Brevet FR2378241A1 — publié le 19780818

La présente invention concerne un appareil permettant de capter l'énergie solaire avec peu ou pas de concentration de celle-ci en réchauffant un fluide caloriporteur à une tempéra- ture modérée ou de refroidir ce fluide par émission par rayonnement pendant la nuit. lies capteurs les plus connus sont constitués par un élément absorbeur généralement métallique, un vitrage simple ou double du côté exposé au soleil et une couche d'isolation du côté opposé, le tout logé dans une carcasse protectrice plus ou moins étanche. Le rendement réel de ces capteurs est limité en raison des pertes, notamment par convection (qui augmentent avec la vitesse du vent), par reflexion, en cas de condensation sur les vitrages et aux heures où l'angle d'incidence du rayonnement solaire est important et par condution, en cas d' infiltra- tion d'eau dans l'isolation. De plus, ils présentent de grandes surfaces noires qui posent des problèmes d'esthétique pratiquement insolubles. Aspect essentiel, la fabrication de ces capteurs ( et des éléments qui les composent) entraine une grande consommation d' énergie qui ntest compensée par l'énergie solaire captée qu'au bout de très longues durées d'utilisation. Ceci explique leur prix élevé, en continuelle augmentation. lie capteur suivant la présente invention permet de réduire au moins partiellement ces inconvénients. Dans sa construction rentrent peu de composants métalliques, le poids et le prix de vente du mètre carré sont nettement plus réduits, le rendement est élevé et moins influencé par la température ambiante, la vitesse du vent et l'angle d'incidence du rayonnnement solaire; il est plus facile à loger. lie capteur, objet de l'invention, est constitué par plusieurs éléments de captation formés chacun de deux tubes sensiblement concentriques, le tube extérieur étant transparent, un vide plus ou moins poussé étant réalisé entre les tubes, le fluide caloriporteur circulant dans le tube intérieur, les tubes intérieurs des divers éléments de captation étant connectés entre eux en série ou en parallèle par des éléments de connexion ou collecteurs. e capteur ou plusieurs capteurs interconnectés sont raccordés en circuit ouvert ou ferné à un circuit d'utilisation de la chaleur véhiculée. lies éléments de captation peuvent etre placés verticalement, horizontalement ou obliauenent. lies éléments de connexion peuvent être rigides ou souples. Dans le cadre de l'invention, le panneau peut être utilisé non pas comme capteur mais comme émetteur, le fluide caloriporteur se refroidissant par rayonnement vers le ciel, pendant la nuit. En général le capteur objet de l'invention peut se présenter non seulement comme une surface plane mais comme une surface développable quelconque. Selon un mode de réalisation, les éléments de captation sont rapprochés et placés sur une ligne ou bien en quinconce sur deux lignes, les parties aDsorbantes couvrant dans ce dernier cas toute la surface exposée au soleil. Selon un autre mode de réalisation, les éléments de captation sont maintenus espacés par des lamelles en métal, bois, béton, verre ou autres matériaux disposés entre eux, lesdites lamelles ayant un role esthétique ou pouvant assurer la résistance mécanique de l'ensemble. Une variante de ce mode de réalisation consiste à incorporer plus ou moins profondément les éléments de captation dans un panneau.de façade ou de toiture ou bien dans des volets pliants ou roulants. li'assemblage des éléments de captation avec les collecteurs pour la constitution du capteur est facile à réaliser, meme par un non spécialiste, sur le lieu d'utilisation, il peut être livré en ensemble à monter. L'invention sera décrite plus en détail ci-après sous sous forme dr exemples de réalisation avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels Big. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un élément de captation cylindrique Fig. 2 en est une vue en coupe transversale par A-A de figure 1; Fig. 3 est une vue en coupe transversale d'un élément de captation cylindro-parabolique Fig. 4 est une vue schénatisue en élévation frontale d'un capteur plan formé d'éléments de captation connectés en parallèle et placés verticalement ;; Fig. 5 est une vue en coupe transversale par A-A de figure 4 Fig. 6 est une vue schématique en élévation frontale d' un capteur plan formé d'éléments de captation connectés en série et placés horizontalement Fig. 7 est une vue de détail en coupe longitudinale, d ns le plan des capteurs d'un des coins du capteur selon figure 4 dont les collecteurs sont rigides Fig. 8 est une vue de détail en coupe longitudinale d'un raccord souple suivant figure 6 Fig. 9 est une vue en coupe transversale d'un capteur suivant figure 6 dans une application sous forme de volet roulant et Fig. 10 est une vue