitement d'anodisation permet de fixer, sur la face exposée aux rayonnements, des colorants ou autres substances agissant comme transformateurs d'énergie. Sur la Fig. 2 une toiture incorpore plusieurs capteurs disposés côte à cOte selon la pente ; chaque capteur est composé d'un profilé de profil complexe et d'une vitre 4 reposant sur un joint résilient 5. On rappelle que la fonction de la vitre est d'améliorer le rendement du capteur en évitant la réémission de rayons infrarouges et que le joint 5 peut etre en outre un joint d'étanchéité permettant de faire le vide entre la plaque réceptrice et la vitre de façon à éviter les pertes de chaleur par convexion; on sait aussi que l'on peut avantageusement utiliser une pluralité de vitres superposées pour éviter les pertes de chaleur par conduction. Le profilé à profil complexe se compose d'une plaque réceptrice 6, de deux conduits 7 de circulation du fluide caloriphore, d'une plaque de structure symétrique de la plaque réceptrice par rapport au plan des axes des conduits et de pans latéraux 9. Dans l'exemple du dessin la paroi du conduit s'incorpore à la plaque de structure de la m-me façon qu'elle s'incorpore à la plaque réceptrice, le conduit servant d'entretoise ; cependant on notera que la paroi du conduit pourrait ne pas interférer avec la plaque de structure, cette disposition pouvant avoir un intérêt dans le cas où, iors du fonctionnement du capteur, la température du fluide serait beaucoup plus élevée que celle de la structure sous-jacente.Les pans latéraux 9, débordant largement au dessus et au dessous des plaques 6 et 8, constituent des raidisseurs longitudinaux du profilé, la partie dépassante supérieure servant de moyen de blocage latéral de la vitre et d'assise pour des chapes 10 de verrouillage, la partie dépassante inférieure servant de piedsupport pour le capteur sur la charpente et de coffrage pour un isolant 11 tel que mousse de polyuréthane ou autre. Dans le mode particulier de montage de la Fig. 2, les capteurs reposent sur des madriers 12, en T renversé, euxmêmes solidaires de la charpente ; les chapes 10 étant vissées sur ces madriers, les capteurs sont donc verrouillés sur la charpente tout en gardant la possibilité de jouer en dilatation.Toujours dans ce mode particulier de montage, les chapes et les vitres dépassent les capteurs sur le bord de la toiture pour amener les eaux de pluie à un cheneau 13 et protéger une conduite 14 d'amenée de fluide dans les conduits des capteurs. Sur la Fig. 3 le profil du capteur diffère de celui de la Fig. 2 en ce que les bords latéraux 14 de la plaque de structure 15 forment, avec sa partie médiane, un dièdre pour etre raccordés au pan latéral voisin 16 selon un angle aigu ; il résulte de cette disposition une conformation approximativement trapézoidale des parties latérales du profil, ce qui a pour effet un raidissement transversal accru. On remarque aussi sur la Fig. 3 que l'un des pans des profilés forme, à sa partie supérieure, une chape 17 pourvue d'une rainure dans laquelle est encastrée l'extrémité supérieure de l'autre pan latéral.On remarque enfin que la partie inférieure des pans latéraux est encastrée dans une chape 18 d'un matériau tel que matière plastique plastifiée ou caoutchouc, ce qui évite un effet de pont thermique éventuel. Sur la Fig. 4 une chape 19 analogue à la chape 18 de la figure précédente coiffe les rebords supéri eurs des pans pour assurer l'étanchéité de l'assemblage à la manière des chapes 10 et 17. Sur la Fig. 5 des capteurs de l'invention sont disposés pour constituer une toiture, le sens de leur axe longitudinal étant perpendiculaire à la pente un bord rabattu 20 comporte un relief interne en "goutte d'eau" 21 et une rainure 22 pour l'encastrement d'un bord droit 23 du capteur voisin; le bord rabattu 20 est situé dans le prolongement de la vitre 24 et on notera que, dans l'exemple de la figure, l'espacement de la vitre à la face réceptrice 25 est constant ; il en résulte que la dissymétrie se retrouve dans la hauteur du coffrage sous-jacent 25. Sur la Fig. 6 la