Brevet FR2405447A1 — publié le 19790504

La présente invention a pour objet un collecteur thermique comportant au moins une cellule récupératrice de chaleur qui se compose d'au moins une partie de protection perméable au rayon nenent et une partie d'absorption de chaleur, entre lesquelles se trouve une capacité de retenue. Le principe de tels collecteurs thermiques, dits aussi collecteurs solaires, est connu depuis lontemps, et ces collecteurs remplissent de façon satisfaisante les conditions qui leur sont imposées au point de vue de leur rendement thermique. Lais le prix de revient de collecteurs thermiques suffisamment robustes et peu sensibles aux différences de température est extrêmement élevé, ce qui limite considérablement leurs possibilités d'emploi. L'invention a donc pour but de créer un collecteur thermique pouvant être utilisé dans les domaines les plus divers, peu sensible aux différences de températures e levées, doué de bonnes qualités thermiques, et pouvant être fabriqué à meilleur compte que les collecteurs connus. Ce résultat est obtenu par l'invention grâce au fait qu'au moins la surface de la partie de protection de la cellule récupératrice est de forme bombée Grâce à la forme courbe, de préférence sphérique, de la surface de la parties protection de sa cellule récupératrice, le collecteur thermique selon l'invention est capable de supporter remarquablement de très fortes variations de température. En effet, à tout instant, le matériau peut se dilater sans obstacle dans le sens de la courbure du bombement, de sorte qu'il ne se produit pas de contrainte thermique aux suites facheuses. Selon un développement avantageux de l'invention, la partie de protection et la partie d'absorption de chaleur comportent chacune une pluralité de courbures bombées, et elles sont faites en matériau en plaque ou en feuille, par exemple en matière plastique appropriée, dans lesquelles les courbures sont réalisées par formage au moule ou par empreinte. La dépense technique pour la mise en oeuvre d'un tel procédé n'est pas élevée et n'augmente pas sensiblement les frais de fabrication du collecteur thermique. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente en coupe un collecteur thermique selon l'invention constitué d'une seule cellule récupératrice - la figure 2 est une coupe analogue à celle de la figure 1 d'une variante de réalisation - la figure 3 est une vue ,par dessus d'un collecteur thermique constitué de plusieurs cellules récupératrices - la figure 4 est une vue en coupe du collecteur thermique représenté à la figure 3, effectuée suivant la ligne IV - IV de la figure 3 - la figure 5 représente de la même façon que la figure 4 une vue en coupe de la moitié inférieure d'une variante de réalisation de ce même collecteur thermique - la figure 6 est une vue par dessus, analogue à celle de la figure 3, d'un autre mode de réalisation de l'invention - la figure 7 est une vue par dessus, analogue à celle de la figure 3, d'un mode de réalisation modifié de l'invention - la figure 8 est une coupe effectuée suivant la ligne VIII VIII de la figure 7 ; - la figure 9 est une vue en élévation latérale d'un collecteur thermique en position d'utilisation pratique - la figure 10 est une vue en élévation latérale d'un autre mode de réalisation de collecteur thermique. Le collecteur thermique 2 constitué d'une seule cellule récupératrice I, représenté à la figure 1, est de forme sensiblement sphérique, et il est composé d'une partie de protection 3 perméable au rayonnement lumineux et thermique ou solaire, et d'une partie d'absorption de chaleur 4, entre lesquelles se trouve une capacité de retenue 5. Aussi bien la partie de protection 3 que la partie d'absorption de chaleur 4 sont des coquilles hémisphériques dont le matériau dépend du rôle qu'elles ont à jouer. Les deux coquilles 3 et 4 sont assemblées l'une à l'autre par soudage, collage, ou de toute autre façon appropriée. Dans l'espace libre ou capacité de retenue 5 formé entre les deux coquilles 3, 4, il peut y avoir de l'air, ou un gaz, ou bien cet espace peut être tenu sous dépression. Enfin, il peut être avantageusement prévu une zone marginale étroite 6 de la partie de protection 3, voisine de la partie d'absorption 4, munie d'une couche de matériau réfléchissant le rayonnement. Cette couche renvoie par réflexion le rayonnement qui l'atteint sous un angle d'incidence très faible en direction de la partie d'absorption de chaleur 4 dont la surface intérieure est noircie ou qui est faite en matériau entièrement noir. Lorsqu'on veut chauffer un réservoir d'eau à surface libre, par exemple un bassin ou une piscine de natation, ou une installation analogue, on place à la surface de l'eau plusieurs collecteurs thermiques 2 constitués chacun par une seule cellule récupératrice 1, qui flottent en ayant la partie d'absorption de chaleur plongée dans l'eau tandis que la partie de protection 3 est dirigée vers l'air libre et le soleil. A cette fin, le poids de la partie d'absorption de chaleur 4 est légèrement supérieur à celui de la partie de protection 2, ce qui peut se faire en choisissant un matériau ou une combinaison de matériaux plus lourds. Le collecteur thermique 2 transmet alors directement à la surface du réservoir d'eau la chaleur qu'il absorbe. Dans le collecteur thermique 7 représenté à la figure 2, la partie de protection 