schématique en élévation frontale d'un captéur à longueurs multiples. lies éléments de captation (Fig. 1, Fig. 2 et Fig. 3) constituent la partie essentielle du capteur de rayonnement suivant l'invention. Un tel élément est formé de deux tubes sensiblement concentriques (i et 2) entre lesquels est réalisé un vide plus ou moins poussé. lie tube extérieur (2) est toujours en matière transparente et est fixé sur le tube intérieur par les joints souples et durables (3), par exemple en silicone autovulcanisant, qui assurent en même temps le maintien du vide entre les deux tubes et la compensation des différences de dilatation. Selon un mode de réalisation de l'invention, le tube intérieur est en matière opaque ayant avantageusement de bonnes propriétés sélectives (coefficient d'absorption/coefficient d' émission plus grand que i). Selon un autre mode de réalisation le tube intérieur est réalisé en matière transparente, le corps absorbant étant soit un élément solide : tige, tube, feuille plissée, etc ; soit le fluide lui-même auquel cas celui-ci contient un colorant ou des particules en suspension, par exemple du noir de carbone. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, l'élément solide représenté est une tige (4) maintenue à l' aide d'un dispositif de distancement à créneaux (5)o Une surface réfléchissante est prévue entre les deux tubes de manière à envelopper en partie, du côté opposé au soleil, le tube intérieur afin de renvoyer vers celui-ci le rayonnement solaire qui passerait sinon à coté du tube intérieur ainsi que le rayonnement réémis par ce dernier. Selon une variante, 1' élément réfléchissant est réalisé par une tôle mince cintrée en forme de secteurs de parabole (6) et est intercalé entre le tube intérieur (i) et le tube extérieur (2).Selon une autre variante, une couche réfléchissante (8) est déposée sur une partie de la surface intérieure du tube extérieur qui a dans ce cas, de préférence, une forme se rapprochant d'un cylindro-parabololde conformément à la figure 3. lies éléments de captation sont interconnectes en parallèle ou en série au moyen de collecteurs de manière à former des panneaux dont divers exemples sont représentés dans les figures 4, 5 et 6. Dans la figure 4, les éléments de captation (10) sont verticaux, et raccordés en parallèle par l'intermédiaire de deux collecteurs (9) munis chacun d'un embout de raccordement (12 et 13) qui permettent le branchement du capteur dans le circuit d' utilisation. li'écartement nécanique entre les collecteurs 9 est assuré par des entretoises calibrées 11. Dans la figure 6, les éléments de captation sont horizontaux et connectés en série au moyen d'un certain nombre de raccords (15). lies deux derniers éléments de captation sont munis d'embouts de raccordement (12 et 13 ). La circulation du liquide caloriporteur est assurée soit par-thermosyphon, soit à l'aide d'une pompe. lie débit du fluide et par conséquent, dans certaines limites, aussi sa température peuvent être éventuellement réglés à l'aide d'un thermostat, contrôlant Si nécessaire la pompe. lie fluide caloriporteur entre par l'embout (12) et sort par l'embout (13). Selon un mode de réalisation, les collecteurs sont rigides selon un autre ils sont-souples afin que le capteur puisse être incurvé ou enroulé. Un coffrage de protection (14), figure 5, qui peut être éventuellement en matière réfléchissante, par exemple en tôle d'aluminium, peut être prévu. li'amélioration du rendement qu'il apporte est faible, son rôle étant surtout celui de protection. La figure 7 représente à titre d'exemple des solutions de détail concernant la réalisation et l' ssembla > e d'un capteur à éléments de captation verticaux connectés en parallèle et placés en ligne entre deux collecteurs rigides (9) entourés par une chemise calorifuge (16) et habillés d'un coffrage de protection (14).L'assemblage des éléments de captation avec les collecteurs est réalisé à l'aide de tiges entretoises (ii) de longueur calibrée positionnant de façon précise un collecteur (9) par rapport à l'autre et assurant un écrasement convenable des joints souples (20) prévus aux extrémités des tubes. lies entretoises (11) sont munies d'un filetage intérieur qui reçoit les vis (17) isolées thermiquenent par rapport aux collecteurs (9) par les rondelles (18). Pour protéger les éléments de captation des cales d' anortissement souples (19) peuvent être prévues. La figure 8 représente à titre d'exemple une solution de détail concernant l'assemblage d'un capteur à éléments de captation horizontalz connectésen série à l'aide de raccords souples (15) et de colliers de serrage (21). Une chaine du type Galle formée de maillons (23) et de rivets (22) maintient un même écartement entre les éléments de captation. Ce type ae capteur peut être enroulé sur un cylindre comme