Brevet FR2427557A1 — publié le 19791228

La présente invention est relative à un capteur d'énergie solaire pour le chauffage d'un fluide caloporteur. Un tel capteur se présente habituellement sous la forme d'un caisson calorifugé dont la paroi supérieure est transparente au rayonnement solaire et délimite partiellement à ltintérieur du caisson un volume étanche dans lequel s'établit un effet de serre ; le fond de ce volume, situé face à la paroi transparente,à-lintérieur du caisson, est généralement traité par exemple par coloration en noir mat pour absorber au mieux énergie calorifique créée par l'effet de serre ; à l'intérieur de ce fond est aménagé an conduit de forme variable à l'intérieur duquel circule le fluide caloporteur, entre une entrée et une sortie reliées à un circuit extérieur où ce fluide caloporteur est utilisé à toutes fins de chauffage par exemple pour la climatisation des habitations ou pour le chauffage de l'eau courante à des fins sanitaires, ou pour toute autre application domestique, industrielle ou agricole. Plusieurs modes de réalisations de tels capteurs sont actuellement connus, qui diffèrent essentiellement par le mode de réalisation du fond absorbant et du conduit de guidage du fluide caloporteur. Ce conduit peut en effet consister en un volume plat en contact intime avec une paroi approximativement plane qui définit le fond,et s i t u é au-delà de cette paroi par rapport à la paroi transparente du caisson ; selon un a- 're mode de réalisation, le conduit se présente sous la forme d'un tube constituant au moins partiellement le fond ; selon le cas, la face respectivement de la paroi définissant le fond ou du tube qui e tournée vers la paroi transparente du caisson est traitée, par exemple par peinture en noir,pour absorber au mieux énergie calorifique. En fait, quel que soit le mode de réalisation actuellement connu que l'on envisage, le fluide caloporteur est séparé de la zone d'absorption de l'énergie calorifique crééepar l'effet de serre à l'intérieur du volume interne du caisson par une paroi à l'intérieur de laquelle l'énergie calorifique captée dans cette zone doit évoluer par conduction pour parvenir à ce fluide. Ceci conduit à une perte d'énergie calorifique qui porte atteinte au rendement des installations actuellement connues de captage de l'énergie solaire. En outre, dans leur conception actuelle, les capteurs d'éner gie solaire généralement réalisés en métal sont lourds, complexes, et couteux. Le but de la présente invention est de proposer un capteur solaire de conception nouvelle; remédiant à ces inconvénients. A cet effet, l'invention propose un capteur solaire dans lequel le fluide caloporteur est en contact direct avec la surface propre à capter énergie calorifique apparaissant par effet de serre, cette surface étant d'tailleurs définie, selon un mode de réalisation préféré du dispositif, par le liquide caloporteur luimeme chargé de pigments noirs ou de toute autre substance susceptible d'accroître ses facultés d'absorption ; l'énergie calorifique est ainsi communiquée directement au fluide caloporteur, sans perte, ce qui améliore considérablement le rendement du capteur. En outre, le capteur selon l'invention se prete à une fabrication intégralement en matière plastique moulée ou formée, ce qui le rend d'une part léger et d'autre part facile et économique à fabriquer. A cet effet, le capteur énergie solaire selon l'ir,vention, comportant - un volume étanche et des moyens pour créer un effet de serre à l'intérieur du dit volume, -un volume de circulation du fluide caloporteur, au contact du dit volume étanche, est caractérisé en ce que le volume de circulation est délimité au contact du volume étanche par une paroi au moins partiellement transparente, et en ce que des moyens propres à capter l'énergie calorifique apparaissant par effet de serre dans le volume étanche sont placés à l'intérieur du volume de circulation, au contact direct du fluide caloporteur. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère à la description ci-dessous, relative à un mode de mise en oeuvre non limitatif, ainsi qu'aulx dessins annexés qui fnnt partie intégrante de cette description. La figure 1 montre une vue schématique d'ensemble d'une installation mettant en oeuvre un capteur selon l'invention. La figure 2 montre une vue dtun capteur selon l'invention en coupe par un plan perpendiculaire à son plan général. La figure 3 montre une vue analogue de la plaque rainurée définissant partiellement le circuit de circulation du fluide caloporteur dans le cas de ce mode de réalisation. La figure 4 montre une vue de dessus de cette plaque. La figure 1 montre en 1 un capteur d'énergie solaire selon l'invention, dont une face 2 est tournée vers le soleii, dont le rayonnement est shématisé par des flèches 3. A ltintérieur du capteur 1 est aménagé , comme il sera décrit plus loin, un circuit pour un fluide caloporteur tel que de l'eau, entre une entrée 4 et une sortie 5 ;-à l'extérieur du capteur, cette entrée et cette sortie communiquent avec un circuit extérieur fermé comportant dans l'exemple illustré une pompe 6 de circulation du