Brevet FR2345676A1 — publié le 19771021

Les capteurs d'énergie solaire comportent généralement un panneau absorbant, parcouru par une circulation de liquide - habituellement de l'eau ce panneau étant protégé par une vitre, et séparé d'un fond rigide par un matelas isolant. Le rendement de ces capteurs, compté en énergie thermique utilisable par rapport à l'énergie totale des radiations qui atteignent la vitre du capteur est relativement peu élevé. Par ailleurs, avec les dispositifs préexistants , l'eau sortant du capteur ne dépasse guère 600C dans les meilleures conditions.Par ailleurs, les prix des vitres et des panneaux absorbants usuels qui sont habituellement métalliques sont élevés, de sorte que l'investissement à consacrer à ces installations est important et constitue un obstacle à leur diffusion; en outre, on doit constater une proportion considérable de vitres brisées, notamment pendant les transports vers les pays chauds où l'utilisation de l'énergie solaire est particulièrement avantageuse. La présente invention a pour objet des perfectionnements aux capteurs solaires permettant d'échapper à ces divers inconvénients et qui comportent de nombreux avantages parmi lesquels - l'obtention d'un rendement élevé, - la production d'eau à une température relativement élevée au sortir du capteur, - la légèreté, conjointe à la rigidité, - la suppression de la perte par bris de vitres, - le bas prix de fabrication du capteur, - une grande facilité de montage et d'emballage. L'invention consiste, sous un premier aspect, à constituer le panneau absorbant de telle manière qu'entre deux parois sensiblement planes, l'eau se trouve -sous forme d'une nappe pratiquement continue, occupant toute la surface du panneau. On assure ainsi l'égalité des températures sur toute l'étendue d'un meme niveau du panneau absorbant, ce qui réduit les pertes par convection à travers la vitre. Ces pertes, dans le cas où le panneau n'est baigné par la circulation d'eau qu'en certaines de ses parties, sont dues aux tourbillons inévitablement induits dans ce cas, par les différences de température entre ces différentes parties.A cet effet, le panneau est constitué par la combinaison de deux parois sensiblement planes avec des cloisons intercalaires parallèles, de sorte que se trouvent ainsi formés des canaux parallèles contigus. Suivant un autre aspect, l'invention consiste à obtenir ces panneaux par extrusion d'une matière appropriée, notamment d'une matière plastique susceptible de conserver ses propriétés de résistance mécanique jusqu'à au moins une température de 1200C ; cette matière plastique pouvant être noire par addition d'un pigment tel que du "carbon black" dans sa masse pour posséder les propriétés absorbantes des corps noirs. Envisagée sous un autre aspect, l'invention consiste à remplacer la vitre usuelle en verre par un panneau en matière plastique translucide ou transparente ayant même forme que celle précédemment décrite pour le panneau absorbant; un tel panneau n'étant pas imperméable aux rayons infra-rouges émis par le panneau absorbant, sa structure en double paroi compense ce défaut par la réduction des pertes par convection et permet ainsi de maintenir le rendement. Elle consiste aussi à remplacer également les fonds rigides usuels par un panneau de même structure; ces trois panneaux, bien qu'ayant des fonctions diffé- rentes pouvant être fabriqués par les mêmes moyens d'extrusion. Envisagée encore sous un autre aspect, l'invention vise un procédé de fixation sur le panneau absorbant à canaux parallèles contigus précités, de collecteurs d'entrée et de sortie, procédé consistant à pratiquer dans ces collecteurs une saignée longitudinale de forme et dimension correspondant à la section dudit panneau; et à les assembler de façon étanche par joint de colle. A titre d'exemple et pour faciliter l'intelligence de la description de cette invention, on va maintenant décrire avec plus de détails un exemple particulier de réalisation, avec références au dessin annexé dans lequel - La figure 1 est une vue en coupe d'un panneau suivant l'invention, - La figure 2 est une vue schématique en coupe d'un capteur solaire complet; - La figure 3 est une vue latérale d'un collecteur d'extrémité de panneau absorbant; et la figure 4 est une vue correspondante en coupe suivant la ligne W-W de la figure 3; - La figure 5 est une vue agrandie, en coupe suivant la ligne rv-rv de la figure 3 montrant l'assemblage du collecteur sur le panneau. En se reportant aux dessins annexés, on voit que dans cet exemple le panneau absorbant 1, ainsi que, de préférence, la vitre 2 et le panneau de fond 3 sont constitués de deux parois minces, l'une supérieure 4, l'autre inférieure 5, sensiblement planes, séparées l'une de l'autre par de minces cloisons parallèles entre elles 6 formant entre elles des canaux rectilignes parallèles juxtaposés.En raison de la minceur relative de ces cloisons, on peut obtenir ainsi une nappe d'eau couvrant jusqu'à 90 % de la surface totale du capteur. - Ce panneau peut être établi en diverses matières, mais pour les raisons indiquées ci-après, il est avantageux