Brevet FR2386785A1 — publié le 19781103

L'invention est relative à un capteur solaire à fluide caloporteur. De tels capteurs sont utilisés dans les installations assurant le chauffage de locaux et pour la production d'eau chaude ,à usage sanitaire ou autre. De façon connue,ces capteurs comportent des éléments d'échange thermique qui,reliés au circuit de fluide caloporteur,sont disposés dans une chambre formant serre et délimitée par un panneau postérieur isolant et une paroi antérieure,au moins localement translucide.1'énergie- solaire passant à travers la paroi antérieure translucide et venant frapper la face antérieure traitée des éléments d'échange est transformée en énergie calorifique qui échauffe le fluide caloporteur contenu dans ces éléments.L'effet de serre évite les déperditions calorifiques . Actuellement,les capteurs de ce type sont obtenus par la juxtaposition de caissons préfabriqués comprenant chacun une isolation postérieure,un élément d'échange thermique,un vitrage et des moyens d'étanchéité entre caissons et vitrage.t'assemblage de ces caissons pose des problèmes d'étanchéité.De plus,du fait de son indépendance,chaque caisson tend à garder les eaux de pluie qu'il reçoit,par exemple à la suite d'un bris de vitrage,ou les fuites de fluide caloporteur-provenant d'une défaillance de l'élément d' échange thermique,ce qui peut entraîner la détérioration de son isolant et nécessiter son remplacement et conduire à des dégâts sur les éléments supportant le capteur. Enfin, ces caissons présentent des dimensions standard qui ne permettent pas de les adapter à tous les projets architecturaux. La présente invention a pour but de fournir un capteur solaire qui,ayant un rendement accru,soit adaptable à toutes constructions,soit sûr et ne risque pas dtetre soumis à des surchauffes localisées. Dans ce capteur,le panneau postérieur isolant,d'une part,est composé d'une paroi postérieure supportant l'isolation et posée sur une ossature,et d'une paroi antérieure d'étanchéité délimitant,avec la précédente,un espace garni d'un matériau isolant et, d'autre part,s'étend sur toute la longueur du capteur,mais est bordé,au moins sur deux de ses c8tés,par des caissons de ventilation communiquant avec la chambre formant serre,tandis que la paroi antérieure translucide s'étend de manière continue sur la totalité du capteur et est maintenue à distance du panneau posté rieur,par des cales espacées délimitant des canaux permettant à l'air contenu dans la chambre formant serre de circuler naturellement ou sous l'action d'une ventilation forcée aboutissant dans les caissons de ventilation et déclenchée par des moyens de commande,sous la dépendance de moyens de contre de la température de l'air dans la chambre formant serre et/ou de la température du fluide caloporteur. Il ressort de ce qui précède que les éléments d'échange thermique sont tous disposés dans la même chambre,ce qui est favorable au brassage naturel de l'air contenu dans cette chambre afin d'éviter toute surchauffe localisée du capteur.Par ailleurs,en cas de besoin, la chambre précitée peut être soumise à un renouvellement complet de l'air qu'elle contient au moyen d'une ventilation forcée provenant des caissons de ventilation.Cette ventilation forcée peut titre utilisée pour réduire la température de la lame d' air en vue d'éviter la surchauffe du capteur et la surpression qui en résulte dans la chambre,mais aussi pour assurer un certain refroidissement des éléments d'échange thermique,par exemple,pour assurer le rafraichîssement d'un local muni d'un plancher chauffant relié au capteur,de meme que pour réchauffer la chambre s'il faut déneiger a paroi antérieure translucide. Il faut également noter qu'en cas de bris partiel de la paroi antérieure translucide permettant à la pluie de pénétrer dans le capteur,de même qu'en cas de fuite de l'un des éléments d'échange thermique,ces liquides tombent sur la paroi antérieure d'étanchdi- té du panneau postérieur et sont conduits,par cette-paroi,à la base du capteur,ce qui évite toute détérioration de l'isolation du capteur et des éléments qui le portent. Selon