fluide caloporteur, un vase d'expansion 7 et un échangeur de chaleur 8 placé à l'intérieur d'un réservoir 9 pour un gaz ou un liquide destiné à être chauffé pour circuler ensuite par exemple dans un réseau d'alimentation en eau chaude ou dans un circuit de chauffage, comme le schématise une flèche 10. Naturellement, le circuit du fluide caloporteur à l'extérieur du capteur 1 pourrait être différent, en fonction de l'utilisation que lton désire faire de ce fluide caloporteur. Dans son mode de réalisation illustré aux figures 2 à 4, le capteur selon l'invention 1 est délimité extérieuremejit par un botier plat 11 présentant un fond 12 plat et par exemple rectangulaire, présentant sur la totalité de sa périphérie un rebord continu 13 ; le fond 12 et le rebord 13 du boîtier il sont étanches, seule et ce boîtier est par exemple obtenu en une piece d'une matière plastique telle que le polyester , par moulage ou par formage dlune feuille. Vers l'intérieur du boîtier, le fond 12 et le rebord 13 sont ici intégralement doublés d'une couche d'un matériau isolant thermique, respectivement 14 et 15, par exemple en mousse de polyuréthane; ceci définit à proximité immédiate de la face du boîtier 1 1 opposée à son fond 12 un volume 16 qui est fermé de façon étanche, au niveau de c e t t e f a c e qui définit la fa ce 2 du capteur, par une paroi transparente 17 rapportée, ici constituée par une plaque d'une matière plastique transparente résistant aux températures élevées telle que le p o l ), e s t e r ou le polycarbonate,en contact étanche avec l-a couche de matériau isolant 15 sur laquelle elle est appliquée sous pression en direction du fond 12 par un cadre 18 par exemple vissé sur le rebord 13 et qui s'appuie via un joint d'étanchéfté torique 19 par exemple en c a o u t c h o u c sur la face de la plaque 17 opposée au fond 12 du boîtier. Dans l'exemple illustré, la plaque 17 est sensiblement parallèle au fond 12, la distance les séparant étant faible par rapport aux dimensions du boîtier 11 dans un plan qui leur est parallèle. La plaque 17 fermant de façon étanche le volume 16 permet de créer à l'intérieur de celui-ci un effet de serre lorsque la face 2 du capteur est exposée au rayonnement solaire 3. A l'intérieur du volume 16, sur le fond 20 de celui-ci défini en fait par la face de la couche de matériau isolant opposée au fondsest fixée une plaque 21 distante de la plaque 17, en regard de celle-ci. La plaque 21 est plate et son plan général est ici orienté parallèlement à la plaque 17 et au fond 12 du boîtier 11 ; dans exemple illustré, elle présente une forme en plan rectangulaire avec des dimensions telles qu'elle épouse intégralemeht le fond 20 du v olume 16. Au niveau de la face 22 de la plaque 21 tournée vers la plaque 17 est aménagée dans cette plaque 2i une rainure 23 qui présente de préférence, comme il est illustré, une forme sinueuse telle que, en présentant une largeur 1 très inférieure à sa longueur développée, elle présente par exemple dans le plan de la face 22 une surface aussi grande que possible-par rapport à la surface de cette face 22. En outre, la hauteur h de la rainure 23, mesurée perpendiculairement à la fa ce 22, est faible par rapport à sa largeur 1 et par rapport à sa longueur développée. A chaque extrémité de la rainure 23 est aménagé dans le fond de celle-ci un orifice, respectivement 24 et 25, traversant la plaque 21 de part en part sensiblement perpendiculairement à son plan général, pour définir respectivement une entrée et une sortie pour le fluide caloporteur ; à cet effet, si l'on se réfère plus particulièrement à la figure 2 montrant le capteur assemblé, la couche de matériau isolant 14 et le fond 12 du boîtier 11 présentent en regard de chacun-des orifices 24 et 25 un perçage propre à recevoir un tube, respectivement 26 et 27,en épousant étroitement la périphérie de ce tube; chaque tube débouche d'une part vers l'exté- rieur du boîtier 11, au-delà du fond 12 de celui-ci, pour définir respectivement l'entrée 4 et la sortie 5 reliées au circuit extérieur (voir la .figure 1), et autre part à l'intérieur du boîtier 11 à proximité immédiate de la face de la plaque 21 jointive du fond 20 du volume 16,respectivement à l'intérieur de l'orifice 24 et de l'orifice 25, une bague respectivement 2S et 29 raccordant la paroi du tube à la périphérie de l'orifice correspondant, de façon étanche, au niveau du fond 30 de la rainure. Pour assurer le guidage du fluide caloporteur le long de la rainure 23 entre l'entrée 24 et la sortie 25, cette rainure 23 est fermée au niveau de la face 22 de la plaque 21 par une plaque transparente 31 présentant des dimensions telles qu'elle couvre la face 22 et soit en contact avec les parties de celle-ci situées hors de la rainure 23 ; la plaque de matériau transpartent 31 est réalisée en un matériau propre à résister aux hautes températures régnant à l'intérieur du volume 16, comme la plaque 17, et par exemple en une matière plastique telle que le polyester ou le poly carbonate ; elle est fixée par exemple par collage de façon étanche sur la face 22 de la plaque rainurée 21, dans les zones de cette face 22 situées