Brevet FR2396937A1 — publié le 19790202

La présente invention a pour objet un dispositif de captage de l'énergie solaire. Le dispositif selon 1 t invention peut s'appliquer à toutes les installations de production d'eau chaude sanitaire, de chauffage, de climatisation de maisons et de bâtiments pour collectivités ou pour l'habitat. I1 peut également être utilisé pour les mêmes besoins dans les bâtiments industriels et les usines. On sait que les dispositif 5 de captage de l'énergie solaire sont soit des dispositifs à concentration focale de 11 énergie solaire assujettis à suivre le soleil dans sa course, soit des capteurs plans qui installés en position fixe recoivent le rayonnement solaire direct et le rayonnement solaire diffus. La présente invention appartient à cette derniere categorie. Les capteurs de ce type utilisent "l'effet de serre" et sont tous constitués des éléments suivants. Une paroi transparente aux rayons lumineux, peu absorbante et le moins possible réfléchissante constituée soit de plaques de verre soit de films plastiques ou autres matériaux plastiques. Un absorbeur c'est à dire une paroi possédant un bon coefficient d'absorbtion du rayonnement dans le spectre solaire et sur lequel ou dans lequel circule un fluide, par exemple de l'air ou de l'eau. Un isolant qui réduit les pertes thermiques sur la face du capteur non exposée aux rayonnements solaires. Enfin un cadre qui renferme ces trois composants. Les rayons solaires traversent les parois transparentes qui sont au nombre de une, de deux, voire de trois, une partie de l'énergie étant réfléchie et absorbée. lis échauffent ensuite l'absorbeur en perdant encore par réflexion une partie de l'éner- gie. L'absorbeur échauffe le fluide à chauffer et s'échauffe lui même ce qui conduit à de nouvelles pertes par convection et conduction d'une part, par rayonnement dtautre part. Ces parois transparentes aux rayonnements solaires ne le sont pas ou du moins le sont moins aux rayonnements émis dans l'infra-rouge par l'absorbeur. I1 en résulte une résistance ther- mique et le captage de l'énergie solaire, ce que de coutume on désigne par l'effet de serre. On connait des absorbeurs qui sont constitués par des circuits tubulaires dans lesquels circule le fluide à chauffer et réunis par des ailettes métalliques, l'ensemble recouvert d'une peinture généralement noire mate. Le révêtement de surface peut être réalisé par des peintures de différentes couleurs ou par des oxydes métalliques, oxydes de chrome ou de nickel par exem ple; l'essentiel est que le coefficient d'absorbtion dans le rayonnement visuel soit le plus élevé possible. De telles surfaces sont dites "sélectives" si le coefficient d'absorbtion dans les longueurs d'ondes visuelles est élevé et si le pouvoir émissif dans les longueurs d'ondes de l'infra-rouge est bas. D'autres absorbeurs sont constitués de deux plaques soudées à l'intérieur desquelles circule le fluide à chauffer. La plaque exposée au rayonnement solaire présente généralement des dénivellations permettant le passage du fluide. Dans de très nombreux capteurs l'absorbeur est en fait constitué d'un radiateur de chauffage central extra-plat. La présente invention se rapporte à un capteur solaire plan dont l'absorbeur est constitué de deux plaques soudées mais qui présente par rapport aux capteurs connus des caractéristiques nouvelles et qui remédie aux inconvénients des capteurs antérieurs. L'invention permet également de minimiser la capacité en eau du capteur et en outre d'obtenir une meilleure surface d'ab sorbtion.augmentant l'énergie solaire captée particulièrement pour un rayonnement incident qui n'est pas perpendiculaire au plan du capteur bien que celui ci soit maintenu dans une position fixe et n'est donc pas assujetti à suivre le déplacement du soleil. En outre l'invention permet une fabrication industrielle du capteur avec un bas prix de revient. L'invention a pour objet un capteur solaire plan du type comprenant une paroi transparente et un absorbeur comportant deux plaques métalliques reliées ou soudées l'une contre l'autre caractérisé par le fait que celle des deux plaques éxposée vers la paroi comporte une pluralité de cavités