Brevet FR2379777A1 — publié le 19780901

La présente invention concerne un capteur d'énergie so- laire destiné plus particulièrement aux installations thermiques de stockage pour les besoins domestiques ou industriels, par exemple celles fournissant-de liteau chaude pour le chauffage et/ou l'usage sanitaire. On connait des installations pour capter l'énergie solaire utilisant des dispositifs comprenant, dans un carter, un réservoir de faible épaisseur dans lequel circule un fluide caloporteur alimentant, en circuit fermé, un échangeur calorifique et chargé d'emmagasiner l'énergie solaire que des glaces superposées dirigent sur sa surface, recouverte d'une couche de noir absorbant. On constate que le fluide caloporteur contenu dans le réservoir n'a pas une température homogène du fait que le courant revenant de l'échangeur, où il a cédé ses calories, traverse, par le plus court chemin, le réservoir et que sa turbulence crée un refoulement des masses de fluide à haute température vers des zones du réservoir où elles ont tendance à stagner, privant ainsi l'échangeur des calories qu'elles détiennent, d'où une première déperdition de chaleur préjudiciable au rendement de l'installation. On constate également qu'il se produit une autre déperdition de chaleur àpartir de la face inférieure du réservoir qui émet des rayons infra-rouges qu'on a tenté, Jusqutà présent, de renvoyer au réservoir au moyen d'un réflecteur généralement constitué par une couche de peinture à haut pouvoir réfléchissant. Mais la perte n'a été que partiellement endiguée et par conséquent la formule n'a pas donné satisfaction. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients susmentionnés en fournissant un capteur à très faible déperdition de chaleur. Le capteur, selon l'invention, est caractérisé par le fait qu'il comprend en combinaison - un carter en fibre de verre surmoulé, à double paroi garnie d'une mousse isolante, - deux vitres exemptes de plomb, à grande transparence, superposées, fermant le carter à sa partie supérieure, - un réservoir-récepteur à convection, relié à un échangeur calorifique et situé sous les doubles vitres, - un réflecteur, par exemple en aluminium poli, situé sous le réservoir et à une courte distance du fond du carter. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le carter est constitué par une coquille en mousse de polyuréthane habillée, sur toutes ses faces, de plusieurs épaisseurs de tissu de verre et surmoulée à haute température par une résine de polyesther qui enrobe ladite coquille. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les deux vitres superposées retiennent entre elles un espace d'air qui s'assèche très rapidement et limite la convection vers ltex- térieur, des calories emmagasinées. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le réservoir-récepteur est constitué par deux feuilles d'acier qui emprisonnent des lames servant à canaliser le fluide caloporteur pour le contraindre à parcourir la méme distance quelles que soient les chicanes empruntées et obtenir une irrigation parfaite du réservoir. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les tubes de départ et de retour du fluide caloporteur sont solidaires du réservoir -récepteur et permettent d'effectuer, extérieurement au capteur raccordement aux canalisations d'un échangeur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le réservoir-récepteur repose dans le carter par sa périphérie, sur un rebord très étroit, de manière à réduire le plus possible la surface de contact avec ledit carter. Suivant une autre caractéristique de l'invention la circulation du fluide caloporteur est commandée par une pompe à cellule de détection située dans l'espace compris entre les deux vitres. Suivant une autre caractéristique de l'invention le réflecteur , de préférence en métal poli, est supporté par des bossages du fond du carter, venus de moulage et qui réservent ainsi un matelas d'air entre la face infdrieure du réllecteur et le fond du carter. Les bossages supports ont une surface de contact avec le réflecteur aussi réduite que possible pour éviter toute déperdition de calories. Les dessins annexés montrent, à titre d'exemple, un mode de rSalisation de l'invention et permettront de bien comprendre la description qui va suivre en s'y référant. - La figure 1 est une vue en coupe du capteur, - La figure 2 est une vue en plan du réservoir-récepteur dont la face supérieure est enlevée, - La figure 3 est une