hors de la rainure 23. I1 est à noter que la plaque 21 peut être aisément réalisée en matière plastique comme la plupart des autres éléments du capteur selon l'invention, ce qui rend celui-ci à la fois léger et économique de fabrication ; elleest par exemple en polyester moulé. -On peut d'ailleurs envis'age une fabrication des plaques 21 et 31 en une seule pièce moulée, par exemple en polyester, en adoptant le procédé dit "à la cire perdue" ou tout autre procédé équivalent. Pour assurer une captation directe de l'énergie calorifique apparaissant dans le volume 16 par le fluide caloporteur, on a pré- vu sdon l'invention de placer les moyens assurant cette captation au-delà de la plaque transparente 31 par rapport à la plaque 17 et -en regard de ces deux parois, ctest-à-dire en pratique en une zone située à l'intérieur de la rainure 23. Selon un premier mode réalisation, c'est par exemple le fond 30 de la rainure qui est rendu propre à capter l'énergie calo rifiq-=e pour la restituer par contact direct au fluide caloporteur circulant dans la rainure ; à cet effet, le fond 30 de la rainure 23 est par exemple peint en une couleur sombre telle que le noir mat, ou chargé par tout moyen de tout matériau accroissant ses possibilités d'absorption du rayonnement incident. Selon un autre mode de réalsation, qui peut d'ailleurs être couplé avec le précédent, c'est le fluide caloporteur lui-même qui peut être chargé de tout matériau augmentant ses facultés d'absorption du rayonnement incident sous forme d'énergie calorifique, et par exemple être constitué par e l'eau chargée de pigments noirs tels que le noir sulfacide et le noir quiton ZH à raison par exemple de 10 g/l , cette eau étant en outre additionnée d'un produit antigel tel que l'éthylène glycol. Naturellement, de nombreuses variantes du capteur solaire qui a été décrit pourraient être envisagées sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention, notamment quant au mode de réalisa- tion des moyens de guidage du fluide caloporteur à l'intérieur du capteur et des moyens captant le rayonnement incident sous forme d'énergie calorifique pour transmettre cette énergie directement au fluide caloporteur. De façon générale, on a désigné dans ce qui précède par "paroi transparente11 ou "plaque transparente" 17 ou 31 une paroi transparente ou translucide au rayonnement incident. REVENDICATIONS 1) Capteur d'énergie solaire pour le chauffage d'un fluide caloporteur, comportant - un volume étanche et des moyens pour créer un effet de serre à l'intérieur du dit volume, - un volume de circulation du fluide caloporteur, au contact du dit volume étanche, caractérisé en ce que le volume de circulation est délimité au contac t du volume étanche par une paroi au moins partiellement transparente, et en ce que des moyens propres à capter l'énergie calorifique apparaissant par effet de serre dans le volume étanche sont placés à I'interieur du volume de circulation, au contact direct du fluide caloporteur. 2) Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens propres à capter l'énergie calorifique consistent en un traitement d'une zone située à ltintêrieur du volume de circulation, en regard de la paroi transparente, 3) Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le traitement consiste en une pigmentation sombre. 4) Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens propres à capter ltenergie calorifique sont constitués par une paroi délimitant le volume de circulation du fluide, en regard de la paroi transparente. 5) Capteur selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens propres à capter l'énergie calorifique sont constitués par le fluide caloporteur lui-même. 6J Capteur selon l'une quelcnnque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur du volumerde circulation du fluide mesurée perpendiculairement à la paroi transparente est faible par rapport aux dimensions en plan-de ce volume. 7) Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, le volume de circulation du fluide caloporteur définissant un conduit entre une entrée et une sortie de ce fluide, caractétisé en ce que la longueur du conduit entre l'entrée et la sortie est grande par rapport à sa largeur mesurée parallèlement à la paroi transparente, et en ce que le conduit présente une forme sinueuse suivant un plan parallèle à la paroi transparente entre entrée et la sortie. 8) Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume de circulation est délimité par une paroi dlune seule pièce avec la paroi transparente. 9) Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième paroi transparente située en regard de la première paroi transparente à distance de celle-ci et à 1 'extrieur du volume de circulation du fluide caloporteur, et un boîtier isolant thermique fermé de façon étanche par cette deuxième paroi transparente et incluant le volume de circulation du fluide caloporteur en définissant entre les deux parois transparentes le dit volume étanche. 10) Capteur selon lune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins le volume de circulation du fluide caloporteur est délimité par des parois en matière plastique.