Brevet FR2394766A1 — publié le 19790112

On sait qu'un capteur destiné à recueillir l'énergie thermique provenant du soleil se compose d'une enceinte fermée par une surface transparente à travers laquelle le rayonnement solaire est transmis à une canalisation, placée dans ladite enceinte, et dans laquelle circule un liquide qui s'échauffe sous l'influence dudit rayonnement Toutefois, dans les capteurs utilisés jusqu'à ce jour la surface transparente est une simple lame de verre Il en résulte qu'une forte proportion du rayonnement reçu est réfléchie par ladite surface et est renvoyéevers l'extérieur au lieu d'atteindre la canalisation. D'autre part, la direction du rayonnement lumineux n'est pas modifiée et même dans les cas où un verre imprimé est utilisé la lame de verre n'a aucun effet concentrateur. Le capteur selon l'invention utilise les caractéristiques optiques du matériau transparent ce qui permet d'éviter ces inconvénients et d'en améliorer le rendement. Il est caractérisé essentiellement par le fait que la surface transparente qui ferme son enceinte est formée d'une lame de verre ou de tout autre matériau transparent dont la section présente une succession de gradins inclinés calculés pour former une lentille cylindrique aplatie qui concentre la lumière vers la canalisation à chauffer. Accessoirement et lorsque la surface présentant des reliefs est tournée vers l'extérieur la lumière qui la frappe n'est que peu réfléchie. Les figures ci-annexées représentent des formes possibles de réalisation d'un capteur selon l'invention et permettent d'en mieux comprendre le fonctionnement. La figure 1 est un schéma qui montre comment peut être calculé et dessiné le profil de la surface transparente. La figure 2 est une vue en coupe transversale d'un élément de capteur, la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une variante de la partie inférieure d'un tel élément et les figures 4 et 5 représentent respectivement en plan et en coupe longitudinale une installation comportant un certain nombre d'éléments groupés. Sur ces figures, 1 désigne un élément linéaire de profil triangulaire divisé en deux enceintes 1 , 1 par une cloison transparente 2 L'enceinte supérieure 1a, au dessus de la cloison 2, a des parois internes réfléchissantes, tondis que l'enceinte inférieure 1b' au dessous de ladite cloison, a des parois noir mat. Au fond de l'enceinte lb, dans la pointe du profil en V de l'élément, est placé dans la canalisation 3 contenant le liquide à échauffer, par exemple de l'eau ou de l'huile. L'ensemble de cet élément est partiellement enrobé dans un bloc isolant 4. Les volu mes respectifs des enceintes 1 et lb sont avantageusement de 9/10 et a b de 1/10 du volume total de l'élément, ces valeurs n'étant toutefois nullement limitatives. L'enceinte supérieure la est fermée par une surface transparente 5 a dont, conformément à l'invention une des faces est formée d'une série de gradins ayant des flancs inclinés tels que 6a et 6b formant dans le cas qui est dessiné une lentille cylindrique convergente. Les flancs 6 et 6 a flanc 6a et b d'un gradin peuvent aussi avoir des inclinaisons symétriques par rapport à un plan perpendiculaire à la surface 5 formant ainsi un profil symétrique par exemple un triangle isocèle. I1 résulte de cette disposition comme on le voit sur la figure 1 que les rayons arrivant selon la direction de la flêche F1 sur un flanc 6 a sont transmis sensiblement intégralement à travers la surface 5 tandis que, lorsque le soleil a tourné et que les rayons lumineux arrivent selon la flêche F2 sous un angle plus rasant, les rayons frappant un flanc 6b sont à leur tour transmis sans réflexion notalie. Avantageusement mais non obligatoirement les faces réfléchissantes 1 et ld peuvent recevoir une inclinaison et une courbure de façon à réfléchir vers l'enceinte 1b le faisceau lumineux sous toutes les incidences tel que présenté dans la figure 6. La figure 3 montre une variante de constitution de l'enceinte inférieure lb d'un élément de capteur selon l'invention. Cette consiitution assure une surface d'échange beaucoup plus grande entre ladite enceinte et la canalisation ob circule le fluide à échauffer. Selon cette variante la paroi de l'enceinte lb, qui est fermée par la cloison 2 introduite entre les glissières 7a et 7b, comporte sur sa face interne un certain nombre d'ailettes ayant pour rale d'augmenter sa surface utile. On peut voir sur la figure des ailettes telles que 8 et 8 a b sur les faces obliques de l'enceinte, des ailettes radiales 9a et 9b et une ailette centrale 10 comportant elle même un certain nombre de cré neaux latéraux tels que 11 et 11b a b Quant à la canalisation de circulation de fluide, au lieu d'etre constituée par un simple tuyau à parois lisses elle est formée par un canal 12 comportant