les formes de réalisation,les éléments d'échange therque en forme de panneau plan et constitués par deux parois métalliques embouties et liées l'une à l'autre en-formant des canaux internes pour la circulation du fluide caloporteur,sont disposés, soit parallèlement au panneau postérieur,soit de manière à former des auges sensiblement verticales dont la concavité est dirigée vers l'extérieur du capteur.Dans ce cas,chaque auge peut être constituée par trois éléments d'échange thermique reliés chacun à un collecteur indépendant de celui des autres,mais commun pour tous les éléments ayant meme disposition angulaire,collecteur raccordé lui-meme à un collecteur principal avec interposition d'une électro-vanne. Cette forme d'exécution est particulièrement intéressante,car elle permet,en fermant le collecteur du ou des éléments d'échange thermique les moins bien exposés,d'obtenir une meilleure régulari té de la température de sortie du fluide caloporteur et de profiter ainsi au maximum de l'ensoleillement horaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant,à titre d'exemple non limitatif,deux formes d'exécution du capteur selon l'invention. Figure 1 est une vue en perspective avec coupes partielles d'une première forme de réalisation du capteur selon l'invention, Bigure 2 en est une vue en coupe verticale suivant 2-2 de figure 1, Figure 3 en est une vue en coupe transversale suivant 3-3 de figure 2, Figure 4 est une vue en coupe verticale d'une autre forme de réalisation de ce capteur, Figure 5 est une vue en coupe transversale suivant 5-5 de figure 4, Figure 6 est une vue partielle à échelle agrandie montrant en coupe transversale une variante du capteur de figures 4 et 5. Le capteur solaire,représenté aux figures 1 à 3,est constitué par un panneau postérieur d'isolation désigné par 2 et par une paroi antérieure 3,au moins localement translucide et délimitant avec la précédente une chambre 4 formant serre dans laquelle sont disposés des éléments d'échange thermique 5. Selon l'invention, le panneau postérieur d'isolation est constitué par une paroi postérieure 6 et par une paroi antérieure 2. La paroi postérieure 6 est constituée par des tôles galvanisées, nervurées longitudinalement,agrafees les unes aux autres et fixées sur les poutres 8 et entre des longerons 2 d'une ossature métallique.La paroi antérieure 7 est constituée par des tôles galvanisées,nervures longitudinalement ,mais disposées de manière re que leurs nervures soient perpendiculaires à celles constituant la paroi postérieure.Ces tôles sont posées avec recouvrement sur les longerons 2 précités .Elles délimitent avec les tô- les de la paroi 6 un espace qui est garni,à la construction du panneau,par un matériau isolant 10 et,notamment,par une mousse en résine synthétique isolante injectée sur place,telle qu'une mousse urée-formol.Comme montré aux figures 1 et 2,ce panneau d'isolation 2 couvre toute la surface du capteur,mais est bordé sur au moins deux de ses côtés opposés par des caissons de ventilation qui,dans cette forme d'exécution, sont respectivement,supé rieur 12 et inférieur 13. Les éléments d'échange thermique 5 affectent la forme de panneaux plans et sont constitués par deux parois métalliques 5a et embouties et liées l'une à l'autre en formant des canaux intérieurs 21 pour la circulation du liquide caloporteur. Comme ment tré aux figures 1 à 3,ces éléments 5 sont disposés parallèlement à la paroi 7 et,plus précisément,sont posés sur des cales en bois 14 posées elles-mtmes sur la paroi 2 pré itée Les éléments 5 sont liés les uns aux autres par série de trois, au moyen de raccords JI. Chacune de ces séries est elle-même raccordée,par l'intermédiaire de tuyaux souples 16 permettant une libre dilatation de l'ensemble,à un collecteur 17 formant une boucle de Tickelmann et ceinturant le panneau postérieur 2.Comme le montre la figure 1,dans ses parties horizontales ,le collecteur 17 est disposé dans les caissons de ventilation 12 et 15. Chacun des éléments d'échange thermique reçoit, au moins sur sa face antérieure,une couche de peinture noire anti-réflexion au sein de laquelle