Brevet FR2349803A1 — publié le 19771125

L'invention concerne un capteur d'énergie solaire, a.ppelé à recevoir le rayonnement sola.ire, à capter l'énergie corresponda.nte et à la. transmettre à un fluide, eau, eau sa.lée ou autre, en vue dgutiliser la. cha.leur emmagasinée par celuici. On connaRt des capteurs d'énergie solaire comprenant des plaques d'échange séparées par une lame d'air d'une ou plusieurs parois de verre ; ces plaques d'échange transmettent à un fluide l'énergie solaire captée par effet de rayonnement direct et par effet de serre. Les capteurs de ce type connus aus- qu'à ce jour présentent l'inconvénient entre onéreux et encombrants, en raison des surface très importantes qu'ils impliquent pour permettre une récupération notable d'énergie. La présente invention se propose de remédier à cet inconvénient en fournissant un capteur d'efficacité très a.ccrue pa.r ra.pport a.ux capteurs connus. Un objectif de l'invention est, en pa.rticulier, de fournir un ca.pteur susceptible de présenter des dimensions réduites par ra.pport à celles des capteurs classiques pour une mEme qua.ntité de chaleur prélevée dans un état d'éclairement donné. Un autre objectif est d'abaisser no tablement le coat du ca.pteur rapporté à la quantité de chaleur susceptible d'entre prélevée dans un état d'éclairement donné. A cet effet le capteur conforme à l'invention est du type des capteurs constitués par un caisson chassies dans lequel sont disposés au moins une paroi frontale transparente a.ux rayonnements solaires, une plaque frontale d'échange située en regard de cette pa.roi, une plaque de base délimitant avec la. plaque frontale d'échange un circuit de fluide étanche, un collecteur d'entrée adapté pour distribuer le fluide dans le circuit précité, enfin un collecteur de sortie a.dapté pour collecter le fluide réchauffé ; selon la. présente invention, la. plaque frontale d'échange est dotée d'une pluralité de petits manchons creux, ré- pa.rtis sur la. surfa.ce de cette plaque et orientés à partir de celleci vers la ou les pa.rois transparentes ; chaque manchon s'ouvre par une extrêmité danss le. circuit de fluide du capteur et est fermé à son extrêmité opposée, située du cbté de la ou des parois transparentes . La présence de ces manchons dont la densité peut entre comprise, approximativement, entre 1 500 et 3 000 unités a.u m2, joue un rtle favorable sur le ca.pta.ge d'énergie par rayonnement et un rtle fa.vorable prépondérant sur la transmission d'énergie par effet de serre et sur l'échange énergétique entre le fluide à réchauffer et la- plaque frontale d'échange ; ainsi pour une surfa.ce donnée, la cha.leur effectivement prélevéepa.r le fluide peut être multipliée pa.r un facteur de lwor- dre de 4 par rapport à celle prélevée da.ns un capteur classique recevant un écla.irement identique. Selon un mode de réalisation préféré, la plaque de base repose sur une couche d'un matériau thermiquement isolant, du type mousse expansée de polystyrène ou de polyuréthane, formant un matelas isolant dans le fond du ca.isson ch & sis ; dans cette couche, peuvent entre noyés les collecteurs du capteur Le collecteur dsentree est avantageusement équipé d'une électrovanne également noyée dans cette couche ; cette électrovanne est a.sservie à un thermosta.t agencé pour détecter la. température dans le circuit étanche, a.fin d'interrompre la circu lation de fluide lorsque cette température demeure inférieure à un seuil déterminé. De telles dispostions permettent de réduire les déperditions calorifiques et de contrôler la circulation du fluide en fonction des besoins calorifiques. D'autres ca.ractéristiques, buts et ava.nta.ges de l'invention- se déga.geront de la. description qui suit en regard du dessin annexé, lequel présente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation ; sur ce dessin qui fa.it partie intégrante de la description - la figure 1 schématise en perspective avec arraché