Brevet FR2395469A1 — publié le 19790119

L'invention a pour objet un capteur solaire dont la conception est telle que sa réalisation est économique, tout en comportant des avantages aui rendent plus facile et plus simple son utilisation. Un capteur solaire conforme a l'invention est constitué par un réseau de tubes noyés dans une masse de matière moulée contenue sur toutes ses faces, l'exception d'une face destinée être exposée au soleil, dans une enveloppe garnie d'une couche de matière isolante. De préférence, le réseau de tubes comprend des branches longitudinales, et des éléments de transfert de la chaleur sont noyés dans la masse de matière moulée, transversalement à ces branches longitudinales, en étant en contact étroit avec celles-ci aux points de croisement. Selon l'invention, l'enveloppe est constituée par le moule même qui a servi au moulage de la masse de matière moulée. Dans un mode de réalisation de l'invention, le moule est associé à une charpente porteuse ayant un moyen pouvant servir d t axe de pivotement grâce auquel on peut donner à ce moule avant et après son remplissage en matière moulée, une inclinaison quelconque souhaitée entre la position horizontale et sa position d'utilisation. De préférence, les parties extrêmes du réseau de tubes s'étendent, pour leur raccordement, à travers la masse de matière moulée et à travers la paroi de fond du moule. Il est avantageux de prévoir à la surface de la masse de matière moulée destinée à être exposée au soleil, une couche supplémentaire en matière favorable à l'absorption du rayonnement solaire. Selon une variante de l'invention, le capteur de l'invention comprend devant la surface de la matière moulée exposée au soleil un espace de circulation d'air limité par les parois latérales du moule et par une feuille en matière transparente au rayonnement solaire et espacée de la surface de la matière moulée. De préférence, la matière moulée est du beton ayant une composition favorable à une bonne conductibilité thermique et les éléments de transfert de la chaleur sont en matière métallique. L'invention couvre aussi un procédé de fabri- cation selon lequel on place d'abord l'enveloppe et l'isolant constituant le moule en position horizontale à l'aide de la charpente porteuse en disposant de manière appropriée le moyen servant d'axe de pivotement, on met en place le réseau de tubes, on coule la matière moulée et, après son durcissement, on fait pivoter le capteur autour de l'axe de pivotement jusqu'S lui donner son inclinaison d'utilisation. Pour mieux faire apprécier l'invention, on donnera maintenant une description d'un exemple de réalisation d'un capteur solaire et d'une variante à cet exemple. On se reportera au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue de dessus d'un capteur solaire conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon I-I de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe analogue à la figure 2 montrant une variante de réalisation du capteur solaire de l'invention. Un capteur solaire conforme à l'invention comprend une enveloppe 1 qui le contient sur toutes ses faces sauf sur une face 2, de plus grandes dimensions, destinée à être exposée au soleil Cette enveloppe 1 est, de préférence, en matière mince et suffisamment rigide, en même temps que peu sensible aux intempéries ou facilement protégeable contre les dégradations qu'elles provoquent. Par exemple, on peut employer un métal, des feuilles en matière plastique ou en fibrociment. L'enveloppe 1 est garnie sur toutes ses faces internes d'un isolant 3, par exemple des plaques de polystyrène expansé ou de mousse de polyuréthane ayant une rigidité convenable, L'épaisseur de cette couche peut être de 50 mm environ. L'enveloppe 1 et l'isolant 3 constituent un coffrage perdu qui sert de moule pour la coulée d'une matière 4 susceptible d'être moulée, telle que, par exemple, du béton. En général, l'épaisseur de cette matière 4 est de 50 mm environ. Dans la couche de matière moulée 4 est noyé un réseau 5 de tubes. La configuration précise de ce réseau 5 n'est pas imposée par l'invention. Elle peut être fixée selon de nombreuses manières diverses. Toutefois, elle dépend en partie des dimensions du capteur et, à ce point de vue, il est préférable d'adopter un capteur plan, rectangulaire, ayant des côtés longitudinaux 6 considérablement plus longs que les côtés transversaux 7. De cette façon le réseau 5 comprend plusieurs branches longitudinales 8 qui sont parallèles entre elles et parallèles aux côtés longitudinaux 6.Les parties extrêmes du réseau 5 de tubes destinées à son raccordement sont coudées de façon à sortir du capteur perpendiculairement aux grandes faces de ce dernier, de préférence par son fond, à travers la matière moulée 4, l'isolant 3 et l'enveloppe 1, comme représenté en 9 et en 10 sur les figures 1 et 2. Quand le capteur solaire est utilisé, il est généralement incliné-ou dressé et, de cette façon, les extrémités 9, 10 sont facilement accessibles pour leur raccordement sur la face qui est opposée à celle qui reçoit le rayonnement. Les tubes du réseau 5 peuvent