s'effectuera la conversion photothermique. La paroi antérieure 3 est composée sur la totalité de sa partie recouvrant les éléments d'échange 5 par une t81e translucide en polyester comportant des rainures longitudinales.Cette t81e est associée à un faîtage 19 en t81e d'acier galvanisé emboutie fermant le caisson supérieur 12 et à un closoir 20,également en tale d'acier galvanisé emboutie,fermant le caisson inférieur 12. Comme montré plus en détail aux figures 2 et 3,la fixation de la paroi antérieure j est assurée par des tiges filetées 22 dont l'extrémité inférieure est vissée dans les longerons 2 et dont la partie supérieure sert à la mise en place d'un écrou 2Z.La distance entre la paroi antérieure 3 et la face antérieure des éléments d'échange thermique 5 est déterminée par des cales 24 en matériau isolant,et notamment en bois,interposées entre les longerons 9 et les parties correspondantes de la dite tôle.Com- me montré à la figure 3,ces cales sont espacées longitudinalement les unes des autres,de manière à former des canaux 232 permettant la libre circulation de l'air intérieur de la chambre 4 formant serre. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 à 3,chacun des caissons de ventilation 12 et 13 contient une gaine perforée 28 munie de buses 29 et raccordée à une installation de ventilation.Cette installation,non représentée ,comprend un ven tilateur électrique et des moyens de commande sous la dépendance de moyens de contrôle de la température de l'air à l'intérieur de la chambre 4 et/ou de la température du fluide caloporteur parcourant les collecteurs 17 ou toute autre partie de l'installation de chauffage à laquelle est associé le capteur selon l'invention.Grâce à cela, lorsque la température dans la chambre 4 doit autre abaissée,soit pour éviter une surchauffe du capteur risquant de l'endommagersoit pour assurer un refroidissement du fluide caloporteur,la ventilation est mise en marche.Il en résulte que chacune des gaines 28 envoie ,par des buses 29,de l'air dans les caissons de ventilation 12 et 12,qui communiquent directement avec la chambre 4, comme représenté par les flèches 31. I1 est évident que les différents éléments constitutifs de ce capteur peuvent autre préfabriqués en atelier afin que son montage soit très rapide. Le capteur représenté aux figures 4 et 5 se différencie du précédent uniquement par sa réalisation.En effet,il comporte également une ossature composée de longerons 9 supportant un panneau d'isolation 30,des éléments d'échange thermique et une paroi antérieure translucide 32.Te panneau postérieur d'isolation 30 est également composé d'une paroi postérieure 33,constituée par une tale galvanisée nervurée,et d'une paroi antérieure 34 composée d'une tale galvanisée*Toutefois,la paroi 34 présente des rainures longitudinales en forme d'auge dont la concavité est tournée vers l'extérieur Chacune de ces auges est destinée à recevoir trois éléments d'échange thermique 35-36-37 .Les éléments 35 et 36 sont disposés contre les parties latérales évasées de l'auge correspondante,tandis que l'élément 22 est disposé contre le fond de cette auge.Chacun de ces éléments est également en forme de panneau plan et est constitué par deux parois métalliques embouties et liées l'une à l'autre en formant des canaux internes j8 pour la circulation du fluide caloporteur. Comme montré plus en détail à la figure 4,les trois éléments d'un même groupe sont alimentés par un même collecteur 39 au moyen d'un conduit souple 40,mais sont reliés chacun par un tuyau souple 42 à un collecteur indépendant,respectivement J4-44-4J .Chacun de ces collecteurs est raccordé à tous les éléments d'échange thermique ayant la m8me disposition angulaire.Ainsitle collecteur 43 est relié à tous les élSments 35,tandis que celui 44 est relié à tous les éléments 36 et celui 45 à tous les éléments 37.Ces différents col- lecteurs sont eux-mêmes raccordés avec interposition d'une ou plusieurs électro-vannes appropriées,non représentées,à un collecteur principal 48 relié à l'installation de chauffage(figure 5). Cette disposition est particulièrement intéressante,car elle