d'utiliser une matière plastique conservant ses qualités mécaniques jusqu'S au moins 1200C, constituant un corps noir par addition dans sa masse d'un pigment tel que du carbon black. - Les parois 4 et 5 laissent entre elles un faible intervalle, la quantité d'eau totale contenue dans le capteur étant néanmoins relativement élevée pour une surface deteTminée, du fait que la quasi totalité de cette surface est utilisée.Il est alors possible de prévoir une vitesse de déplacement de l'eau relativement faible dans le panneau, ce qui favorise l'obten- tion de températures élevées à la sortie. A titre d'exemple, on peut indiquer comme produisant des résultats satisfaisants les dimensions ci-après Pour les parois planes supérieure et inférieure, ainsi que pour les cloisons intermédiaires entre 2 et 5 et de préférence 3 mm.- 10 10 10 Pour la distance entre les parois supérieure et inférieure entre 2 et 5 niti. et de préférence 3 mn.- Il y a intérêt à ce que les parois supérieure et inférieure soient aussi minces que possible; l'épaisseur des cloisons et leur écartement peuvent être choisis de manière à obtenir la plus grande surface utile possible tout en conservant une rigidité suffisante. La matière plastique utilisée à cet effet peut être avantageusement un polyéthylène qui résiste à des températures allant jusqu'à 1500C; mais il pourrait être employé d'autres matières plastiques conservant des propriétés mécaniques suffisantes au-dessus de 1200C.On pourrait ainsi employer des propylènes, améliorés par exemple par des anti-oxydants pour éviter les effets dus au vieillissement. Ce panneau en matière plastique sera, de préférence, obtenu, suivant l'invention, par extrusion de la matière plastique à travers une filière en appliquant tous procédés d'extrusion usuels Lorsque l'on procède ainsi par extrusion, l'effet d'absorption de l'énergie est facilement obtenu en ajoutant dans la masse un pigment noir tel que du carbon black. Mais l'invention n'exclut pas le cas où l'effet absorbant serait obtenu non dans la masse, mais par appositon sur la paroi plane supérieure d'une couche d'un produit noir, moyen qui est en lui-même connu et employé d'une manière générale pour la fabrication de panneaux absorbants. Les panneaux absorbants dont le corps est ainsi constitué sont complètés par des collecteurs tubulaires d'entrée et de sortie dans lesquels débouchent les conduits parallèles délimités par les cloisons 6. Le mode de montage de ces collecteurs qui est délicat sera décrit plus loin en détail avec références aux figures 3 à 5t- Il est à remarquer que la structure des panneaux absorbants ci-dessus décrite peut également être adoptée pour les panneaux autres que les panneaux absorbants; et notamment pour remplacer la vitre en verre usuelle et pour constituer un panneau de fond.Dans ces cas, les mêmes moyens de fabrication pourront, en effet, être employés, les matières plastiques étant choisies de manière à répondre aux exigences de chacun des panneaux considérés. C'est ainsi qu'un capteur solaire pourra être établi suivant l'invention, comme il a été représenté à la figure 2. Dans cet exemple, le panneau absorbant 1 est établi comme dit ci-dessus. Le panneau jouant le rôle de vitre 2 présente la même structure que ledit panneau 1; mais il est établi en une matière plastique transparente ou au moins translucide. De préférence, il est disposé de manière que ses cloisons intérieures 6 soient orientées perpendiculairement aux cloisons 6 du panneau 1.On voit sans autre explication que les moyens de fabrication étant les mêmes que ceux décrits pour les panneaux absorbants, le prix total d'investissement pour l'outillage de fabrication est réduit, et le prix de revient de ces panneaux est peu élevé. Par ailleurs, le risque de casse dans le transport est supprimé. Le panneau 2 peut soit reposer sur le panneau 1, soit en être séparé par des pièces d'écartement, par exemple en matière plastique transparente ou translucide 7, de toute forme appropriée dont l'interposition améliore la rigidité de l'ensemble et maintienne le parallélisme entre les deux panneaux. Le fond du capteur peut être constitué par un panneau 3 de même structure; ou même plusieurs de ces panneaux superposés, pour augmenter la rigidité, ce fond étant séparé du panneau absorbant par une couche 8 thermoisolante en toute matière appropriée.,Ces panneaux de fond, s'ils sont séparés du panneau 1 par une couche thermo-isolante, pourront être en une matière plastique de moindre prix; néanmoins, il est considéré comme préférable de les établir en une matière plastique de même nature que celle des panneaux 1 et 2, mais opaque, colorée en blanc. Revenant, maintenant, au mode de montage des collecteurs d'entrée et sortie sur les panneaux absorbants 1, on voit en se reportant à la figure 3, qu'il est possible, grâce à la forme plate des parois 4 et 5 de prévoir, à cet effet, une saignée longitudinale unique 9 dans laquelle débouchent la totalité des canaux parallèles du panneau. Cette saignée a donc une forme correspondant à la section droite de ce panneau. - Le collecteur est constitué par un tube 