Brevet FR2360842A1 — publié le 19780303

La presente invention a pour objet un-dìspositif capteur et stockeur dt energie solaire pouvant entre utilisé comme source de chaleur pour une hab- tation ou pour un bâtiment industriel et se pressentant sous la forme d'une toiture complète et incorporée à la surface totale de la couverture de la construction. Il est bien connu que le soleil dispense, par son éclairage, une énergie thermique qui peut être captée par le moyen d'un dispositif absorbant les radiations solaires. On sait aussi que la réémission du corps absorbant, appe- lé corps noir, peut être arri3tée par un corps opaque aux longueurs d'onde de cet réémission, mais transparent à la majeure partie des radiations énergétiques du soleil. Ce type bien connu de récupération d'énergie est appelé effet de serre. Toutefois, les dispositifs connus présentent des rendements diminués par le fait que leur surface utile est restreinte parce que limitée à celle dsélé- ments capteurs, unitaires ou juxtaposes, mais ne correspondant pas, et de loin, à la surface totale de la toiture, l'ensemble de cette surface étant pourtant disponible pour la captation du rayonnement solaire. De plus, ces éléments unitaires ou juxtaposées sont des superstructures rajoutées à la toiture normale et, de ce fait, constituent une charge de poids et une dépense additionnelles. Le dispositif capteur et stockeur d'énergie solaire selon la présente in- vention se propose de pallier ces inconvénients. Dans celui-ci, en effet, les éléments capteurs et la couverture normale de la toiture en tuile ou en éternite sont remplacés par un collecteur unique, en forme de caisson constitué par des profilés, et faisant en même temps fonction de toit et de capteur d' énergie solaire, ceci sur toute la surface couvrant le bâtiment. Dans le dispositif objet de l'invention, la charpente de la couverture est recouverte d'un caisson constitué par des profilés, ces derniers faisant office de tuyauterie å l'intérieur de laquelle circule un liquide vecteur de l'énergie thermique dispensée par le capteur solaire. la partie supérieure du caisson est munie dtun double vitrage, d'un corps opaque absorbant les radiations énergétiques solaires (corps noir) et protégé par un écran filtrant transparent à ces mêmes radiations mais opaque à lténergie rayonnée par ledit cDrps absorbant, de fanon à btenir l'effet de serre La partie inférieure du caisson est isolée thermiquement pour prévenir toute perte de chaleur emmagasinée dans le caisson et la tuyauterie incorporée dans les profilés est reliée à un réservoir stockeur d'énergie thermique dont les différentes entrées sont munies de vannes commandées par un mécanisme automatique de régulation électronique utilisant des sondes thermiques. Ce réservoir est subdivisé en différents secteurs correspondant à dea zones thermiques différenciées, le réservoir ayant ainsi différents comparti ments thermiquement étagés, le compartiment le plus thermiquement élevé étant réservé à la production d'eau chaude sanitaire, par le moyen d'un échangeur de chaleur, et le compartiment le moins élevé pouvant être réservé à la récupéra- tion de la chaleur résiduelle de la tuyauterie des eaux chaudes usées. Par le moyen des vannes commandées par les sondes thermiques, on dirige sur le compartiment thermique inférieur du réservoir 1' énergie produite par le rayonnement solaire de la plus faible intensité. Par contre on utilisera un rayonnement solaire important pour conserver ou augmenter encore la température dl13n compartiment thermiquement élevé du réservoir. Par la mise en oeuvre de ce procédé, il est ainsi possible d'utiliser rationnellement tous les rayonnements solaires, de la plus faible intensité à la plus forte, pour obtenir, dans le réservoir, une température utilisable élevée, les sondes commandant les vannes dirigeant le liquide vecteur en provenance du capteur vers le compartiment thermique le plus approprié. Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, un mode de réalisation du dispositif conforme à la présente invention. La fig. l est une vue en coupe de la structure du capteur; la fig. 2 est une vue éclatée d'un détail de la fie. 1; la tifs. 3 est une vue en coupe transversale de la toiture; la fig. 4 est une vue schématique du circuit. En se réfèrant au dessin, un profile 1, en matiere synthétique, est disposé de façon à maintenir en place un double vitrage 2 faisant écran filtrant. Un autre profilé 3, en aluminium éloxé, est disposé sous le double vitrage et fait office de corps noir. Ce profilé 3 comprend, dans son épaisseur, une tuyauterie incor poree 5 contenant un liquide vecteur de énergie thermique recueillie nar l'ensemble de cette superstructure amenant lteffet de serre. Cette superstructure est isole thermiquement du bâtiment par ume matière isolante 4. la fig. éclatée 2 précise les détails de montage des différents éléments de la superstructure, à savoir le profilé de maintien 21, le double vitrage 22, les profilés de support 23, le corps noir 24.Ces différents éléments de la superstructure se retrouvent dans la fig. 3, à savoir le profilé de maintien 31, le double vitrage 32, le corps noir 33 la tuyauterie incorporée 35 et l'isolation 36. rsn chenet 37 complète cette superstructure. Ia tuyauterie incorporée 35 est reliée à un circuit fermé 4l débouchant SllR 7e réservoir 42. Ce circuit est muni d'une pompe 43 entrainant le fluide vecteur de l'énergie thermique provenant du collecteur.Une sonde thermique 54 est placée dans le circuit d'amenée du fluide vecteur, avant la polype 43 et fonctionne en parall'le avec l'une des sondes 56 à 59 glacées à 11 intérieur du réservoir 42. Chacune de ces sondes intérieures correspond à un étage thermique dudit réservoir de façon à ce que la mise en concordance de la chaleur enregistrée par la sonde extérieure 54 avec la sonde intérieure 56 ait pour résultat d'actionner la vanne d'entrée 44 et la vanne de sortie 50. il en est de meme pour la sonde intérieure 57 avec les vannes d'entrée et de sortie 45 et 51, puis pour la sonde intérieure 58 avec les vannes 46 et 52 ou encore pour la sonde intérieure 59 avec les vannes 47 et 53.De ce fait, le fluide vecteur de chaleur est chaque fois dirigé sur la partie du réservoir correspondant le rnieux à sa propre température. Le réservoir 42 comprend également un échangeur de chaleur pour la production de liteau chaude sanitaire et/ou pour celle servant au chauffage central du bâtiment. Il peut également comprendre un échangeur de chaleur additionnel récupérant la chaleur résiduelle des eaux chaudes sanitaires uses. Le dispositif, objet de l'invention, peut être mis en oeuvre dans tous les cas où énergie solaire est susceptible d'être captée pour entre utilisée comme source de chaleur pour le chauffage individuel ou industriel, ou pour tout autre accumulateur thermique utilisant le soleil comme source d'énergie. RLVENDICÀTIONS l. Dispositif capteur et stockeur d'énergie solaire pouvant être utilisé comme source de chaleur pour une habitation ou pour un bâtiment industriel, caractérisé par le fait que le collecteur et le toit constituent un seul élément représenté par un caisson unique formé de profilés couvrant la totalité de la surface de la toiture et comprenant les divers éléments constitutifs d' un récupérateur de chaleur utilisant l'effet de serre, lesdits prdfRés compre nant une tuyauterie incorporée, dans laquelle circule un liquide vecteur de lt énergie thermique recueillie par le capteur, ladite tuyauterie étant reliée à un réservoir stockeur de ladite énergie. 2. Dispositif selon la revendication 1, carqctérisé par le fait que les éléments constitutifs du récupérateur de chaleur comprennent au moins un corps opaque et un écran filtrant. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le réservoir stockeur d'énergie thermique est subdivisé en différents secteurs correspondant à des zones thermiques différenciées, la section réservée à la z5ne de chaleur la plus faible étant apte à recevoir le rayonnement solaire le plus faible et celle réservée à la zane de chaleur la plus forte étant apte a' recevoir le rayonnement le plus fort. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par la présence de vannes commandées par des sondes thermiques, de façon à ce que le flux en provenance du capteur débouche dans le réservoir au niveau correspondant à son intensité calorifique, dans le secteur thermique qui lui est réservé. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la section du réservoir réservée à a' la zône de chaleur la plus faible comprend additionnellement un échangeur de chaleur alimenté ######## par la chaleur résiduelle de la tuyauterie des eaux chaudes usées.