Brevet FR2390685A1 — publié le 19781208

La présente invention a pour objet un système de collection de l'énergie solaire fonctionnant en dépression. Elle trouve une application dans la réalisation d'appareils destinés z récupérer l'énergie solaire, en vue notamment du chauffage des bâtiments, de la fourniture d'eau chaude pour les besO ; dpmestiques ou industriels, etc.. On spat qu'un système de collection de l'énergie solaire cotr,rend., de façon générale, un circuit parcouru pat un fluide caloporteur, ledit circuit étant constitué par un capteur solaire, un réservoir d'accumulation dudit fluide et des moyens pour mettre en circulation le fluide entre le capteur et le réservoir et également un circuit d'utilisation. Dans l'art antérieur, les moyens pour mettre en circulation le fluide caloporteur sont constitués par une pompe refoulante, de sorte que le circuit, et le capteur en particulier, sont en surpression. De nombreux inconvénients résultent de cette situation. En cas d'obturation du circuit, par exemple, la pression croît dans le circuit a un point tel que le capteur peut être détériore, De même si, pour une raison quelconque, la circulation de liquide se trouve interrompue et si le capteur continue a être exposé au rayonnement solaire, le liquide qu'il contient peut entrer en ébullition et l'élévation de pression qui en résulte peut encore détériorer l'appareil. C'est peur bette raison que les capteurs sol aires uti.lisEb dans dss telles installations sont conçus pour pouvoir résister à la surpression qui y règne en permanence et aux surpressions ccidentelles qui peuvent apparaître en cas de défaillance d'un organe. Ils sont donc munis de moyens robustes de fermeture et d'étanchéité, constitues le plus souvent par des soudures. La présence de ces moyens grève le cout des capteurs et rend une opération, de démontage qtiasiimpjssible. En outre, ces installations en surpression nécessitent des absorbeurs ayant une grand resistance mécanique ; ils utilisent donc normalement l'acer, matériau qui, par suite des pro blèmes de ccrrosion, se prête mal a une vidange du circuit. Or, cette opération est nécessaire en période d'hiver, dès qu'apparas- sent des risques de gel du liquide caloporteur et qui est nécessaire pendant la nuit, si l'on veut éviter que le fluide caloporteur subisse, dans le capteur, des pertes de chaleur.par rayonnement vers l'extérieur. Les capteurs à surpression ne sont cependant pas les seuls connus. Il existe des systèmes de récupération de l'éner- gie solaire dont le collecteur est un capteur solaire à ruissellement, fonctionnant à la pression atmosphérique. Ces capteurs présentent l'inconvénient de nécessiter un débit de liquide soigneusement réglé. En effet, en dessous d'un certain débit critique, le capteur n'est pas rempli de liquide et le rendement de l'appareil en est affecté , au-dessus dudit débit, le liquide s'accumule en un point du circuit, ce qui peut entraîner l'apparition d'une surpression. La présente invention a justement pour objet un sys thème de collection de l'énergie solaire qui évite ces inconvénients, notamment un CL qu'il supprime les risques de surpression, en ce qu'il permet d'utiliser un capteur de conception très simple et en ce qu'il facilite l'opération de vidange. A ces fins, le système de l'invention comprend essentiellement des moyens pour mettre en dépression le circuit du fluide caloporteur par rapport à l'atmosphère. Ces moyens sont indépendants des moyens de mise en circulation du liquidecaloporteur. Cette indépendance des fonctions et des moyens de mise en dépression et de mise en circulation assure que le fluide circulant dans le capteur est, en toute circonstance, en dépression. De façon plus précise, l'invention a donc pour objet un système de collection de l'énergie solaire, du genre de ceux qui comprennent un circuit parcouru par un fluide caloporteur et constitué par : un capteur solaire, un réservoir d'accumulation dudit fluide et des moyens pour mettre en circulation ledit fluide entre le capteur et le réservoir ; ce système est caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour mettre en dépression ledit circuit par rapport à I'atmosphère, De préférence, lesdits moyens pour mettre en dépression le circuit comprennent, d'une part, une enceinte disposée au-dessus des capteurs et du réservoir et reliée à ce dernier par un conduit d'aspiration et, d'autre part, une pompe d'aspiration d'air débouchant à la partie supérieure de ladite enceinte. Dans une première variante, les moyens pour mettre en mouvement le fluide caloporteur sont constitués par une entre d'air calibrée, percée dans le conduit d'aspiration reliant le réservoir à l'enceinte, la circulation du liquide s'effectuant alors par circulation d'air, ou "air-lift". Dans une seconde variante, ces moyens sont