partiel un capteur conforme à l'invention, - la. figure 2 en est une coupe transversable par un plan aa, - la figure 3 en est une vue de dé tain. Le capteur représenté à titre d'exemple aux figures est formé par un panneau rectangulaire dont les dimensions peuvent entre de l'ordre de : 0,50 mètre de largeur, 1 mètre de longueur et 0,10 mètre de hauteur. le nombre de panneaux utilisé est bien entendu fonction des besoins calorifiques à sa )tisfaire dans cha.que application envisagée. Ce panneau comprend un caisson chassies 1 formé par une t81e externe 2 rigidifiée par une épaisseur de bois ou contreplaqué 3. A sa partie supérieure, le caissonchassis comporte un support 4 qui porte deux parois en verre 5 et 6. Au fond du caisson-chtssis 1 est disposé un ma.telas d'isola.tion 7 en polystyrène expansé ou analogue, sur lequel repose une plaque de base en acier 8 ; dans cette plaque plane sont ménagées par emboutissage deux gorges trans versa-les, l'une 9 a.u voisinage d'un ctté de la plaque, l'autre 10 au voisinage du cEté opposé. Le fond de chacune de ces gorges est prévu en pente dans le sens transversal vers un orifice par lequel débouche un collecteur, collecteur d'entrée 11 ou collecteur de sortie 12. Ges collecteurs sont noyés dans la couche de polystyrène.Le collecteur d'entrée 11 est associé à une vanne électromagnétique symbolisée en 13 commandée , en lrexemple, par un thermo-contact symbolisé en 14, situé au niveau de la gorge 10 dans laquelle s'ouvre le collecteur de sortie. Le thermocontact 14 est prévu amovible et interchangeable depuis l'extérieur du caisson-chassis pour pouvoir ajuster selon l'application envisagée la température de consigne en deçà de laquelle l'électrovan- ne est comma.ndée dans le sens de la fermeture. Par ailleurs une plaque d'échange 15 est sertie et bra.sée sur le pourtour de la plaque de base 8 pour délimiter avec celle-ci un circuit étanche, dans lequel circule un fluide, en l'exemple de l'eau. Cette plaque d'échange est une plaque nervurée comme le représentent les figures 2 et 3. Une pluralité de manchons creux tels que 16a ou 16b, sont répartis sur la surface de cette plaque ; en l'exemple chaque manchon est brasé sur la. plaque par une collerette 17 dont il est pourvu à sa base. Ces manchons sont fixés au fond des nervures de la plaque ainsi qu'à la partie supérieure de celles-ci. Chaque manchon est de forme légèrement conique, s'évasant légèrement vers la plaque d'échange ; son axe est sensiblement orthogonal au plan des parois en verre 5 ou 6. Chaque manchon est fermé à. son extrtmité supérieure et s'ouvre à son autre extrtmité dans le circuit d'eau. Ces manchons peuvent en particulier entre en laiton. Notons que les fonds des nervures de la plaque d'échange 15 sont situés à proximité de la plaque de base 8 avec un faible espa.ce de séparation ; ainsi le circuit dku est doté d'étranglements qui divisent le flux et créent des turbulences favora.bles a.ux échanges thermiques. Pour.éviter un écartement des plaques 8 et 15 sous l'effet de la pression de l'eau, ces pla.gues sont réunies localement en quelques points par le fond de certaines nervures ; cette liaison peut être réalisée par des rivets d'assemblage. le panneau décrit peut comporter 1 100 manchons environ ; les expérimenta.tions ont montré que les phénomènes d'échanges thermiques étaient a.ccentués a.u point de permettre une récupéra.tion de chaleur 4 fois plus importante ns un capteur cla.ssique de même surfa.ce, placé dans les mimes conditions. Il est à rema.rquer que la chaleur prélevée par chaque ma.n- chon (soit par rayonnement direct, soit pa.r convection dans la. lame d'air séparant la plaque d'échange 15 et la paroi transparente 6) est transmise, d'une pa.rt, par conduction, à la plaque d'échange qui la transmet à son tour à l'eau en circulation, d'autre part, par contact, à l'eau qui remplit le manchon et qui se mélange en permanence à l'eau en circulation, ce méla.nge