8 se présente sous la forme d'une coquille de chauffe, à section transversale lenticulaire, c'est à dire que la section transversale -de la coquille hémisphérique 8 perméable à la chaleur va en diminuant du centre vers les bords. Les rayons incidents se trouvent ainsi légèrement concentrés en direction de la région la plus profonde de la partie d'absorption de chaleur qui est elle aussi en forme de coquille hémisphérique. Tandis que les figures 1 et 2 concernent des collecteurs thermiques qui ne sont constitués chacun que d'une seule cellule récupératrice, la figure 3 montre un collecteur thermique 10 qui est constitué d'un nombre quelconque de cellules récupératrices, ll assemblées les unes aux autres à l'extérieur. Les cellules récupératrices élémentaires ll du collecteur thermique 10 sont disposées en nombre quelconque en une seule couche et en plusieurs rangées dans le même alignement. Grâce à la disposition des cellules récupératrices ll et également en fonction du matériau utilisé, le collecteur thermique ll est suffisamment flexible. Comme on peut s'en rendre compte en comparant les figures 3 et 4, les cellules récupératrices ll sont fixées sur un panneau isolant 12 ou à une distance appropriée a de ce panneau, qui sert de limite à un fluide pouvant circuler entre ledit panneau et le collecteur thermique 10. - ta chaleur absorbée par le collecteur thermique 10 est alors transmise au fluide en question. Ir'-espace libre 13 entre les cellules récupératrices ll est fermé de façon appropriée en direction du panneau isolant 12 à l'aide d'une plaque 14 ou élément analogue qui se trouve par exemple à hauteur des centres des cellules récupératrices sphériques 11. Pour réaliser le collecteur thermique 10, plusieurs cellules récupératrices 11 sont formées par matricage ou de façon analogue, par leurs parties de protection en forme de coquilles hémisphériques 15, et par leurs parties d'absorption de chaleur 16 en forme de coquilles hémisphériques respectivement dans un matériau en plaque 17, 18 ou en feuille 17a, 18a. Toutes les parties de protection 15 et toutes les parties d'absorption de chaleur 16 du collecteur thermique 10 sont de ce fait réunies ensemble en une seule pièce. De plus l'intervalle 13 entre les cellules récupératrices il élémentaires est également automatiquement clos car il s'y trouve du matériau en plaque 17, 18 ou en feuille 17a, 18a non déformé, comme il ressort de la coupe selon la figure 4. La figure 5 montre une coupe effectuée suivant la ligne V - V de la figure 3, intéressant seulement la moitié qui comporte les parties d'absorption de chaleur 16 formées dans le matériau en plaque ou en feuille. Avant d'assembler de façon appropriée cette moitié 19 avec l'autre moitié 20 contenant les parties de protection 15 selon la figure 4, par soudage, collage, ou de toute autre façon voulue, on peut encore poser une plaque ou feuille 21 qui se trouve ainsi intercalée entre les deux moitiés 19 et 20 pour influer sur les conditions thermiques. L'exemple de réalisation de la figure 6 représente un collecteur thermique 22 dont les cellules récupératrices 27 sont disposées en rangées 23 et 24, 25 et 26, décalées les unes par rapport aux autres. Ce décalage entre rangées de cellules donne au collecteur thermique 22 une plus grande rigidité et une plus grande surface de collecteur effective que le collecteur thermique 10. En dehors de ce détail de disposition des cellules récupératrices 27, la structure du collecteur thermique 22 est identique à celle du collecteur thermique 10. Tandis que les cellules récupératrices ll et 27 des collecteurs thermiques 10 et 22 sont toutes de même dimension, les cellules récupératrices 28 et 29 de l'exemple de réalisiation représenté aux figures 7 et 8 de façon schématique, sont de grandeurs différentes. Les cellules récupératrices sphériques 28, 29 ont leurs centres situés dans un meme plan (figure 8), de sorte qu'elles sont à des distances différentes ou qu'elles définissent des sections transversales différentes par rapport au panneau isolant 30 ou au fluide de circulation. Le diamètre des cellules récupératrices sphériques 29 peut être quelconque et être aussi différent que l'on veut de l'autre. On peut de cette façon réaliser des collecteurs ther niques 31 avec des cellules récupératrices de grandeur variée et suivant les dispositions les plus diverses. Le schéma de principe représenté à la figure 9 montre un collecteur thermique 33 disposé sur un toit plat 32, qui est constitué par une partie de collecteur 34 horizontale et par une une partie de collecteur 35 inclinée. Les parties de collecteur 4 et 35 sont faites en matériau en feuille ou en panneau et sont reliées à des panneaux isolants 36, 37. Entre les parties de collecteur 34 et 35 d'une part et les panneaux isolants 36 et 37 d'autre part peut circuler, dans le sens de la flèche "X" ou dans le sens inverse, un fluide, par exemple eau, vapeur ou air, qui, ce faisant, s'échauffe. A l'aide de la partie de collecteur 35 dresse verticalement ou obliquement, on peut transnorter de la vapeur d'eau jusqu'à une hauteur quelconque, sans qu'il se produise de condensation. Un collecteur thermique 36 constitué d'une pluralité de cellules récupératrices sphériques peut être réalisé suivant une dimension quelconque de plusieurs mètres carrés, en matériau approprié, par exemple en matière