constitués par une pompe de circulation refoulante disposée dans le conduit d'alimentation du capteur, ladite pompe refoulant le fluide sous une pression inferieure à la dépression qui règne dans le circuit et de valeur comparable à celle des pertes en charge du circuit. Dans une troisième variante, ces moyens sont consti tues par un récipient de stockage placé entre le capteur et le réservoir d'accumulation et par une pompe de circulation placée entre le récipient de stockage et le réservoir d'accumulation, le niveau de liquide dans ledit récipient étant plus élevé que le niveau de liquide dans ledit réservoir. Dans tous ces modes particuliers de réalisation, le capteur peut etre quelconque et notamment d'un type déjà connu. Mais il est avantageusement constitué par un absorbeur inséré entre deux plaques, lesdites plaques s'appuyant sur un joint d'étanchéité disposé à leur périphérie et étant tenues en place par l'effet de la dépression qui règne dans ledit absorbeur. De toute façon, les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente le schéma de principe d'un système de collection de l'énergie solaire selon l'art antérieur ; - la figure 2 représente un premier mode de réalisation du système selon l'invention dans une première variante de réalisation des moyens de mise en circulation-du fluide caloporteur ; - la figure 3 représente une seconde variante de réalisation des moyens de mise en circulation du fluide caloporteur ; - la figure 4 représente une troisième variante de réalisation des moyens de mise en circulation du fluide caloporteur ;; - la figure 5 représente, en perspective, un capteur selon 11 invention ; - la figure 6 représente, en vue de dessus, une disposition possible pour les entretoises - la figure 7 représente, en coupe, un mode de réalisation de l'absorbeur utilisant deux plaques ondulées ; - la figure 8 représente une variante de réalisation d'absorbeur à l'aide de granulats disposés dans une gaine transparente souple Dans la description qui suit, on supposera, à titre explicatif, que le liquide caloporteur est de l'eau. Il va de soi que d' autres liquides pourraient être utilisés, sans sortir pour cela de l'invention. Sur la figure 1, est représenté le schéma de principe d'un système de collection d'énergie solaire selon l'art antérieur. Le système représenté comprend un capteur solaire 2, un réservoir d'accumulation 4 et un circuit fontié par les conduits 6a et 6b parcourus par de -l'eau. Les moyens pour mettre en circulation l'eau sont constitués, dans cet art antérieur, par une pompe à refoulement 8. Le réservoir d'acèumulation 4 est muni d'un conduit d'arrivée d'eau 10, et d'un conduit de sortie 12 relié aux organes d'utilisation.Un système à flotteur 14 et à clapet 16 permet de maintenir, en marche normale, le niveau d'eau dans le réservoir 4 entre deux valeurs prédeterminées, le niveau supérieur étant en dessous du point le plus bas de l'absorbeur. Un évent ou trop-plein 18 est généralement prévu à la partie supérieure du réservoir. Le capteur 2 canprend un absorbeur 20 (c' est-à-dire un moyen apte à absorber le rayonnement solaire) et des moyens 22 de fermeture de l'absorbeur tels qu'ils puissent résister à la surpression qui règne dans l'absorbeur, par rapport à l'atmosphère, surpression qui peut être aggravée lors d'une obturation du conduit en 6b par exemple, ou en cas de mise en ébullition de l'eau. Les inconvénients d'une telle installation ont été soulignés plus haut : complexité du capteur, cott élevé, risque de corrosion lors des vidanges. La majeure partie de ces inconvénients disparaît lorsque l'on met l'absorbeur en dépression par rapport à l'atmosphère, ce qui permet d'utiliser des capteurs de technologie différente. Un premier mode de réalisation consiste à créer la dépression dans l'absorbeur par une pompe aspirante placée sur la conduite 6b en 8' après le capteur 2. Mais cette solution présente encore certains inconvénients. D'une part, la pompe qui fonctionnerait avec une hauteur d'eau importante à l'aspiration serait de réalisation délicate et présenlerait des difficultés d'amorçage d'autre part, sa vitesse devrait etre rigoureusement contrôlée car une augmentation de la dépression peut entraîner soit un écrasement des capteurs, soit des phénomènes d'ébullition, soit une cavitation dans la pompe, chacune de ces trois causes pouvant provoquer des détériorations graves dans l'installation. Un mode de réalisation préférentiel, qui est représenté sur la figure 2, remédie à ces inconvénients. Il comprend encore un capteur 2, un réservoir 4 et un conduit 6 de circulation ; le réservoir 4 est encore muni d'un conduit d'arrivée 10 et d'un conduit de départ 12 et d'un système à flotteur 14 et clapet 16 destiné à maintenir le niveau d'eau entre deux valeurs predéterminées, le niveau supérieur étant