dissymétrie due au recouvrement en tuile est supportée par l'espacement 26 et, dans ce cas de profils les axes 27 des conduits sont coplanaires. Sur les Fig. 7 et 5 une poutre 30, en T renversé, est montée en madrier sur la charpente ; elle est pourvue sur son flme de lumière 31 pour le passage de raccords des conduits ; la poutre 30 est munie à sa partie inférieure de rebords relevés 32 qui forment avec l'ame de la poutre des rigoles 33 servant à l'écoulement des eaux qui ont pu s'infiltrer par l'espace 34, les pans latéraux 36 des profilés reposant sur les bords relevés 32 ; une poutre telle que 30 peut, bien entendu, etre tout aussi bien appliquée à une configuration de profilé du type de celui de la Fig. 6. Sur les Fig. 7 et 10 des manchons cylindriques 37 constituent des raccords des conduits entre eux (Fig. 7) ou entre les conduits et des conduites générales de fluide (Fig. 10) ; ces manchons sont usinés extérieurement et sont pourvus d'une gorge pour un joint torique 38, tandis que le conduit est aldsé intérieurement aux côtes appropriées à l'utilisation de tels joints; ainsi le raccordement se fait par simple emboitement des manchons. Sur la Fig. 8 une pluralité de capteurs 40, du type de ceux de la Fig. 2 par exemple, sont disposés côte à côte, leur axe dans le sens de la pente de la toiture, Une conduite 41 d'arrivée de fluide caloriphore approvisionne en fluide froid les capteurs et un collecteur 42 de fluide chaud recueille le fluide réchauffé par le rayonnement solaire piégé dans les capteurs. Le fluide chaud est dirigé, au moyen de pompes de circulation, vers un système d'échangeurs qui ne rentre pas dans le cadre de l'invention T1 doit etre compris que chaque capteur 40 peut etre composé de plusieurs capteurs placés bout à bout. Sur la Fig. 9 une pluralité de capteurs 43 > du type de ceux de la Fig. 4 par exemple, sont disposés à la manière de tuiles, leur axe dans un sens perpendiculaire à la pente de la toiture. On notera que cette disposition se prête plus facilement que la précédente à des branchements en parallèle (43') ou en série (43") des capteurs 43. Le choix entre ces divers modes de branchement, de meme que le choix du type de capteur, doit etre fait en fonction des cas d'espèce liés aux conditions climatiques et à la finalité de l 'installation. Ainsi la présente invention doit etre comprise plus dans sa généralité que dans les détails de réalisation, généralité qui se trouve définie par les revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1 - Capteur d'énergie solaire pouvant constituer un élément de toiture et comportant une plaque réceptrice et au moins un conduit de circulation pour un fluide caloriphore, caractérisé - en ce que la dite plaque réceptrice et le dit conduit de circulation sont parties intégrantes d'un meme profilé, ce qui assure une conduction optimale de la chaleur entre la plaque réceptrice et le conduit de circulation et autorise, du fait de la production en continu des profilés, un co11t minimal de l'élément. 2 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé - en ce que le dit conduit de circulation au moins est situé entre deux plaques, l'une étant la dite plaque réceptrice, l'autre étant une plaque dite de structure, d'où il résulte une grande rigidité du capteur qui peut alors etre autoporteur. 3 - Capteur selon la revendication 2, caractérisé - en ce que le dit profilé comporte des pans latéraux qui constituent simultanément des éléments de rigidité longitudinale, des supports pour le capteur, et des moyens d'accouplement étanche d'un capteur à un capteur voisin. 4 - Capteur selon la revendication 3, caractérisé - en ce que les bords latéraux de la plaque de structure forment, avec sa partie médiane, un dièdre pour Entre raccordés au pan latéral voisin selon un angle aigu, d'où il résulte un raidissement transversal accru. 5 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé - en ce que le dit conduit de circulation a une section circulaire, ce qui permet un raccordement étanche au moyen de manchons pourvus de joints toriques,