un certain nombre d'alvéoles radiaux tels que 13 ce qui augmente dans de fortes proportions la surface selon laquelle le fluide transporté est en contact avec la paroi et multiplie ainsi les échanges de chaleur. En outre, comme il sera exposé dans ce qui suit, le canal 12 peut recevoir une canalisation servant pour le retour du fluide, celui-ci circulant dans un sens dans cette canalisation et dans l'autre sens dans les alvéoles. Les figures 4 et 5 représentent une installation constituée par un certain nombre de capteurs élémentaires tels que celui qui vient d'être décrit On retrouve sur cette figure les enceintes la et i séparées par la a b lame 2, l'enceinte supérieure 1 étant fermée par la surface transparente a à gradins 5 formant lentille cylindrique convergente, tandis que la canalisation 3 est disposée au fond de l'enceinte inférieure lb, l'ensemble étant partiellement enrobé dans un bloc isolant 4. On voit sur la figure 4 que toutes les canalisations 3 des divers de éléments sont connectées en série. il va de soi que le nombre/tels éléments associés n'est nullement limitatif. Le fluide à échauffer circule dans un sens dans les canalisations 3. On peut, pour constituer un circuit fermé assurant le retour du fluide, disposer dans les enceintes lb une deuxième canalisation, dite de contrecourant, non représentée Comme on l'a dit plus haut, cette canalisation de contre-courant peut être diposée coaxialement à l'intérieur de la canalisation de circulation directe. il va de soi que les dimensions des éléments capteurs selon l'invention, ainsi que la nature des matériaux qui les constituent peuvent être absolument quelconques. C'est ainsi que la surface constituant la lentille cylindrique convergente peut être par exemple en verre ou en matière synthétique. On peut noter que la surface en gradins comporte moins de matière qu une lentille cylindrique ordinaire de mêmes caractéristiques optiques et qu'elle est donc moins croûteuse. Sa fabrication par impression ou par moulage peut être beaucoup moins onéreuse. Le capteur selon l'invention peut être utilisé à des fins très variées par exemple pour le chauffage de locaux d'habitation ou à usage industriel ou commercial ou encore chaque fois qu'une température plus élevée que celle obtenue par les capteurs ordinaires estsnécessaire pour le stockage ou l'utilisation de l'énergie solaire. Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible également de concentrer les rayons du soleil sur un miroir formé par exemple d'une feuille d'aluminium, laquelle feuille aurait été imprimée pour former une succession de gradins à plans inclinés constituant ainsi un miroir cylindrique concave renvoyant lesdits rayons vers un capteur linéaire tel que décrit ci-dessus. Dans le cas ou le canal 12 peut recevoir axialement un autre canal, non représenté sur la figure 3, le système utilisé est le système d'écho n ge entre une canalisation chaude et une autre canalisation froide, du type à "contre-courant". REVENDICATIONS 1. Capteur d'énergie thermique solaire, comportant au moins un élément divisé en deux enceintes par une cloison transparente, l'enceinte supérieure ayant des parois internes réfléchissantes et étant fermée par une surface transparente tandis que l'enceinte inférieure a des parois noir mat et contient une canalisation ot circule un liquide à réchauffer par le rayonnement solaire, caractérisé par le fait que la surface transparente fermant l'enceinte supérieure comporte une succession de gradins à flancs inclinés (6a, 6b) 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les gradins ont un profil symétrique 3. Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les gradins ont un profil dissymétrique. 4. Capteur selon la revendication 3 o; le profil des gradins constitue une lentille cylindrique convergente. 5. Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enceinte inférieure comporte des ailettes (8 à 11) sur sa face interne. 6. Capteur selon les revendications 1 et 5, prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que la canalisation de circulation du fluide à réchauffer est constituée par un canal (12) comportant des alvéoles radiaux (13). 7. Installation de captage selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte en un seul bloc un certain nombre de capteurs élémentaires accolés, les canalisations de fluide de ces capteurs élémentaires étant connectées en série 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée por le fait qu'elle comporte dans les enceintes inférieures des capteurs élémentaires, une seconde canalisation servant au retour du fluide0 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée par le fait que la canalisation de retour est disposée coaxialement à l'intérieur de la canalisation d'aller, utilisant le système à contre-courant.