plus bas que le point inférieur de l'absorbeur. Mais, selon 11 invention, le système comprend en outre des moyens pour mettre en dépression le circuit 6.Sur la variante illustrée, ces moyens sont constitués par une enceinte 24 disposée au-dessus du ou des capteurs et du réservoir 4 avec lequel elle communique par un conduit d'aspiration 26 branche sur le conduit 6, et par une pompe d'aspiration 28 débouchant à la partie supérieure de l'enceinte 24. Cette enceinte est avantageusement nunie d'un système à flotteur 30 relié à un contacteur 31 commandant l'arrêt de la pompe dlaspiration afin de maintenir le niveau d'eau constant dans ladite enceinte, ce niveau étant plus haut que le point supérieur de l'absorbeur. L'ensemble du capteur et des conduits 6 est disposé au-dessus du niveau d'eau du réservoir 4 où règne la pression atmosphérique, de sorte que le circuit est en dépression par rapport à ladite pression atmosphérique.Par ailleurs, le capteur solaire 2 voit sa structure simplifiée puisque, du fait de la dépression qui règne dans l'absorbeur 20, celui-ci peut se réduire à deux plaques 32 et 34 enserrant un joint d'étanchéité 36, l'ensemble tenant en place par l'effet de la dépression. Dans une première variante de réalisation, les moyens pour mettre en mouvement le liquide sont constitués par une entrée d'air calibrée 38 percée dans le conduit d'aspiration 26. L'air qui s'infiltre dans ladite entrée donne naissance à un courant ascendant de bulles qui entrain le liquide, par un phénomène "d'air-lift". Dans une deuxième variante de réalisation illustrée sur la figure 3, les moyens de mise en circulation du liquide sont constitués pa-r une pompe 40 qui refoule le liquide sous une pression inférieure à la dépression qui règne dans le circuit afin qu'y soit maintenue, selon la caractéristique essentielle de l'invention, une dépression par rapport à l'atmosphère La valeur de la pression de refoulement est avantageusement de l'ordre des pertes en charge du circuit. La pompe 40 peut être constituée par un circulateur classique du type de ceux qu'on utilise dans les installations de chauffage central. Les autres moyens illustrés par la figure 2 sont maintenus inchangés par rapport au système de la figure précédente, exception faite de l'entrée d'air calibrée, qui naturellement, dans cette variante, n'existe plus. Cette seconde variante peut présenter certains inconvénients en cas d'obturation de la canalisation. On peut pour y remédier, disposer après la pompe une soupape tarée réglée à la pression à ne pas dépasser. Toutefois, si l'on veut éviter ce risque, on adopte un autre mode de réalisation qui est illustré par la figure 4. Le système représenté sur cette figure comprend, en plus des organes déjà représentés sur la figure 3, un récipient de stockage supplémentaire 42 muni d'un dispositif à flotteur et contact 44 afin de maintenir constant le niveau de liquide qui commande l'arrêt de la pompe de circulation 40. Le récipient de stockage 42 est placé dans une position telle qu' il existe un écart H entre les niveaux d'eau dans le récipient 42 et dans l'enceinte 4. Le liquide est alors mis en circulation par un phénomène de siphon, dans le sens indiqué par les flèches. Dans les trois variantes qui viennent d' tre décrites en référence aux figures 2, 3 et 4, il apparaît bien que les fonctions de mise en dépression du circuit et de mise en circulation du liquide sont découplées, ce qui confère à ltensem- ble les avantages déjà mentionnés. En outre, le système offre la possibilité d'effectuer de manière simple la vidange du circuit. Pour cela il suffit d'arreter la pompe d'aspiration 28, et d'ouvrir une prise d'air dans le récipient 24 pour provoquer immédiatement le retour du liquide dans le réservoir 4 et laisser le capteur et les conduits 6a et 6b vides d'eau. Inversement, la mise en eau s'effectue. simplement par mise en route de la pompe d'aspiration 28. Canme il a été souligné plus haut, l'invention autorise l'emploi de capteurs simplifiés, comme il va entre décrit maintenant en référence aux figures 5 à 8. Sur la figure 5, est représentée une vue en perspective d'un capteur selon l'invention fonctionnant en dépression. Un tel capteur comprend un absorbeur 50 (c'est-à-dire un organe apte à absorber le rayonnement solaire), disposé sur un support 52 placé dans le fond d'un boîtier de protection 54 présentant une vitre supérieure 56. Des conduits d'arrivée 58 et de sortie 60 sont prévus pour la circulation d'un liquide caloporteur. Selon l'invention, l'absorbeur proprement dit 50 comprend une première paroi 62 revêtue d'un matériau absorbant le rayonnement solaire et une seconde paroi 64, un joint d'étant chéité 66 disposé à la périphérie desdites parois et des entretoises 68.Du fait de la dépression qui règne dans l'absorbeur, les parois 62 et 64 