Brevet FR2366526A1 — publié le 19780428

La présente invention a pour objet un dispositif mobile d'obturateur thermique de capteurs solaires plans. Le secteur technique de l'invention est celui des capteurs solaires plans ou insolateurs. Les capteurs solaires fixes, actuellement connus, comportent un absorbeur placé sous des vitres ou des glaces en simple épaisseur ou en feuilles multiples, ou tous autres matériaux ordinairement utilisés pour les remplacer, par exemple : altuglass, rhodoïd, métacrylate, etc... sur lequel tombent les rayons solaires et dans lequel circule un liquide caloporteur, généralement de l'eau. Le liquide caloporteur sert à transporter les calories absorbées vers un réservoir d'accumulation. Bien entendu, lorsque la température du liquide sortant du capteur est inférieure a la température du liquide contenu dans le réservoir d'accumulation, on arrête automatiquement la circulation dans le capteur afin de réduire les pertes par rayonnement de celui-ci. Toutefois, pendant la nuit, le volume de liquide contenu dans le capteur, et le capteur lui-mne, se refroidissent à-ia température ambiante et, au matin, il faut attendre que cet ensemble ait été réchauffé par le soleil pour remettre le capteur dans le circuit, ce qui peut demander de l'ordre dlune heure, au minimum. Afin d'éviter une trop grande inertie thermique du capteur, on doit réduire le volume d'eau qu'il contient. Un objectif de la présente invention est de procurer un moyen pour réduira les pertes de calories par rayonnement du capteur et l'inertie thermique de celui-ci sans réduire le volume d'eau eontenu dans le capteur et sans réduire le rendement thermique de l'appareil. Un autre objectif est de procurer des capteurs plans ayant un meilleur rendement thermique par unité de surface absorbante. Ces objectifs sont atteints au moyen d'un capteur qui comporte un obturateur isolant thermique, mobile, qui occulte temporairement la face utile du capteur. L'obturateur est généralement équipé d'un moteur et d'un thermostat, place à la sortie du capteur, qui compare la température de sortie du liquide caloporteur à une température de référence,et qui commande automatiquement ledit moteur. Dans un mode de réalisation préférentiel, l'obturateur est constitué par un rideau roulant à lamelles isolantes, articulées à la maniere des rideaux roulants habituels. Pour des raisons d'équilibre et d'encombrement, le systeme traditionnel demeure, mais il peut être allégé en reliant les deux extrémités opposées du rideau par un câble passant sur deux rouleaux situés le long de deux côtés opposés du capteur, de sorte que le rideau occupe successivement une première position où il occulte la face avant du capteur et une deuxiene position où il masque et apporte un isolement thermique complementaire à la face arrière et aux tuyauteries. L'invention a pour résultat un nouveau capteur plan equipe d'un obturateur mobile. Un avantage de ce capteur perfectionné réside dans le fait que le matin la pompe de circulation du liquide caloporteur peut etre mise en marche plus rapidement, des que le soleil apparaît et que sa température d'impact est supérieure à la température d'eau du capteur, sans avoir a attendre que l'eau contenue dans l'absorbeur n'ait été réchauffée par le soleil. Un autre avantage qui découle du précédent est que l'on peut donc construire des capteurs contenant une quantité d'eau par unité de surface plus grande, alors qu'à ce jour, on doit se limiter à environ 8 litres pour deux metres carrés afin de ne pas trop accroître l'inertie thermique des capteurs. Il en résulte que les capteurs perfectionnés selon l1iiweatioe peuvent accumuler une certaine quantité d'énergie ce qui peut persettre de supprimer le réservoir d'accumulation primaire existant dans certan-s installations. D'autre part, la vitesse de circulation du liquide i travers l'absorbeur est pus réduite, ce qui réduit les pertes de charge. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent des exemples de réalisation de l'invention, sans aucun caractere limitatif. La figure I est une vue d'ensemble en perspective dimi capteur selon l'invention. La figure 2 est une.coupe transversale du capteur de la figure 1. La figure 3 est un ensemble de trois vues en coupes korizontales d'une variante de réalisation, l'obturation est obtenue par rabattant. La figure 4 est un ensemble de trois vues en coupes horizontales d'une autre variante de réalisation, rattachée à la figure 3 La figure 5 est un ensemble de trois vues en coupes horizontales selon lesquelles, en plus des capteurs, des panneaux réfléchissants, sont utilisés également comme obturateurs des capteurs traditionnels. La figure 6 est un ensemble de deux vues en coupes horizontales d'une variante qui obture les capteurs par glissement sur des rails hauts et bas. Ce résultat est identique à l'objet principal et à ses variantes. La figure I est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un insolateur, selon l'invention. Celui-ci comporte, de façon eonnue, une surface absorbante plane appelée absorbeur, placée à l'inter eer d'un caisson 1 dont la face avant est obturée par une surface transparente 2. L'absorbeur, non visible, est composé, par exemple, d'un réseau de tubes de faible diamètre, noyés dans un