peu profondes à parois faiblement inclinées, de préférence en forme de parabololde de révolution ou de calotte sphérique, de préférence disposés en quinconce. De façon avantageuse la largeur ou le diamètre-des cavités est compris entre 25 et 75 mm et la profondeur comprise entre 2 et 6 mm, la profondeur étant de préférence plus faible lorsque le diamètre s'accroit. Conformément à l'invention le volume de fluide contenu dans le capteur est de préférence voisin de 2 litres par mètre carré. La plaque qui est obtenue de préférence par emboutissage ou par formage par explosion est constituée d'un grand nombre de cavités de petites dimensions dont la face concave est dirigée vers le soleil. La surface de ces cavités peut être un paraboloide de révolution ou plus simplement la sphere osculatrice à ce paraboloide à son sommet. Ces cavités captent le rayonnement solaire même si les rayons sont inclinés comme ce sera le cas une grande partie du temps et les points les plus soumis au rayonnment donc les plus chauds sont situés sur la périphérie des cavités là justement ou circule le fluide du refroidissement. Elles ne sont pas comparables aux structures dites en nids d'abeille qui équipent certains types de capteurs dans la mesure où dans l'invention ces cavités forment des calottes largement ouvertes à l'exposition du soleil et ne forment pas de pièges au rayonnement réfléchi par l'absorbeur. Dans un mode de réalisation plus perfectionné de ce capteur on peut éviter en grande partie la perte due au rayonnement réfléchi par l'absorbeur, en interposant une grille métallique constituée de noeuds et de mailles entre les parois transparentes et l'absorheur. Les noeuds sont placés face aux centres des cavités c'est à dire à l'emplacement de la caustique de la cavité c'est à dire de l'enveloppe des rayons réfléchis par la calotte. Les mailles sont déformées de telle sorte qu'elles sont dans un plan sensiblement perpendiculaire aux noeuds et à la surface des parois transparentes et de l'absorbeur. En outre un tel dispositif freine les échanges par convection entre la plaque de l'absorbeur et les parois transparentes puisque les mailles constituent un obstacle donc des pertes de charge et une réduction de vitesse aux courants d'air qui lèchent alternativement la plaque dlabsorbtion et les parois transparentes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront décrits en référence au dessin annexé dans lequel La figure 1 représente une vue en coupe d'un capteur solaire selon l'invention. La figure 2 représente une vue de dessrsd'un absorbeur d'un -capteur solaire selon l'invention. La figure 3 représente une vue en coupe d'un capteur solaire selon l'invention et pourvu d'une grille anticonvection. La figure 4 représente une vue de dessus montrant la grille anticonvection et llabsorbeur . La paroi transparente (l) est constituée d'une glace claire trempée de 4mm d'épaisseur dont le coefficient de transmission est de 85%, celui d'absorbtion de 8% et celui de réflexion de 7%. L'absorbeur (2) est fait de deux toles d'acier inoxydable de quelques dizièmes de millimètres d'épaisseur par exemple O,6mm présentant des cavités de 40mm de diamètre environ. La rigidité de l'en- semble est obtenue par des points de soudure au centre des cavités judicieusement répartis et par les soudures en continu des ex trémités des deux plaques dont la surface est d'environ 1 x 2 mètres carrés. Une peinture sélective à l'oxyde de chrome permet d'avoir un coefficient d'absorbtion de 0,90 à 0,95 dans le visible et un pouvoir émissif de 0,10 à 0,15 dans l'infra-rouge. Dans l'absorbeur circule de l'eau sous faible pression, cette eau est additionnée d'éthylène glycol contre les risques de gel. La circulation est forcée et ne s'effectue grace à une pompe que si la tempèrature de la plaque et par la suite celle de l'eau est suffisante. Un dispositif de régulation qui n'offre pas de particularités spéciales permet ce mode de fonctionnement. La seconde plaque de l'absorbeur non soumise aux rayonnements du soleil est plane et est protégée pontre les déperditions par un isolant qui peut être de la laine de verre (3). L'ensemble est réuni dans une boite faite de