10 habituellement de section circulaire.Lorsque le panneau 1 se termine latéralement par une cloison 6a perpendiculaire aux faces 4 et 5, il est nécessaire que cette saignée se termine à ses deux extrémités par un trait 11-12 se trouvant dans un plan perpendiculaire à l'axe du collecteur. Pour l'obtenir, on opère par fraisage, l'axe z-z de la fraise étant perpendiculaire au plan de symétrie x-y du tube (figure 4) et la fraise ayant ses bords de coupe inscrits dans un cylindre 13. Dans ces conditions, le déplacement de la fraise de la longueur voulue ~~~~~~~ parallèlement à l'axe du tube produit la saignée 9 fusible à la figure 3. Il est facile alors d'introduire l'extrémité 14 du panneau 1 dans la saignée 9 du tube 10 (figure 5). Pour s'assurer de 1 'étanchéité qui doit être obtenue dans des conditions de totale sécurité, il est avantageux de complèter ce montage en garnissant tout le pourtour de la saignée d'un joint en une colle plastique 15 susceptible d'assurer une bonne soudure entre les éléments 1 et 10. RE-ENDICATIONS 1.- Panneau pour capteur solaire caractérisé par le fait qu'il est constitué de deux parois extérieures sensiblement planes séparées par des cloisons intercalaires parallèles entre elles, qui leur sont perpendiculaires, de manière à constituer des conduits parallèles occupant la quasi totalité -de la surface totale du panneau. 2.- Panneau suivant la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il est obtenu par extrusion à travers une filière. 3.- Panneau applicable aux capteurs solaires suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il est constitué en matière plastique. 4.- Panneau pour capteur solaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il est en une matière plastique conservant ses propriétés de résistance mécanique jusqu 'à au moins 1200C. 5.- Panneau pour capteur solaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les parois supérieure et inférieure sont sensiblercnt planes et d'une épaisseur non supérieure à celle des cloisons parallèles intercolaires. - 6.- Panneau pour capteur solaire suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les parois extérieures sont sensiblement planes, d'une ép isseur comprise entre 2 mn. et 5 mm. et que les cloisons longitudi Vo nales paral::les sont d'une épaisseur comprise entre 2 mm. et 5 mn., la distance entre les parois extérieures étant comprise entre 3 et 5 mn. - 7.- Panneau absorbant d'énergie suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins l'une des parois extérieures constitue un corps noir. - 8.- Panneau absorbant d'énergie solaire en matière plastique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que la matière plastique est colorée en noir dans la masse, et que les extrémités des conduits longitudiAÀaux parallèles débouchent à chacune de leurs deux extrémités dans un conduit collecteur monté de manière étanche sur les parois extérieures du panneau 9.- Mode d'établissement des capteurs d'énergie solaire, caractérisé par le fait que le capteur comporte un panneau absorbant formé de deux parois extérieures sensiblement planes et parallèles dont l'une au moins constitue une surface noire, entre lesquelles sont disposées de minces cloisons perpendiculaires auxdites parois et parallèles entre elles, de sorte que la surface utile dudit panneau est utilisée en presque totalité à l'absorption d'énergie. 10.- Capteur solaire comportant une pluralité de panneaux suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par l'association d'un panneau translucide en matière plastique et d'un panneau absorbant en matière plastique conformés suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 et d'un panneau de fond rigide séparé dudit panneau absorbant par une garniture thermo-isolante. 11.- Capteur solaire suivant la revendication 10 dans lequel les trois panneaux sont obtenus par la même filière d'extrusion et avec la même matière plastique, cette derniere étant différenciée par des additions différentes pour obtenir le caractère absorbant du panneau à circulation d'eau, le caractère translucide du premier panneau-vitre et l'opacité du panneau de fond. 12.- Capteur solaire suivant la revendication 10 caractérisé par le fait que le panneau translucide et le panneau absorbant ont leurs conduits parallèles disposés en directions croisées. 13.- Capteur solaire suivant la revendication 10 caractérisé par le fait qu' entre le panneau translucide et le panneau absorbant sont disposés des intercalaires de rigidité. 14.- Mode de fabrication des panneaux absorbants suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé par le fait qu'on perfore dans les conduits collecteurs une saignée longitudinale ayant une forme correspondant à la section du panneau et dans laquelle on introduit l'extrémité de celuici, l'étanchéité étant obtenue par interposition d'une colle appropriée formant un joint plastique. 15.- Mode de fabrication des panneaux absorbants suivant la revendication 14 caractérisé par le fait que la saignée est obtenue au moyen d'une fraise ayant son axe perpendiculaire au plan de symétrie du conduit collecteur tubulaire. -