être en toute matière appropriée supportant d'être noyée dans la matière moulée 4 et ayant une conductibilité thermique satisfaisante.Par exemple, on peut employer des tubes en matière plastique, en verre, en aluminium, en cuivre, etc... De simples tubes en acier doux utilisés en chauffage central conviennent bien. Selon une caractéristique de l'invention, le réseau 5 de tubes est muni d'éléments 11 de transfert de la chaleur qui sont aussi noyés dans la matière moulée 4 et qui sté- tendent en sens transversal par rapport aux branches longitudinales 8. Ces éléments 11 sont mis aux points de croisement en contact étroit avec les tubes, par exemple par des soudures, ou des brasures ou des ligatures convenables. Les éléments 11 doivent avoir aussi une conductibilité thermique satisfaisante. Leur rôle est de favoriser le passage de la chaleur entre la matière moulée 4 et les tubes du réseau 5. On peut employer comme éléments 11 des tiges en métal, en acier doux comme les fers à béton, en aluminium, en cuivre.On peut prévoir aussi l'usage d'un treillis soudé dans lequel les mailles sont définies par des fils ou des barres ayant, en sens transversal, une section supérieure à celle des fils ou des barres se trouvant en sens longitudinal. Il est avantageux de prévoir sur la couche de matière moulée 4 décrite plus haut, une couche supplémentaire 4 A beaucoup plus mince d'un enduit à base de matière ayant un bon coefficient d'absorption de la chaleur comme le noir de chrôme (représentée sur la figure 3 seulement). En général, un capteur solaire plan est mis en service avec une inelinaison sur lthorizontale de l'ordre de 60 à 7.50, Dans ce cas, on emploie une charpente porteuse 12 qui le supporte en lui donnant la pente désirée. Les extrémités de raccordement 9 et 10 du réseau 5 de tubes sont placées à des angles opposés en diagonale. En inclinant le capteur, on dispose alors d'une extrémité supérieure 9 et d'une extrémité inférieure 10.On effectue le raccordement à un circuit de circulation de fluide (qui est le plus souvent de l'eau) en prévoyant l'arrivée à latex trémité supérieure 9 de façon que le fluide emprunte d'abord les branches longitudinales les plus élevées et que la circulation se fasse comme indiqué par des flèches sur la figure 1. Selon une autre caractéristique de l'invention (visible sur la figure 3) la charpente porteuse 12 est pourvue d'un moyen au moins utilisable comme axe de pivotement et permettant de donner à l'enveloppe 1 et par conséquent au capteur, toute inclinaison vowîue entre la position horizontale et, au moins, la position inclinée qu'il doit avoir en utilisation. A ce point de vue l'invention n'impose pas le type de charpente que l'on peut choisir. Par exemple, comme le montre la figure 3, la charpente 12 peut comprendre une partie mobile 12 A ayant le profil général d'une équerre avec une branche horizontale et une branche verticale. De plus, la'charpente 12 comprend un châssis 12 B de soutien ayant des traverses destinées à reposer sur le sol et des montants destinés à supporter alors l'enveloppe 1 et l'isolant 2 horizontalement au-dessus du sol. Le châssis 12 B a au moins une arête 13 parallèle aux côtés longitudinaux 6. Cette arête 6 est un moyen matériel que l'on peut faire reposer sur le sol et auquel on peut alors faire jouer le rôle d'un axe de pivotement pour faire pivoter le capteur dans le sens indiqué par une flèche F sur la figure 3. -Ainsi le capteur peut facilement passer de la position horizontale à la position inclinée que l'on désire, après quoi la partie mobile 12 A peut être mise en place pour soutenir le capteur à cette in elinaison. Bien entendu, tout autre type de charpente porteuse peut être employé du moment que celle-ci comprend un moyen tel qu'une charnière, une articulation, permettant de disposer d'un axe de pivotement. La raison d'être de cet axe est la suivante. Le capteur peut être fabriqué en atelier en suivant un procédé selon lequel on pose horizontalement l'enveloppe 1, on la garnit d'isolant 3, à l'intérieur de cet ensemble servant de moule on met en place le réseau 5 de tubes avec ses éléments 11, puis on fait couler dans ce moule la matière moulée 4 et la couche supplémentaire 4 A. Avec un capteur ainsi constitué, les parties extrêmes 9, 10 qui s'étendent à travers le fond du moule ne donnent pas de difficultés d'étanchéité puisqu'elles sont complètement entourées par la matière moulée 4 et tenues par celle-ci. Un capteur ainsi fabriqué peut êtrè transporté sur le lieu d'utilisation. Toutefois, il est encombrant et assez lourd. Un avantage important du capteur solaire de l'invention est que l'on peut le fabriquer facilement sur le lieu même de son emploi, en procédant ainsi. On place l'enveloppe 1 et l'isolant 3 en position horizontale à l'aide d'une charpente, par exemple le châssis 12 B, en plaçant le moyen servant d'axe de pivotement 13 à la position convenable. On.confectionne le capteur comme on l'a expliqué plus haut puis, après séchage ou durcissement, on le fait simplement pivoter dans le sens de la flèche F (figure 3) sans avoir à le soulever en