plastique, et, grâce à l'élasticité de son matériau et aussi à sa structure, il peut s'adapter à des surfaces courbes. La figure 10, de même que les autres figures, montre en vue partielle un collecteur thermique 41 constitué par un grand nombre de cellules récupératrices 40 qui est installé, par exemple, dressé verticalement ou suspendu. Chaque cellule récupératrice comprend une partie de protection 42 et une partie d'absorption de chaleur 43 ; entre cette dernière et un panneau isolant 44 se trouve un fluide 45 évacuant la chaleur absorbée. La particularité de l'exemple de réalisation représenté à la figure 10 réside en ce que la partie de protection 42 est, sur une région de sa surface intérieure, argentée, ou agencée de façon à réfléchir les rayons solaires ; ace à cette mesure, les rayons ayant une incidence relativement perpendiculaire sont réfléchis en direction de la partie d'absorption de chaleur 43, comme le montrent les trajets de rayons S. Des cellules récupératrices 40 disposées les unes en dessous des autres sont capables, par le bord 46 de la partie de protection 42, de réfléchir en direction de la partie d'absorption de chaleur 43 des rayons SE arrivant dans la partie de protection 42 sous un angle En prenant ces chiffres pour base, il apparaît judicieux de donner à la partie intérieure 47 argentée ou réfléchissant les rayons solaires de la partie de protection 42, en partant du bord 46, un angle inscrit ffi = 220 ou Si le collecteur thermique 41 n1 est pas disposé verticalement mais incliné sous un angle quelconque, les valeurs pour la grandeur et la position de la zone 46 réfléchissant les rayons solaires sont différentes. Enfin, il n'est pas absolument nécessaire que les cellules récupératrices élémentaires aient une forme exactement sphérique; leur surface peut également être de forme parabolique ou hyperbolique ou d'une forme courbe analogue. ême dans ce cas, on obtient le même effet thermique et constructif que lorsque les cellules récupératrices sont de forme parfaitement sphérique. L'invention n'est donc pas strictement limitée aux exemples de réalisation représentés, mais on peut imaginer d'autres variantes sans s'écarter de l'idée de base de l'invention. C'est ainsi que, par exemple, il est également possible de prévoir entre les cellules récupératrices 11 de exemple de réalisation représenté à la figure 3 une distance b de façon à augmenter la flexibilité du collecteur thermique 10 et à agir sur elle dans le sens voulu. L'essentiel est que, toujours, au moins la surface de la partie de protection de la cellule récupératrice présente une courbure formant bombement, ou plusieurs courbures de ce genre. RENDI CArCI ONS 1. Collecteur thermique comportant au moins une cellule récupératrice de chaleur qui est constituée par au moins une partie de protection laissant passer les rayons solaires et une partie d'absorption de chaleur, ces deux parties étant séparées par une capacité de retenue, caractérisé en ce qutau moins la surface de la partie de protection de la cellule récupératrice est courbée en forme de bombement. 2. Collecteur thermique selon la revendication I, caractérisé en ce que les surfaces de la partie de protection et de la partie d'absorption de chaleur sont toutes deux bombées. 3. Collecteur thermique selon la revendication 1, caracté -risé en ce que la partie de protection et la partie d'absorption de chaleur ont toutes deux une surface de forme sphérique. 4. Collecteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de protection et la partie d'absorption de chaleur sont en forme de coquilles. 5. Collecteur thermique selon la revendication 1, caractérit en ce que la partie de protection et la partie d'absorption de chaleur sont toutes deux des coquilles hémisphériques. 6. Collecteur thermique selon la revendication 1, caractérisé par une dépression à l'intérieur de la cellule récupératrice. 7. Collecteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale de la partie de protection va en diminuant du centre vers le bord à la façon d'un verre lenticulaire. 8. Collecteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie d'absorption de chaleur est plus lourde que la partie de protection. 9. Collecteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs cellules récupératrices sont associées à un panneau isolant. 10. Collecteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins la surface de la partie de protection de la cellule récupératrice présente une pluralité de courbures en bombement. 11. Collecteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de protection et la partie d'absorption de chaleur comportent une pluralité de courbures en bombement. 12. Collecteur thermique selon la revendication 1, caractéri sé en ce que plusieurs cellules récupératrices sont formées au moule par leurs parties de protection et leurs parties d'absorption de chaleur dans un matériau en plaque. 13. Collecteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs cellules récupératrices sont formées au moule par leurs parties de protection et leurs parties d'absorption de chaleur dans un matériau en feuille. 14. Collecteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une zone marginale étroite de la partie de protection voisine de la partie d'absorption de chaleur est munie à l'intérieur d'une couche réfléchissant les rayons vers l'intérieur.