permet,selon les besoins,de ne relier au collecteur principal 48 que les éléments d'échange thermique qui,du fait de leur position angulaire vis-à-vis du soleil,bénéfici-ent du meilleur échange thermique.Cela évite donc que les éléments moins exposés ou à l'ombre envoient dans les conduits du fluide caloporteur à une température inférieure à celle du fluide provenant des éléments les mieux exposés,ce qui entrafnerait un abaissement de la température moyenne de ce fluide caloporteur. I1 est à noter que cet agencement permet également,par actionnement des électro-vannes associées aux collecteurs 43-44 et 45,d'obtenir du fluide caloporteur à trois températures différentes et,aussi,d'utiliser au mieux l'ensoleillement horaire. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 5,la paroi antérieure translucide 32 du capteur comporte des ondulations transversales dont le pas est égal à celui des groupes de trois éléments d'échange thermique.Pour obtenir une chambre 4 formant serre ayant une épaisseur sensiblement constante et pour ne pas gêner la circulation de l'air,naturelle ou forcée,cette paroi est disposée de manière que ses ondes 32a,ayant une concavité tournée vers l'extérieurssoient au-dessus des groupes d'échange thermique 2r36 et 37. De ce fait,cette paroi est liée aux longerons 9 au moyen d'une tige filetée 22 dont l'extrêmité libre traverse ses ondes convexes 32b.De plus,cette paroi est positionnée,par rapport au panneau postérieur d'isolation 30,au moyen de cales 49 qui,comme montré à la figure 4, sont espacées de manière à ne pas g8ner la circulation de l'air dans la chambre 4. Enfin,les caissons de ventilation 46 et 47,communiquant avec la chambre 4 par des passages 46a et 47a ,sont reliés directement à une installation de ventilation apte à assurer le renouvellement de l'air contenu dans la chambre 4. Exceptées ces différences constructives,le capteur solaire décrit en référence aux figures 4 et 5 fonctionne de la meAme manière que celui décrit dans la forme d'exécution précédente. La figure 6 montre que la paroi antérieure 30 du capteur peut être constituée par des bacs 50 garnis de matériau isolant 52 et juxtaposés sur les longerons 9. Chacun de ces bacs présente,à sa partie supérieure une forme en auge et,d'un c8té,une ailette la térale 53,coudée vers ltextérieur,apte à coiffer le bord opposé du bac åuxtaposé.Ainsi,les différents bacs forment une surface continue qui,au même titre que les paroirs antérieures 2 et 2 des formes d'exécution précédentes,est apte à canaliser les eaux de pluie,de condensation ou les fuites de liquide caloporteur vers le bas du capteur,c'est-à-dire dans le caisson de ventilation inférieur 47 qui constitue alors caniveau d'évacuation.En outre,dans cette forme d'exécution,chaque groupe d'échange thermique est constitué par un seul élément 54 composé d'une paroi métallique antérieure 54a,gaufrée et emboutie,en forme d'auge à ailes évasées,et d'une paroi métallique postérieure 54b, plane mais emboutie en forme d'auge à ailes- évasées. Ces deux parois sont liées l'une à l'autre et forment des canaux internes 55,com- muniquant entre euxpour la circulation du fluide caloporteur.Cet élément d'échange thermique est alimenté par une seule canalisation ,similaire à celle 40 de figure 4,et n'est relié que par une seule canalisation souple de sortie,aimilaire à l'une de celles 42 de la même figure 4,au collecteur d'emmenée du fluide calopor teur Il faut noter que,comme dans la forme d'exécution précédente, les différents bacs,constituant la paroi postérieure,sont associés à une paroi antérieure translucide non représentée s'étendant sur toute la surface du capteur. Un tel capteur solaire peut titre utilisé pour assurer le chauffage de locaux et/ou la production d'eau chaude à usage sanitaire,pour élever la température de l'eau d'une piscine ou pour tous autres usages -REVNDICATIdNS- 1-Capteur solaire à fluide caloporteur du type comportant des éléments d'échange thermique qui,reliés au circuit de fluide caloporteur,sont disposés dans une chambre formant serre et délimitée par un panneau postérieur isolant et une paroi