totalité pour le mettre à sa position de service. Selon une variante, on peut donner aux parois latérales de l'enveloppe 1 une hauteur plus importante que l'é- paisseur de l'isolant 3 et de la matière moulée 4 de façon à limiter un espace 14 entre ces parois et une feuille supé rieure en matière transparente au rayonnement solaire, par exemple créer une ame d'air ou bien en verre. Cet espace 14 sert à / une circulatnon d'air grâce à deux tubulures dont l'une seulement, la tubulure d'arrivée 16, est représentée. Cette tubulure 16 traverse aussi le fond du capteur et elle est prise dans la matière moulee 4. Le capteur solaire de l'invention a un prix de revient peu élevé ; on peut le réaliser sur place à peu de frais à l'aide de matériaux courants. L'une de ses particularités est qutil possède une inertie thermique élevée. Ceci est un inconvénient pendant les périodes d'échauffement sous l'effet du rayonnement solaire direct ; quand ces périodes sont courtes, il n'est pas facile au capteur de l'invention de parvenir à une température élevée dépassant, par exemple, 40 à 450 c. En revanche, sa grande inertie thermique est un avantage appréciable en dehors des périodes de rayonnement solaire direct, pendant les périodes de rayonnement diffus. En effet, le capteur de l'invention absorbe bien le rayonnement diffus ; il se refroidit donc lentement pendant ces périodes si bien qu'on peut le laisser en fonctionnement après le rayonnement solaire, jusqu'S ce que sa température descende à une valeur faible, + 50C par exemple. Ce mode de fonctionnement convient parfaitement bien à une pompe de chaleur dont l'évaporateur serait alimenté par le capteur de l'invention. Ce dernier est donc avantageux pour l'exploitation de la chaleur solaire par l'intermédiaire d'une pompe de chaleur dans les pays où le rayonnement solaire direct est de durée relativement limitée. REVENDICATIONS 1 / Capteur solaire comprenant un réseau de tubes pour la circulation d'un fluide à réchauffer et une matière moulée dans laquelle est noyé ce réseau de tubes, caractérisé en ce que cette matière moulée est contenue sur toutes ses faces à l'exception d'une face destinée à être exposée au soleil dans une enveloppe garnie d'un insolant, cette enveloppe et l'isolant constituant un moule pour la matière moulée. 2Q/ Capteur solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réseau de tubes comprend plusieurs branches s'étendant longitudinalement et des éléments de réeupération de la chaleur s'étendant transversalement à ces branches longitudinales en étant en contact étroit avec celles-ci aux points de croisement, ces éléments de récupération de la chaleur étant également noyés dans la matière moulée. 3 J Capteur solaire selon-la revendication 1 caractérisé en ce que le réseau de tubes a des parties extrêmes de raccordement qui s'étendent hors du capteur en traversant la couche isolante de fond et la paroi de fond de l'enveloppe pour être accessibles sur la face du capteur opposée à la face qui reçoit le rayonnement. 4 / Capteur solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matière moulée est recouverte sur sa face exposée au soleil d'une couche supplémentaire de matière favorable à l'absorption du rayonnement solaire. 50/ Capteur solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend devant la surface de la matière moulée exposée au soleil un espace de circulation d'air, cet espace étant limité par les parois latérales de l'enveloppe et de l'isolant et par une feuille transparente au rayonnement solaire espacée de la surface de la matière moulée. 60/ Capteur solaire selon la revendication 5 caractérisé en ce que des tubulures servant à l'arrivée et à la sortie de l'air s'étendent à partir de l'espace de circulation d'air à travers la couche isolante de fond et la paroi de fond de l'enveloppe. 70/ Capteur solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il est associé à une charpente porteuse capable de le soutenir en position inclinée, cette charpente ayant un moyen pouvant servir d'axe de pivotement et permettant de faire pivoter l'enveloppe et son isolant entre la position horizontale et la position inclinée d'utilisation du capteur. 80/ Capteu solaire selon l'une quelconque des revendications l a 7 caractérisé en ce que la matière moulée est du béton. 90/ Procédé de fabrication du capteur solaire selon l'une quelconque des revendications I à 6 caractérisé en ce qu'on place en position horizontale l'enveloppe et son isolant servant de moule, on met en place le réseau de tubes et on coule dans le moule la matière moulée. 100/ Procédé de fabrication du capteur solaire selon- la revendication 7 caractérisé en ce qu'on supporte en position horizontale l'enveloppe et son isolant servant de moule en disposant de manière appropriée un- moyen utilisable comme axe de pivotement, on met en place le réseau de tubes, on coule dans le moule la matière moulée et, après durcissement de celle-ci, on fait pivoter le capteur autour de l'axe de pivotement jusqu'a l'inclinaison désirée pour son fonctionnement, on immobilise le capteur dans cette position.