représenté à la figure (9). Pour des raisons de dilatation, de résistance et d'encombrement, la longueur des éléments de captation est limitée. Il est possible dans le cadre de la présente invention de réaliser des capteurs de longueur plus grande, voir double ou triple, en utilisant des collecteurs intermédiaires (24) auxquels sont raccordées les extrémités des éléments de captation des deux capteurs identiques comme représenté à la figure 10. Le capteur d'énergie solaire objet de la présente invention peut être utilisé pour réchauffer un fluide dans toute installation en soi connue, de rechauffage d'eau domestique ou industrielle, de chauffage ou de climatisation de locaux ou bien de conversion de l'énergie solaire en énergie mécanique ou -'lectrique. Une autre application dans le cadre de la meme invention est le refroidissement d'un fluide par rayonnement vers le ciel pendant la nuit, pour assurer le conditionnement des locurL. Dans les deux cas, le capteur suivant l'invention présente un bon rendement et un prix de revient réduit. Il s'intègre facilement dans ltesthétique des bâtiments pouvant avoir un rôle décoratif. R E Y E N D I C A T I O IT S 1. Un capteur d'énergie solaire caracvarisé en ce qu'il comporte au moins deux éléments de captation for chacun de deux tubes sensiblement concentriques, le tube extérieur étant transparent, un vide plus ou moins poussé étant réalisé entre les tubes, le fluide caloriporteur circulant dans le tube intérieur, les tubes intérieurs des éléments de captation étant connectés entre eux en série ou en parallèle par des éléments de connexion. 2. Un capteur d'énergie solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments de captation peuvent etre placés verticalement, horizontalement ou obliquement. 3. Un capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les éléments de connexion sont rigides. 4. Un capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les éléments de connexion sont souples. 5. Un capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications I à 4 caractérisé en ce que le tube intérieur est en matière opaque ayant de bonnes propriétés sélectives. 6. Un capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications i à 4 caractérisé en ce que le tube intérieur est réalisé en matière transparente, le corps absorbant étant un élément solide tel qu'une tige, un tube, une feuille plissée et analogue, pressentant de bonnes propriétés absorbantes ou bien sélectives. 7. Un capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le tube intérieur est réalisé en matière transparente, le corps absorbant étant un fluide qui est coloré ou qui contient des particules en suspension tel que du noir de carbone. 8. Un capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'un élément réfléchissant est placé entre les deux tubes de manière à envelop vr en tartie, du côté opposé au soleil, le tube intérieur. 9. Un capteur d'énergie solaire selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'élément réfléchissant-est réalisé par une tôle mince eintrée en forme de secteurs de parabole. 10. Un capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une couche réfléchissante est déposée sur une partie de la surface intérieure du tube extérieur. 11. Un capteur d'énergie solaire selon la revendication 10 caractérisé en ce que le tube extérieur a une forme se rapprochant d'un cylindro-parabololde. 12. Un capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à il caractérisé en ce que les éléments de captation sont plus ou moins incorporer dans un élément de construction. 13. Un capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à il caractérisé en ce que les éléments de captation sont maintenus espacés par des lamelles en métal, en bois, béton, verre ou autres matériaux disposés entre eux. 14. Un capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que l'assemblage est réalisé à l'aide de tiges entretoises de longueur calibrée assurant un écrasement convenable des joints placés entre les tubes intérieurs et les collecteurs. 15. Un capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications i à 14 caractérisé en ce que les éléments de captation sont disposés soit sur une ligne droite ou courbe, soit sur deux lignes droites ou courbes en quinconce, l'ensemble formant un panneau plan ou suivant une quelconque surface développable. 16. Un capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 et 4 à 14 caractérisé en ce que les éléments de captation peuvent s'enrouler, la distance entre eux étant maintenue constante, à l'aide d'éléments tels que des maillons articulés. 17. Un capteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 caractérisé en ce que la dimension du panneau est augmentée dans le sens de la longueur en utilisant des collecteurs ou raccords intermédiaires.