corps noir ou d'un radiateur plat en tôle d'acier ou d'aluminium, ou partout autre dispositif absorbant. L'épaisseur de l'absorbeur est d'environ 10 mm et la capacité de l'ordre de 6 litres d'eau par m2. La face arrière de l'absorbeur est garnie d'un isolant thermique. L'insolateur a une orientation fixe et il est dirigé vers le sud, ou vers le plus grand ensoleillement. Par contre, on peut faire varier son inclinaison selon les saisons au moyen de béquilles 3 de longueur variable, de façon à suivre la hauteur du soleil. Un liquide caloporteur, par exemple de liteau, circule à l'inté- rieur de l'absorbeur. il entre à la.partie basse de l'absorbeur, par une canalisation 4 et ressort à la partie haute par une canalisation 5 qui comporte une partie souple, calorifugée, afin de suivre les variations d'inclinaison du capteur. Ce liquide est mis en circulation, par une pompe de circulation, dans un circuit en boucle fermée, comportant un réservoir d'accumulation de calories Bien entendu, plusieurs insolateurs identiques sont connectés dans le circuit. Une sonde de température 6 est disposée dans le circuit à la sortie du capteur et une thermo-sonde différentielle 7 compare la température de sortie du capteur à la température dans le réservoir de stockage. Lorsque la température de sortie du capteur devient inférieure à la température du réservoir, le thermostat 7 arrête automatiquement la pompe de circulation afin d'éviter que le capteur ne se mette à dissiper de la chaleur. On constate, dans les insolateurs connus, qui sont conçus selon la description précédente, qu'au cours de la nuit, d'un passage de nuages ou d'une baisse importante de temperature, la pompe de circulation starrête. Le volume d'eau alors contenu dans le capteur se refroidit jusqu'au voisinage de la température ambiante et, lorsque la température -remonte, il faut un certain temps avant que cette eau se réchauffe jusqu'à la température du réservoir et que le thermostat commande à nouveau le démarrage de la pompe. Pour pallier cette inertie, un insolateur selon l'invention est équipé d'un obturateur mobile et isolant thermique 8 qui occulte, temporairement, la face avant du capteur. Dans le mode de realisation préférentiel de la figure 1, l'obturateur 8 est un rideau roulant à lamelles articulées entre elles du type utilisé pour obturer les fenêtres. De préférence, les lamelles sont creuses et sont garnies d'un isolant thermique, par exemple d'un produit cellulaire tel que de la mousse de polyuréthane ou du polystyrène expansé. Toute autre isolation, rapportée sur les lames par collage, ou par tout autre moyen, peut être utilisée. Le volet 8 peut s'enrouler sur un rouleau placé, par exemple, le long du bord supérieur du capteur, comme dans le cas des fenêtres et, dans ce cas, le rideau peut être manoeuvré à la main au moyen d'une manivelle ou être motorisé. Cependant cette solution présente l'inconvénient d'être encombrante. Selon un mode de realisation préférentiel, les deux bords opposés du rideau, parallèles aux lamelles, sont reliés entre eux par des câbles ou des chaînes sans fin 9 passant sur des poulies ou des pignons de renvoi 10a, 10b, 10c, montés à l'extrémité de deux rouleaux lia et 11b, parallèles aux lamelles du rideau et situés le long du bord supérieur et du bord inférieur du capteur Ainsi le rideau 8 peut occuper alternativement une première position où il occulte la face avant du capteur, notamment pendant la nuit, et une deuxième position, pendant les heures ensoleillées, où il masque la face arrière du capteur dont il améliore l'isolation thermique, Un des rouleaux, par exemple le rouleau lia peut être entraîné par un moteur 12 et celui-ci peut être commandé automatiquement par un thermostat qui compare la température du liquide caloporteur à la sortie du capteur à une température de référence. Par exemple, le thermostat differen- tiel 7 qui commande l'arrêt automatique de la pompe de circulation peut commander en même temps la fermeture de l'obturateur 8 comme le représente la liaison en pointillés 13. Dans ce cas, il faut prévoir une commande de l'ouverture de I'obturateur, telle que solarimètre ou autres, indépendante de la commande automatique de la remise en marche de la pompe de circulation par le thermostat 7. La figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1. On voit sur cette coupe l'absorbeur 14 dont la face arrière est garnie d'un revêtement isolant thermique 15.. On voit également le rideau roulant 8 dont les deux bords parallèles aux lamelles sont reliés entre eux par les câbles, ou chaînes, 9, en passant sur les poulies ou pignons 10a, 10b, 10c, de sorte que le rideau et les câbles forment une boucle sans fin. L'obturateur est représenté dans la position qu'il occupe pendant les heures d'ensoleillement où il masque la face arrière de l'insolateur, pour parfaire l'isolation du capteur et des tuyauteries. On a représenté la canalisation 4 d'arrivée du fluide caloporteur et la canalisation de départ 5 qui est une canalisation souple, calorifugée, formant une boucle. On voit également la béquille 3 qui permet de maintenir le capteur incliné et de faire varier l'inclinaison selon les saisons. Cette béquille comporte > par exemple, une roue dentée munie d'une manivelle 16 qui tourne sur un