Brevet FR2406166A1 — publié le 19790511

La présente invention, à laquelle a collaboré Monsieur Piero D. LESSIEUR, concerne un capteur solaire perfectionné, permettant de limiter les pertes calorifiques par rayonnement et dont la fabrication est très aisée. Elle concerne également l'application desdits capteurs à la production d'eau chaude sanitaire. L'utilisation de l'énergie solaire pour le chauffage de fluides, en vue notamment du chauffage de logements, ou de la production d'eau chaude sanitaire, est bien connue. Afin de pouvoir capter l'énergie calorifique provenant du chauffage solaire1 un certain nombre de dispositifs ont été mis au point s en particulier, il existe des capteurs comprenant des concentrateurs, permettant de concentrer par réflexion les rayons du soleil sur un réservoir contenant un fluide caloporteur, éventuellement en circulation t d'autres capteurs sont dits "capteurs à vitrage".Ces derniers capteurs sont en général des capteurs plans, de forme généralement parallélépipédique, et comportent principalement une vitre ou surface transparente plane, une couche d'absorbeur généralement noir, un support comprenant un matériau isolant et, & proximité de l'absorbeur ou solidaires de l'absorbeur lui-mEme, des tubes, dans lesquels circulent les fluides caloporteurs a réchauffer. Cinq figures sont jointes à la présente description t Les figures 1 et 2 illustrent l'état de la technique (respe- tivement coupe générale d'un capteur et réalisation particulière de l'ensemble absorbeur-tubes de circulation du fluide caloporteur) Les figures 3 et 4 montrent un exemple de réalisation des capteurs selon l'invention, respectivement en coupe transversale et en perspective avec arrachement t La figure 5 est une vue de détail en coupe d'une variante. Sur la figure 1, on a représenté la structure générale d'un capteur plan solaire. Dans un coffrage 1 généralement parallélépipé- dique, sont disposés s une masse 2 de matériau isolant, une plaque 3, de tôle ou d'un autre matériau peint en noir, et des tuyaux 4, dans lesquels circulent des fluides caloporteurs (qui peuvent entre soit un gaz, soit un liquide, généralement de l'eau a laquelle on a ajouté de l'antigel, pour éviter tout risque de gel en hiver). Au-dessus de la plaque 3, qui joue le rôle d'absorbeur, est installée, au niveau supérieur du coffrage 1, une plaque de verre 5 t cette plaque de verre peut être sélective, c'est- & dire laisser passer les rayons solaires indiqués par la flèche S, sans laisser repartir, du moins en totalité, le rayonnement issu de l'absorbeur 3, représenté par la flèche A.Sous l'effet du rayonnement solaire, la température de l'absorbeur monte, et celui-ci émet un rayonnement qui, associé au rayonnement solaire, permet de réchauffer l'espace dans lequel se trouvent les tuyaux 4 dans lesquels circulent les fluides caloporteurs Les matériaux constituant les diverses parties d'un tel capteur solaire peuvent être variables s - pour le coffrage 1, on a déjà utilisé de la tôle, de la fibre de verre ou des mousses plastiques telles que la mousse de chlorure de polyvinyle.Le matériau constituant oe coffrage doit, en fait, résister aux intempéries (en particulier les chocs de température) t il doit également résister aux agents corrosifs et avoir une bonne résistance mécanique t - pour le panneau vitré 5, il est possible d'utiliser simplement le verre t toutefois, on peut également utiliser des films ou des pellicules de matière plastique t cependant, l'utilisation de tels matériaux pose le problème de leur dégradation dans le temps, de plus ils sont relativement comateux t - pour la masse isolante 2, de nombreux matériaux ont déjà été utilisés s la laine de verre, les polyuréthanes, les polystyrènes expansés, le liège, etc... t - l'absorbeur peut être un matériau quelconque, généralement la tôle, et sa caractéristique essentielle est sa couleur s c'est un corps noir, donc susceptible d'ennagasiner un rayonnement, de s'échauffer et de réadmettre l'énergie emmagasinée, dans le cas de capteurs solaires destinés à produire de l'eau chaude. Ce type de capteur plan vitré présente un certain nombre d'inconvénients. En particulier, les pertes par rayonnement ou par convection peuvent être importantes, et des solutions ont déSh été proposes pour réduire ces pertes (il est possible par exemple de réduire les deux types de pertes en plaçant orthogonalement à l'absorbeur un faisceau de tubes de verre Je comportant eux-mêmes comme des absorbeurs pour le rayonnement émis par 1 'absorbeur). Ce type de solution est toutefois d'un coat relativement