étant favorisé par les turbulences créées par les nervures. Des panneaux du type ci-dessus décrits peuvent par exemple entre utilisés pour échauffer l'eau d'une piscine, en amena.nt directement celle-ci au moyen d'un groupe de pompage à traverser les panneaux. Lors que le besoin ca.lorifique exige la présence de plusieurs panneaux, ceux-ci sont de préférence disposés en pa.rallèle sur des dérivations qui permettent de diviser le débit d'eau à échauffer et d'apporteur à chaque débit élémentaire la quantité de chaleur appropriée, Bien entendu l'invention n'est pa.s limitée aux termes de la description qui précède, mas en comprend toutes les variantes possibles. REVENDICATIONS 1/ - Capteur d'énergie solaire, com -châssis/ prenant un ca.isson/Gans lequel sont disposés au moins une paroi fronta.le transparente a.ux rayonnements solaires, une pla.que frontale d'échange située en regard de cette paroi, une plaque de base délimitant avec la plaque frontale d'échange un circuit de fluide éta.nche, un collecteur d'entrée adapté pour distribuer le fluidedans le circuit précité, enfin un collecteur de sortie ada.p- té pour collecter le fluide réchauffé, ledit capteur étant caractérisé en ce que la plaque frontale d'échange est dotée d'une pluralité de petits manchons creux, répa.rtis sur la surface de cette pla.que et orientés à pa.rtir de celle-ci vers la ou les parois transparentes, chaque manchon s'ouvrant par une extrémité dans le circuit de fluide précité et éta.nt fermé à son extrémité opposée, située du ctté de la ou des parois tranparentes. 2/ - Capteur d'énergie solaire selon la. revendication 1 caractérisé en ce que cha.que manchon est légèrement conique, s'évasant légèrement vers la plaque d'échange. 3/ - Capteur d'énergie solaire selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que chaque manchon est fixé à la plaque d'écha.nge pa.r une collerette dont il est pourvu à sa base et qui est brasée sur ladite plaque. 4/ - Capteur d'énergie solaire selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 dans lequel la plaque fron ta.le d' échange est une plaque nervurée, ledit ca.pteur étant ca caractérisé en ce que les manchons sont fixés a.u fond des nervures ainsi qu'à la partie supérieure de celles-ci, la direction desdits manchons étant sensiblement orthogonale au plan de la ou des parois transparentes0 5/ - Capteur d'énergie solaire selon la revendication 4 caractérisé en ce que le fond des nervures de la plaque d'échange est situé à proximité de la plaque de base avec un faible espa.ce de séparation, la plaque d'échange et la pla.que de base étant réunies localement en quelques points par le fond de nervures. 6/ - Capteur d'énergie solaire selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que la. plaque de base repose sur une couche d'un matériau thermiquement isolant, formant un matelas isolant dans le fond du caisson-chtssis . 7/ - sapiteur d'énergie solaire selon la revendication 6 caractérisé en ce que les collecteurs sont noyés dans la couche de matériau isolant, le collecteur d'entrée étant équipé d'une électrovanne également noyée dans cette couche et associée à un thermosta.t agencé pour détecter la température da.ns le circuit étanche et pour asservir liélectrovanne afin d'interrompre la circulation de fluide lorsque la. température demeure inférieure à un seuil prédéterminé. 8/ - Capteur d'énergie selon l'une fades revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que chaque collecteur ssouvre dans le circuit de fluide pa.r une gorge transversale ménagée dans la plaque de base a.u voisina.ge d'un côté de celle-ci, cette gorge présentant un fond en pente vers ledit collecteur, la gorge du collecteur d'entrée étant située à l'opposé de celle du collecteur de sortie, 9/ - Capteur d'énergie selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comprend sur sa plaque frontale d'échange approximativement entre 1 500 et 3 000 manchons a.u m2.