sont appliquées sur le joint d'étanchéité 66 et sont maintenues à l'écartement approprié par les entretoises 68. Des clips 70 peuvent être disposés à la périphérie de l'absorbeur pour le maintenir en place.Iorsque, la vidange ayant été effectue, la pression qui règne à l'intérieur de l'absorbeur devient égale à la pression atmosphérique. Quant au boîtiér, il peut comprendre une cale d'épaisseur 71 fixée au fond 52 et à un support 73 pour la vitre 56. On voit, sur cet exemple de réalisation, que le capteur de la pressente invention devient de conception très simple puisque l'absorbeur est dépourvu de soudures. La figure 6 représente un autre mode de réalisation de l'absorbeur dans lequel des entretoises 72 sont placées. de telle manière que le liquide séjourne plus longtemps dans les aones chaudes que dans les zones froides, ceci pour tenir compte du fait que le rendement de collection d'un tel sys tee décroît avec la température. Dans une autre variante de réalisation, l'absorbeur est constitué, comme illustré sur la figure 7, par deux plaques gaufrées 74 enserrant un joint d'étanchéité 76 ; des clips 78 complètent l'ensemble. Dans cette variante, lteau circule dans les canaux 80 ménagés entre les deux plaques gaufrées. rl niest pas utile de décrire ici en détail les matériaux ou revêtements absorbant la lumière, puisqu'ils peuvent être de tout type connu. Néanmoins, il est représenté sur la figure 8, un cas particulier qui correspond à l'utilisation da granulats 82 disposés dans une enveloppe 84 souple et absorbant le rayonnement solaire1 notamment en matière plastique. Ces granulats peuvent être constitués par du sable r des graviers, des matériaux divers, etc... L'intérêt général de ces matériaux tient à leur faible cotit. Nais, dans un absorbeur comme celui de la présente invention, ils en présentent un autre qui est le suivant : ltenvelop pe 84 en matière plastique vient se plaquer sur les granulats des couches externes sous l'effet de la dépression ; il en résulte que l'enveloppe en plastique maintient en place lesdits granulats. REVENDICATTONS 1. Systeme de collection de l'energie solaire, du genre de ceux qui comprennent un circuit parcouru par un liquide caloporteur et constitué par un capteur solaire, un réservoir d'accumulation dudit liquide et des moyens pour mettre en circulation ledit liquide entre le capteur et le réservoir, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour mettre en dépression ledit circuit par rapport à l'atmosphère. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour mettre en dépression le circuit comprennent, d'une part, une enceinte disposée au-dessus du réservoir et du capteur et reliee au réservoir par un conduit d'aspiration et, d'autre part1 une pompe d'aspiration d'air débouchant à la partie supérieure de ladite enceinte, ledit circuit étant situé au-dessus du niveau de liquide dans ledit réservoir. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour mettre en mouvement le liquide sont constitués par une entrée d'air calibrée, percée dans le conduit d'aspiration reliant le réservoir à l'enceinte. 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour mettre en mouvement le liquide sont constitués par une pompe de circulation refoulante disposée dans le conduit d'alimentation du capteur, ladite pompe refoulant le liquide sous une pression inférieure à ladite dépression et de valeur comparable à celle des pertes en charge du circuit. 5. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour mettre en mouvement le liquide sont constitués par un récipient de stockage placé entre le capteur et le réservoir d'accumulation et par une pompe de circulation placée entre le récipient de stockage et le réservoir dlaccumu- lation, le niveau de liquide dans ledit récipient étant plus élevé que le niveau de liquide dans ledit réservoir. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la pompe d'aspiration d'air est commandée par un contacteur, relié à un système à flotteur disposé dans l'enceinte. 7. Système selon la revendication 1, le capteur étant du genre de ceux qui comportent un absorbeur à deux plaques, dont l'une est recouverte d'un matériau absorbant la lumière solaire, caractérisé en ce que lesdites plaques de l'absorbeur s'appuient sur un joint d'étanchéité disposé à leur périphérie et sont tenues en place par lteffet de la dépression qui règne dans ledit absorbeur. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que des entretoises sont disposées entre les deux plaques de l'absorbeur. 9. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les plaques de l'absorbeur sont des plaques gaufrées ménageant entre elles des canaux de circulation. 10. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur comprend un absorbeur constitué par une gaine en matière souple remplie de granulats.