élevé, complique la structure du capteur plan, et de plus augmente considérablement sa fragilité. Sur la figure 2, on a représenté une association également connue absorbeur-tube d'écoulement du fluide caloporteur, différente de celle qui est représentée sur la figure 1 X ici, l'absorbeur 6 est solidaire des tubes 7 d'écoulement du fluide caloporteur. L'énergie thermique se propage donc vers ledit fluide par rayonnement et aussi par conduction. il faut signaler que ce type de capteur plan vitré, peut comporter également un double vitrage, ce qui permet de réduire les pertes par convection. Le but de la présente invention est de proposer un capteur solaire, d'une forme et d'une structure particulière, permettant de limiter les pertes par rayonnement de l'absorbeur, et dont la fabrication soit aisée. L'invention a par conséquent pour objet un capteur solaire comprenant i - au moins une surface en un matériau transparent aux rayons solaires, - un coffrage en un matériau isolant, à la surface duquel sont aménagés des canaux permettant l'écoulement du fluide aaloporteur, lesdits canaux faisant face à la surface transparente, ledit capteur étant caractérisé en ce qu'au moins une partie de la surface desdits canaux en contact avec le fluide caloporteur sert d'absorbeur. Avantageusement, une seconde surface transparente, prenant appui sur la partie supérieure desdits canaux, constituera la paroi supérieure de ceux-ci, tandis que leur paroi inférieure sera aonstituFepar la matière isolante du coffrage. Un capteur ainsi constitué ne comprend dono que trois partie constitutives principales, dans la mesure où l'on utilise deux surfaces transparentes, par opposition aux capteurs classiques, à double vitrage, qui comprennent cinq ou six parties constitutives, (coffrage, matières isolantes, absorbeur, tubes de circulation du fluide caloporteur, surfaces vitrées). Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, un collecteur d'évacuation du fluide caloporteur sera ménagé dans la masse du coffrage et une partie au moins desdits canaux dEbou- chera dans ce collecteur. De façon analogue, un collecteur d'alimentation en fluide caloporteur sera prévu dans le coffrage et une partie au moins desdits canaux communiqueront avec ce collecteur à leur extrémité opposée au collecteur d'évacuation. Dans le cas où le coffrage en matériau isolant est en une matière synthétique moulée, il est ainsi possible de réaliser en une seule opération de moulage le coffrage,avec les canaux, le collecteur d'alimentation et le collecteur d'évacuation, ce qui limite considérablement les cottes de fabrication. Afin de pouvoir mieux décrire le capteur solaire selon l'invention, on se référera aux figures 3 à 5, qui illustrent l'inven- tion, sans vouloir la limiter. Sur les figures 3 et 4, on a représenté la masse 8 de matière isolante, qui constitue à la fois le coffrage et l'isolation. Des canaux 11 sont ménagés à la surface de la masse 8, lesdits canaux permettant 1 'écoulement du fluide caloporteur. Cet écoulement peut aussi bien s'effectuer par simple ruissellement, du fait de l'inclinaison du capteur, que sous pression. Les canaux 11 peuvent avoir une forme absolument quelconque s circulaire , polygonale ou autre. Dans le cas des dessins, ils ont une section en V. La surface 12 formant le fond des canaux 11 est d'une couleur adaptée à l'application du capteur i généralement, au moins partiellement de couleur noire, dans le cas où l'on souhaite que le capteur réchauffe le fluide caloporteur, ou de couleur claire, au contraire, lorsque le capteur est utilisé pour le refroidissement radiatif d'un fluide. Dans le cas du réchauffage d'une eau sanitaire, par exemple, c'est cette portion de surface 12 qui emmagasine le rayonnement solaire, lequel traverse successivement une plaque transparente 9, fermant le capteur a sa partie supé- rieure, et une plaque transparente 10 qui, dans le cas du dessin, forme la paroi supérieure des canaux 11, mais qui pourrait occuper une autre position. Il est bien entendu que ces plaques 9 ou 10 peuvent autre, comme dans les capteurs classiques, en un matériau quelconque susceptible de laisser passer le rayonnement solaire, et qui, de préférence, ne laisse pas passer dans 1 'autre sens le rayonnement émis par l'absorbeur (verre, verres sélectifs, matières plastiques, etc...). Ce rayonnement émis par l'absorbeur 12 doit d'ailleurs traverser, dans le capteur selon l'invention, le fluide circulant à l'intérieur des canaux ll,avant d'etre éventuellement perdu audessus de la plaque vitrée 10. Ceci permet de réduire considérablement les