antérieure, au moins localement translucide,caractérisé en ce que le panneau postérieur isolant,d'une part,est composé d'une paroi postérieure supportant l'isolation et posée sur une ossature,et d'une paroi antérieure d'étanchéité délimitant avec la précédente un espace garni d'un matériau isolant et,d'autre part,s'étend sur toute la longueur du capteur,mais est bordé au moins sur deux de ses tés par des caissons de ventilation communiquant avec la chambre formant serre,tandis que la paroi antérieure translucide s'étend de manière continue sur la totalité du capteur et est maintenue à distance du panneau postérieur par des cales espacées délimitant des canaux permettant à l'aircontenu dans la chambre formant serre,de circuler naturellement ou sous l'action d'une ventilation forcée aboutissant dans les caissons de ventilation et déclenchée par des moyens de commande sous la dépendance de moyens de contre de la température de l'air dans la chambre formant serre et/ou de la température du fluide caloporteur. 2-Capteur selon la revendication 1,caractérisé en ce que les éléments d'échange thermique,en forme de panneau plan et constitués par deux parois métalliques embouties et liées l'une à l'autre en formant des canaux intérieurs pour le liquide caloporteur ,sont disposées parallèlement et contre la paroi antérieure du panneau postérieur avec interposition de cales isolantes. 3-Capteur selon ltensemble des revendications 1 et 2,caractérisé en ce que les éléments d'échange thermique sont reliés par groupe et chaque groupe est lui-même relié à un collecteur de fluide caloporteur ceinturant le panneau postérieur. 4-Capteur selon la revendication 1,caractérisé en ce que les éléments d'échange thermique,en forme de panneau plan et constitués par deux parois métalliques embouties et liées l'une à l' autre en formant des canaux internes pour la circulation du liquide caloporteur,d'une part,sont disposés par groupe de trois de manière à former une auge sensiblement verticale à ailes évasées dont la concavité est dirigée vers l'extérieur du capteur et,d'autre part,sont reliés chacun à un collecteur indépendant de celui des autres éléments,mais commun pour tous les éléments du capteur ayant la mevme disposition angulaire,collecteur raccordé lui-même avec interposition d'une électro-vanne à un collecteur principal. 5-Capteur selon la revendication 4,caractérisé en ce que les éléments d'échange thermique de chaque groupe de trois éléments sont disposés respectivement contre le fond et les parties latérales évasées de l'une des auges formées dans la paroi antérieure du panneau postérieur. 6-Capteur selon la revendication 2,caractérisé en ce que les éléments d'échange thermique d'une part,sont chacun cnnstitués par une paroi antérieure gaufrée et emboutie en forme d'auge à ailes évasées et par une paroi postérieure plane qui,également emboutie en forme d'auge à ailes évasées,est liée à la précédente avec laquelle elle délimite des canaux intérieurs pour la circulation du fluide caloporteur et,d'antre part,ne sont reliés chacun au collecteur d'emmenée du fluide caloporteur que par un seul conduit de liaison. 7-Capteur selon l'une quelconque des revendications 4,5 et 6, caractérisé en ce que les éléments d'échange thermique de chaque groupe de trois éléments forment un ensemble monolithique composé de trois parties dont les canaux internes sont indépendants les uns des autres. 8-Capteur selon l'une quelconque des revendications 1,4,5,6 et 7,caractérisé en ce que,lorsque la paroi antérieure translucide comporte des ondulations transversales dont le pas est égal à celui des groupes de trois éléments d'échange thermique,cette paroi est disposée de manière que ses ondes,ayant une concavité tournée vers l'extérieur,soient au-dessus des groupes d'éléments précités. 9-Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chacun des caissons de ventilation contient une gaine munie de buses raccordée à une installation de ventilation 10-Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chacun des caissons de ventilation est raccordé directement à une installation de ventilation.