vue en coupe transversale suivant II - II de la figure 2, - La figure 4 est une coupe longitudinale du réservoir suivant III - III de la figure 2. Sur la figure 1 on voit que la coquille de mouse en polyuréthane 1 occupe tout le volume entre les deux parois moulées sur elle, du carter 2. Il apparait également que le surmoulage précité a réservé plusieurs épaulements étroits et bossages sur les cotés intérieurs et le fond du carter. Depuis la partie supérieure du carter, on trouve un premier rebord 3 destiné à supporter, périphériquement la première vitre 4, puis un peu plus bas un second rebord 5 supportant à l'identique la seconde vitre 6 réservant entre elles un espace d'air 7. On rencontre ensuite, au dessous, un troisième rebord 8 sur lequel vient s'appuyer tout le pourtour du réservoir-récepteur 9. Enfin, les bossages 10 et 10', situés sur le fond du carter destinés à soutenir le réflecteur Il en ménageant entre eux un matelas d'air 12. La vitre supérieure 4 est retenue en place par un cadre de fermeture 13 muni d'un joint d'étanchéité incolore silicone 14. La seconde vitre 6-repose sur le rebord 5 par l'intermédiaire d'un joint élastique 15. Une cellule de détection de rayons, 16, est disposée entre les deux vitres 4 et 6. La figure 1 permet de constater que le réservoir 9 forme avec le départ tubulaire 17 et le retour également tubulaire 18 un ensemble monobloc, le raccordement aux tuyauteries de liaison avec l'échangeur se fait extérieurement au carter. Sur la figure 2, qui montre en plan l'intérieur du réservoir 9, apparaissent les lames 19 qui s'étendent parallèlement à deux des cOtés, d'un bord à l'autre, en laissant à chacune de leurs extrémités un espace20, approximativement égal à l'intervalle 21 compris en deux de ces lames. Ces lames canalisent le fluide caloporteur et l'obligent à parcourir une distance constante quelles que soient les chicanes empruntées, de manière à recueillir le plus de calories possible au cours de ce traJet. Les figures 3 et 4 montrent les coupes du réservoir 9 et permettent de constater qu'il est extrêmement plat et que ses faces extérieures sont rigoureusement planes. Bien entendu, à la manière connue, toute la surface du réservoir-est enduite d'une couche de noir mat (noir de fumée par exemple) pour accélérer l'absorption des rayons solaires. Le réservoir-récepteur 9, emprisonné dans la carcasse du carter 2, reçoit des rayons solaires d'une longueur d'onde comprise entre 0,3 et 0,4 microns qui traversent, sans difficulté, les deux vitres 4 et 6. Le corps noir qui recouvre la face supérieure du réservoir, capte ces ondes, les transforme en énergie calorifique qu'il cède à la feuille d'acier supérieure du réservoir 9 et au fluide caloporteur qui est alors mis en circulation par une pompe commandée par la cellule de détection 16. Le fluide rencontre les lames 19 et est contraint de couvrir un parcours maximum et constant quelles que soient les chicanes empruntées. Il en résulte une irrigation forcée qui accroSt la capacité de réchauffement du fluide, puisqu'il parcourt une plus grande surface et que de ce fait il absorbe plus de calories. Néahmoins, le réservoir-récepteur Smet un rayonnement infra-rouge à longueur d'onde plus longue, environ 4 microns. D'un côté, ce rayonnement est stoppé par les deux vitres 4 et 6 qui s'opposent en partie à son passage et, de l'autre cOté, il est intercepté par le réflecteur Il et est renvoyé au réservoir pour titre absorbé à nouveau. De ce fait, l'énergie reçue se trouve presque totalement emprisonnée par le réservoir-récepteur qui, ayant un minimum de contact avec la carcasse du carter 2 perd très peu de calories par conduction. Etant donné qu'on a conservé planes et sans aspérité les deux faces du réservoir-récepteur, on constate que la surface d'émission n'est égale qu'à deux fois la surface de réception, alors que les récepteurs en tOle emboutie présentent une surface d'émission supérieure à deux fois la surface de réception et, comme on ne peut pas prétendre piéger la totalité des infra-rouges émis par le récepteur, les pertes s'accroissent. De ce qui précède, il résulte que les pertes par radiation sont piégées au maximum, que les pertes par convection sont très limitées, un matelas d'air très sec entourant le réservoirrécepteur, puis la double vitre emprisonnant également une lame d'air très sec limite encore la convection vers l'avant. Quant à la convection vers l'arrière, elle est limitée au mieux par la mousse