axe porté par un pied 17 qui prend appui au sol et une tige 18 portant une crémaillère qui coopère avec la roue dentée. La tige 18 est articulée en 19 sur le capteur. On a représenté en traits pleins l'inclinaison moyenne du capteur qui correspond aux équinoxes. Les positions en pointillés sont, au-dessus de la position en trait plein, les positions occupées pendant l'hiver et, au-dessous, les positions pendant l'été. La figure 3 représente une coupe horizontale d'une variante d'exécution de l'invention. On voit sur cette figure les capteurs 21 et 22 et l'obturateur mobile composé, de deux capteurs 21a et 22a, qui sont articulés en 20a et 20b, le long des bords latéraux des capteurs 21 et 22, de sorte que la nuit, ou quand la température baisse, on peut les rabattre contre la face avant des capteurs 21 et 22 par un moyen manuel ou mécanique. Les parties 21a et 22a peuvent être orientées par rapport au soleil, et prendre les insolations matinales et tardives et, une fois fermées, sur 21 et 22, elles assurent l'isolation thermique. La figure 4 est une autre variante de l'invention qui consiste en des capteurs qui s' orientent et se replient l'un sur l'autre, assurant ainsi l'isolation des capteurs 23 et 24. Ces derniers peuvent être orientes de telle sorte qu'on peut capter les rayons matinaux ou tardifs. Tout autre système d'articulation, ou sur le plan vertical, ou sur le plan horizontal, pourrait être envisagé. La figure 5 est une autre variante qui consiste en des capteurs qui sont fixes et les éléments isolants 25a et 26a qui viennent les obstruer sont munis d'un miroir réfléchissant, de quelque matériau que ce soit, pouvant être orientés pour réfléchir les rayons vers les capteurs. La figure 6 représente schématiquement une autre variante de réalisation comportant plusieurs capteurs ou plusieurs rangées de capteurs 27a, 27b, 27c alignés. Dans cette variante, les capteurs sont décalés les uns par rapport aux autres, pour présenter une meilleure isolation. Les capteurs 27b et 27c comportent un obturateur 28a et 28b,qui coulisse dans un plan horizontal sur des rails hauts et bas, de sorte que pendant le jour, il isole complémentairement la face arrière du capteur. il occupe les positions représentées en pointillés 28a > et 28b', dans lesquelles il occulte la face utile des capteurs lorsque la temperature de sortie du capteur est inférieure à la température de stockage, par exemple la nuit, lors de passages nuageux ou de baisses de températures etc..... La rangée 27c comporte > en outre, des obturateurs 29 qui s'effacent pendant le jour. latéralement, et qui coulissent pour occuper la nuit la position 29'. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers éléments constitutifs des capteurs qui viennent d'être décrits, à titre d'exemple, pourront etre remplacés par des éléments équivalents remplissant les mêmes fonctions. REVENDICATIONS 1 - Capteur solaire comportant un absorbeur plan, placé sous une paroi transparente, dans lequel circule un liquide caloporteur, caractérisé en ce qu il comporte,de plus, un obturateur mobile et isolant qui occulte temporairement la face vitrée du capteur. 2 - Capteur selor. la revendication 1, caractérisé en ce que ledit obturateur est équipé d'un thermostat placé à la sortie du capteur, qui compare la température de sortie du liquide caloporteur à une température de réfé rence et qui commande automatiquement ledit moteur. 3 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit obturateur est manoeuvré manuellement. 4 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, relié à un réservoir d'accumulation et comportant un thermostat différentiel, qui compare la température de l'eau sortant du capteur à la température de l'eau dans ledit. réservoir et qui arrête automatiquement une pompe de circulation de l'eau lorsque cette température de sortie est inférieure à la température dans le réservoir, caractérisé en ce que ledit thermostat commande automatiquement la fermeture dudit obturateur en même temps qu'il arrête la pompe de circulation. 5 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit obturateur est constitué par un rideau roulant formé de la melles articulées entre elles. 6 - Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un rideau dont les deux bords opposés parallèles aux lamelles sont relies par des câbles ou des chaînes passant sur deux rouleaux, paralleles aux lamelles, situés le long des deux côtés opposés du capteur de sorte que ledit rideau occupe alternativement une première position ot il occul te la face avant du capteur et une deuxième position où il masque et isole thermiquement la face arrière du capteur. 7 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que lesdites lamelles sont creuses et sont garnies d'un produit cellu laire isolant thermique. 8 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit obturateur est constitué par un volet pivotant à un ou plu sieurs vantaux. 9 - Capteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la face interne desdits vantaux est réfléchissante. 10 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit obturateur est constitué par un panneau plan coulissant. 11 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de faire varier l'inclinaison en site selon les saisons.