Brevet FR2414699A1 — publié le 19790810

La présente invention est relative auxinstallations de chauffage utilisant l'énérgie solaire et elle concerne, plus particulièrement, les installations du type mettant en oeuvre un fluide gazeux pour le transfert de la cnaleur emmagasinée Pour réaliser des installations de chauffage par captage de l'énergie solaire, on a déjà proposé d'utiliser un fluide caloporteur de transfert, tel que de l'air, amené à circuler entre un capteur d'énergie et le local à chauffer.De manière à améliorer le rendement, on a déjà proposé aussi d'utiliser certains des éléments du local en tant qu'accumulateurs et, pour ce faire on a préconisé de réaliser les murs en tant qu'éléments capteurs et accumulateurs en leur conférant une structure complexe très onéreuse nécessitée par l'obli- gation de répondre à l'impératif de captage thermique, d'accumulation et, bien entendu, de support et de résistance propre au bâtiment. De telles installations n'ont pas donné satisfaction car l'obligation de concilier les trois fonctions ci-dessus conduit à irobtention de structures très onéreuses ne possédant qu'un rendement médiocre de captage et incapables d'assurer une accumulation convenable de la chaleur transférée. Le fait d'utiliser, en tant que fluide caloporteur, un fluide gazeux et notamment de l'air, permet néanmoins de réaliser des installations moins com plexes, plus fiables et par suite, moins onéreuses de construction et d'entretien que les installations faisant intervenir un fluide caloporteur liquide. Le problème est donc de concevoir une installation à fluide caloporteur gazeux qui conserve les avantages inhérents par rapport aux installations à fluide liquide mais supprime aussi les inconvénients précédents, de façon à permettre une réalisation aisée à un prix de revient acceptable, un rendement convenable de manière à permettre l'implantation dans des régions meme moyennement ensoleillées et aussi à rendre possible l'intégration à l'architecture du b ti- telle ment qu'unefrnstallation est destinée à desservir. C'est l'objet de l'invention que de répondre à ces impératifs en proposant une nouvelle installation de chauffage par captage de l'énergie solaire pouvant etre réalisée à un prix de revient intéressant compte tenu de sa simplicité relative par rapport aux solutions actuelles préconisées, soit à air, soit à eau, ou meme éventuellement à huile, tout en offrant une capacité de captage et d'accumulation importante, tout en rendant possible son intégration à l'architecture d'un batiment. Conformément à l'invention, l'installation de chauffage par captage de l'énergie solaire du type mettant en oeuvre un collecteur et un fluide caloporteur constitué par de l'air est caractérisée en ce que le collecteur délimite au moins une enceinte contenant au moins un capteur et reliée par un circuit primaire de circulation à deux voies à un accumulateur contenant des masses réfractaires délimitant deux circuits internes de circulation dont l'un est en relation avec le circuit primaire tandis que l'autre est branché sur un circuit secondaire de prélèvement, la communication entre l'enceinte et l'une au moins des voies du circuit primaire étant contrôlée par un obturateur. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description ci-dessous faite en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe-élévation de l'installation conforme a l'invention. La fig. 2 est une coupe partielle prise selon la ligne II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe partielle analogue à la fig. 1 montrant ltun des éléments constitutifs de l'installation dans une autre position de fonctionnement. La fig. 4 est une coupe-élévation illustrant une variante de réalisation de l'un des éléments constitutifs de l'invention. La fig. 1 montre que l'installation conforme à l'invention comprend un collecteur 1 relié par un circuit primaire de transfert 2 à un accumulateur 3 qui est en relation avec le local à chauffer par un circuit secondaire de transfert 4. Le collecteur 1 comprend une enceinte fermée 5 dont le dessus est constitué par un vitrage bombé 6, de préférence à douDle épaisseur. Le vitrage 6 est orienté de manière que sa face convexe soit dirigée vers l'extérieur afin d'etre offerte le plus longtemps possible au rayonnement solaire incident. Dans ce but, la fig. 1 montre que l'enceinte 5 est, de préférence, disposée accolée à un mur extérieur 7 d'un local, de telle sorte que son plan bissecteur passant par la ligne II-II fasse sensiblement un angle de 45" par rapport à l'horizontale L'enceinte 5 est délimitée par un fond 8, par exemple, perpendiculaire au plan bissecteur et qui peut etre constitué pour former la structure proprement dit du collecteur 1 en comportant des éléments ou organes de réception et de fixation étanches du dessus 6.Le fond 8 est également associé à des parois verticales 9 qui sont réalisées de manière à pouvoir supporter, ainsi que cela apparat à la fig. 2, un capteur 10 qui est constitué, selon l'invention, par un corps 11 en matière isolante affectant en section la forme d'une enveloppe sensiblement semi-cylindrique comprenant des côtés plans transversaux rac cordés à la paroi périphérique par des segments convexes. La surface inté rieure de l'enveloppe 11 est revetue d'une feuille ou d'une couche de matière réflFchissante offrant un bon pouvoir de réflexion. L'enveloppe 11 supporte dans son plan longitudinal ouvert une surface sélective 12 qui est située appro ximativement dans le plan du fond 8.La surface sélective 12 est constituée, selon i'invention, par une grille obtenue par découpage-emboutissage de ma nière à délimiter des segments ou persiennes 13 s'étendant selon un plan oblique par rapport au plan général de la grille 12. Dans ltexemple, l'axe de