de polyuréthane 1. Les pertes par contact sont, elles aussi, très limitées le réservoir-récepteur ayant un minimum de contact avec le carter 2. Exemples de calculs de puissance théorique d'un capteur selon l'invention On tient compte du fait que l'énergie calorifique que l'on peut recueillir sur corps noir est d'environ 1 Kw 4 en stratosphère ; que les couches atmosphériques représentent un écran lorsque le captage sur corps noir se fait au niveau de la planète. Cet écran est un barrage à 25 % minimum du spectre à l'altitude 0, il en résulte une puissance théorique, au niveau du sol à l'altitude 0, d'environ 1,05 Kw. Si on prend pour hypothèse : 1 Kw le calcul s'effectuera ainsi - puissance théorique e 1 000 W - perte au passage de la 1ère glace ..... 80 W - perte au passage de la 2ème glace 74 W - perte du corps noir B .......... 34 W - puissance théorique du capteur ......... 812 W - perte par réémission du capteur 2,5 cal/degré soit 2,9 W par degré d'élévation au-dessus de la température ambiante. Exemple de calcul de l'énergie disponible HYPOTHESE - ciel sans nébulosité - température au sol 0 - altitude zéro - température en sortie de capteur 800 CONCLUSION - puissance théorique 812 W - perte du capteur 2,9 W x 80 *o 232 W puissance disponible ............. 580 W soit 500cal. Comparaison avec un capteur classique sans réflecteur arrière fermé par un simple vitrage - paissance théorique ...... 1 000 W - perte au passage de la glace 80 W - perte du corps noir............... 37W - puissance théorique du capteur..... 883 W. mais dans ce cas, la perte par réémission est de 6,5 cal/degré, soit 7,5 W par degré d'élévation au-dessus de la température ambiante. Exemple de calcul de l'énergie disponible HYPHTHESE - ciel sans nébulosité - température au sol e0 - altitude zéro - température en sortie de capteur 800 CONCLUSION - puissance théorique 883 W - perte du capteur 7,5 W x 80 ....... 600 W - puissance disponible 283 W soit - 243 dal. On constate que le type de capteur, objet de la présente invention, a un rendement deux fois supérieur à un capteur traditionnel. Il permet d'obtenir des températures très élévées avec un rendement de plus de 50 %. Par conséquent, il peut titre utilisé dans des régions très froides mais ensoleillées. REVENDICATIONS 1 - Capteur solaire caractérisé par le fait qu'il comprend, en combinaison - un carter en fibre de verre surmoulé à haute température sur une coquille en mousse de polyuréthane habillée sur toutes ses faces de plusieurs couches de tissu de verre, - deux vitres exemptes de plomb, à grande transparence, superposées, fermant le carter à sa partie supérieure et retenant prisonnière une couche d'air, - un réservoir-récepteur à convection, relié à un échangeur calorifique et situé sous les doubles vitres, - un réflecteur en métal poli situé sous le réservoir et à une courte distance du fond du carter. 2 - Capteur solaire suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la double paroi du carter (2) est moulée, sur la coquille en mousse de polyuréthane (1) en réservant, sur la face interne dudit carter des épaulements étroits destinés à supporter en (3) la première vitre (4) en (5) la deuxième vitre (6) en (8) le réservoir (9) et, au fond, des bossages (10) pour appui du réflecteur (11). 3 - Capteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les vitres(4) et(6)reposent sur les rebords (3) et (5.) par l'intermédiaire de joints d'étanchéité thermique (14) et (15). 4 - Capteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le réservoir -récepteur (9) est constitué par deux feuilles d'acier emprisonnant des lames (19) parallèles à deux des cotés dudit réservoir et formant des chicanes de direction. 5 - Capteur solaire suivant les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que les lames (19) s'étendent d'un cdté à l'autre du réservoir-récepteur (9) en laissant à chacune de leurs extrémités un espace (20) approximativement égal à l'intervalle (21) compris entre deux de ces lames. 6 - Capteur solaire suivant les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que les tubes de départ (17) et de retour (18) du fluide caloporteur, et destinés aux raccordements à l'échangeur sont solidaires du réservoir -récepteur (9). 7 - Capteur solaire suivant les revendications I et 2, caractérisé par le fait que les bossages (10) du fond dru carter (2) sur lesquels repose le réflecteur (11) réservent entre celuici et le fond dudit carter un espace d'air.