pertes calorifiques par rayonnement de l'absorbeur, sans addition au capteur proprement dit de dispositifs particuliers à cet effet.Ce rayonnement contribue bien sbr & l'échauffement du fluide caloporteur circulant dans les canaux 11. Dans le cas où la plaque 10 repose sur la partie supérieure des canaux, elle peut être fixée sur la matière isolante par tout moyen connu dans la technique (collage, vissage ou rivetage, par exemple). Afin qu'il existe une surface de contact suffisante entre la plaque 10 et le matériau constituant le collage, les arêtes séparant les canaux 11 pourront avantageusement comporter une portion plane lla, comme représenté sur la figure 5. Comme on le voit sur la figure 4, les canaux 11 débouchent dans un collecteur d'évacuation 12 pratiqué dans la masse du coffrage 8. De façon analogue, à leur autre extrémité ces canaux débouchent dans un collecteur d'alimentation (non représenté), également pratiqué dans la masse du coffrage. Une telle forme de réalisation est particulièrement avantageuse lors de la fabrication par moulage du coffrage 8. Un mode particulièrement préféré de mise en oeuvre do 1 'inven- tion est de réaliser le coffrage 8 en un matériau coloré dans la masse, noir, dans le cas d'une utilisation du capteur solaire pour le dhaufige du fluide caloporteur, ou clair, dans le cas du refroi- dissement radiatif d'un fluide. Ceci est possible, par exemple > avec du polyuréthane ou tout autre matériau plastique pigmentable. La totalité de la surface des canaux 11 est alors absorbante, et la totalité de la masse 8 constitue un isolant. La fabrication en série du coffrage ne pose aucun problème, puisqu'une telle structure peut être obtenue directement à partir d'un moule de configuration très simple. Après ee moulage, il ne reste plus qu'à placer successivement les surfaces transparentes 10 et 9 sur le coffrage moulé, sans avoir à peindre en noir une partie quelconque d'un absorbeur, ou à rajouter une plaque pour jouer le rôle d'absorbeur. En outre, les canaux 11 n'ont pas a être raccordés individuellement à un collecteur d'alimentation et à un collecteur d'évacuation. Les capteurs selon l'invention sont en conséquence de fabrication aisée, tout en permettant de réduire les pertes thermiques. Ils sont particulièrement applicables au chauffage de l'eau sanitaire des immeubles. REVENDICATIONS 1.- Capteur solaire comprenant s - au moins une surface en un matériau transparent aux rayons solaires, - un coffrage en un matériau isolant, à la surface duquel sont aménagés des canaux permettant l'écoulement d'un fluide caloporteur, lesdits canaux faisant face à la surface transparente, ledit capteur étant caractérisé en ce qu'au moins une partie de la surface. des canaux en contact avec le fluide caloporteur sert d'absorbeur. 2.- Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi inférieure des canaux est constituée par la matière isolante du coffrage et la paroi supérieure par une surface transparente. 3.- Capteur solaire selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une surface transparente constituant la paroi supérieure des canaux, et une deuxième surface transparente, située au niveau supérieur du coffrage et fermant celui-ci. 4,- Capteur solaire selon l'une des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que lesdites surfaces transparentes sont consti- tuées par au moins l'un des matériaux du groupe s verres, verres sélectifs, matières plastiques transparentes. 5.- Capteur solaire selon l'une des revendications 1 a 4 caractérisé en ce qu'un collecteur d'évacuation du fluide caloporteur est ménagé dans la masse du coffrage et en ce qu'une partie au moins des canaux débouchent dans ledit collecteur d'évacuation. 6.- Capteur solaire selon l'une des revendications 1 a s, caractérisé en ce qu'un collecteur d'alimentation des canaux en fluide caloporteur est ménagé dans la masse du coffrage et en ce qu'une partie au moins desdits canaux coiiunient avec ledit collecteur d'alimentation. 7.- Capteur solaire selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le coffrage résulte du moulage d'un matériau isolant moulable. 8.- Capteur solaire selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau isolant est choisi dans le groupe constitué par les matières plastiques pigmentables et en ce qu'il est coloré dans la masse. 9.- Capteur solaire selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit matériau isolant est le polyurAthane, de préférence le polyuréthane noir. 10.- Application d'un capteur solaire selon l'une des revendications 1 à 9 au chauffage de l'eau sanitaire.