profilés en acier avec un fond en tôle (4) . Les accessoires de robinetterie, les joints, etc... complètent l'ensemble. Un tel capteur réalisé en série conduit à un prix de revient très économique et peut attendre suivant l'insolation un rendement de 45 à 65% pour de l'eau circulant à 500C environ. Il est possible sans diminuer le rendement d'obtenir des températures plus élevées d'eau en ajoutant une grille piège comme décrit plus haut obtenue par cisaillage et extension d'une tôle d'acier dont les noeuds placés au droit des centres des cavités sont spécialement traités pour réfléchir le rayonnement réfléchi par l'absorbeur. Les ailettes des mailles s'opposent aux mouvements de convection de 11 air entre la glace et l'absorbeur et peuvent être légèrement décalées par rapport au plan perpendiculaire à la glace compte tenu de la position moyenne du soleil. Dans une réalisation encore plus performante la surface interne de la glace est revêtue d'une légère couche d'oxyde métallique comme par exemple l'oxyde d'indium qui favorise la réflexion du rayonnement de l'absorbeur sans s'opposer à la transmission du rayonnement solaire. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limite et qu'on peut lui apporter différentes modifications de forme ou de matériau sans pour cela s'éloigner ni de son cadre, ni de son esprit. En particulier, il peut y avoir une, deux, voire trois parois transparentes en verre ou glace ou encore en matières plastiques résistant aux rayons ultra-violets. On peut aussi utiliser des parois mixtes : verre et plastique par exemple. L'absorbeur peut être ou non revêtu a d'une peinture sélecti- ve la peinture non sélective peut ne pas etre nécessairement noire mate mais rouge-brique, voire verte. Le métal de l'absorbeur peut être de l'acier, de l'aluminium, du cuivre, voire un autre metal ou matériau relativement conducteur de chaleur. Les cavités ou calottes de l'absorbeur peuvent avoir des dimensions différentes et être disposées en files ou en quinconce. On peut ou non utiliser des grilles entre paroi transparentes et absorbeur et ces grilles peuvent avoir des formes et des traitements de surface particuliers. Les parois transparentes peuvent avoir dans leur masse ou en surface des additions renforcant la résistance à la transmission de la chaleur venant de l'absorbeur. La production d'eau chaude de ces capteurs n'est pas non plus limitée à des applications relevant de la production d'eau chaude sanitaire, -du chauffage ou de la climatisation de locaux mais peut etre utilisée à d'autres formes telle que la conversion d'énergie thermique en énergie mécanique pour par exemple le pompage de l'eau. REVENDICATIONS 1-Capteur solaire plan du type comprenant une paroi transparente et un absorbeur comportant deux plaques métalliques reliées l'une contre l'autre caractérisé par le fait que celle des deux plaques exposée vers la paroi comporte une pluralité de cavités peu profondes à parois faiblement inclinées. 2-Capteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les cavités sont des paraboloides ou calottes Sphériques. 3-Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que ces cavités sont disposées en quin conte 4-Capteur selon les revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que le diamètre des cavités est compris entre 25 et 75 mm et la profondeur entre 2 et 6 mm. 5-Capteur selon la revendication 4 caractérisé par le fait que le volume interne est de l'ordre de 2 1/m2. 6-Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5caractérisé par le fait qu'il comporte, sur la plaque à cavités, une grille métallique dont les noeuds sont placés au droit du centre des cavités. 7-Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que l'épaisseur de la plaque métallique est de l'ordre de 0,6 mm. 8-Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que la face interne de la paroi transparente est revêtue d'une mince couche d'oxyde métallique. 9-Capteur selon l'une quelconque des revendications 1à 8 caractérisé par le fait que la plaque, obtenue par emboutissage ou formage par explosion, est soudée contre une tôle plane par points disposés au centre des cavités et en continu sur les bords.