révolution de l'enveloppe 11 est contenu dans le plan bissecteur du collecteur 1 et occupe une position horizontale. L'enveloppe 11 est associée, par une tubulure 14, au circuit primaire de transfert 2 qui comprend une gaine 15 d'amenée d'air débouchant à la base de l'accumulateur 3 et une gaine 16 de reprise reliant la partie supérieure dudit accumulateur au fond 8 qui présente sur toute sa longueur une fenetre ou fente 17 faisant communiquer la gaine 16 avec l'enceinte fermée 5. La tubulure 14 estséparée de la gaine 15 par une pompe à air 18, par exemple une ruue a aubes, associée à un moteur électrique chargé de créer une dépression à l'intérieur de l'enceinte 5 et d'assurer une circulation naturelle de l'air entre l'accumulateur 3 et l'enceinte 5, ainsi qu'une circulation forcée dans le sens enceinte 5 - accumulateur 3. La fig. 1 montre que l'accumulateur 3 est constitué par une enveloppe ou un caisson 19 en matière offrant une très bonne isolation thermique. Le caisson 19, qui peut etre incorporé aux fondations d'un bâtiment, peut etre disposé à l'aplomb du collecteur 1 pour former avec ce dernier une unité structurelle incorporable à un bâtiment. Le caisson 1 9 contient des lits superposés de chicanes 20 qui sont montées relativement pour occuper tout le volume interne du réservoir délimité par une structure plancher 21 et par une structure plafond 22. Les chicanes 20 sont constituées par des volumes creux en matière possédant une bonne faculté d'accumulation thermique. Ces volumes sont disposés relativement en lits superposés pour délimiter deux circuits internes de circulation 23-24 indépendants. A titre d'exemple, les chicanes 20 peuvent etre réalisées sous la forme d'un Y comportant deux branches creuses 20a se raccordant à une buse commune 20b. Les chicanes 20 sont ainsi montées, comme cela apparat aux dessins,cte-à-cOte en un premier lit de façon que leurs branches 20a soient placées en relation avec des ouvertures 25 pratiquées dans la structure 21. Un second lit superposé est monté sur le premier de façon que les branches 20a des cnicanes soient placées en relation avec les buses supérieures 20b du lit inférieur. Tout le volume utile interne du caisson 19 est ainsi occupé de manière que les buses 20b des chicanes 20 du lit supérieur soient placées en relation avec des ouvertures 26 ménagées dans la structure plafond 22.La structure 21 est disposée au-dessus du fond du caisson 19 avec lequel elle délimite une chambre 27 dans laquelle débouche la gaine 15. De façon analogue, la structure 22 délimite avec le dessus du caisson 19 une chambre 28 qui est raccordée à la gaine de reprise 16. L'installation décrite ci-dessus fonctionne de la façon suivante Les rayonnements solaires frappant le vitrage 6 du collecteur 1 sont concentrés à l'intérieur de l'enceinte 5 en direction du capteur 10 et sont ainsi dirigés vers la surface sélective 12. Le choc des rayons avec la surface sélective transforme le rayonnement solaire en rayonnement infra-rouge à grande longueur d'ondes avec absorption et, par conséquent, élève la température de la grille 12. Le fonctionnement de la pompe 18 crée une dépression à l'intérieur de l'enceinte 5 de sorte qu'il se produit une circulation d'air entre cette dernière et l'accumulateur 3 dans le sens de la flèche f obligeant ainsi l'air à traverser la grille 12 en léchant les persiennes ou segments inclinés 13 auxquels il emprunte la chaleur accumulée.L'air chaud ayant traversé la grille 12 est concentré à l'intérieur de l'enveloppe 11 d'ou il est prélevé par la tubulure 14 pour etre dirigé ensuite, en circulation forcée, dans la gaine 15 le conduisant jusque dans la chambre inférieure de répartition 27. L'air chaud emprunte alors obligatoirement, par l'effet de circula- tion forcée, le circuit 23, c'est-à-dire qu'il est amené à lécher les surfaces intérieures des chicanes 20 auxquelles il cède la chaleur prélevée lors de son passage à travers la grille 12. L'air ayant traversé le caisson 19, en cédant la chaleur prélevée aux chicanes 20, débouche dans la chambre supérieure 28 à partir de laquelle il emprunte par circulation naturelle la gaine de reprise 16 pour etre réintroduit par les fenetres 17 à l'intérieur de l'enceinte 5. La circulation permanente s'établissant entre le collecteur 1 et llaccumu- lateur 3 permet ainsi de réaliser un transfert de la chaleur fournie par le capteur 10 en ne mettant en oeuvre que des moyens techniques simples, fiables et peu coûteux puisqu'ils ne font intervenir que l'existence d'un circuit de transfert à deux gaines et d'une pompe entravée par un moteur électrique de faible puissance. La chaleur accumulée par le volume de stockage de l'accumulateur 3 est ensuite reprise, lorsque cela est désiré, par le circuit secondaire 4 qui permet, au moyen d'une pompe non représentée, d'assurer la circulation d'un fluide à l'intérieur du circuit 24 de façon à prélever, par léchage des surfaces extérieures chaudes des chicanes 20, une partie de la chaleur emmagasinée. De préférence, l'échange de température entre le fluide de chauffage empruntant le circuit 24 est établi sans relation directe avec le fluide caloporteur suivant le circuit 23. Ainsi que cela apparaft à la fig. 2, la disposition constructive selon l'invention permet de réaliser un collecteur 1 comprenant un ou plusieurs capteurs 10 qui peuvent etre reliés à un ou plusieurs accumulateurs 3 dont la capacité peut etre calculée en fonction du rendement et des besoins en modifiant le nombre de lits ou de rangées superposés de chicanes réfractaires 1. Il de- vient ainsi possible d'adapter avec facilité les caractéristiques d'une installation, d'une part, en fonction de l'ensoleillement et de la situation du local à chauffer et, d'autre part, de l'importance de ce dernier. A cet effet, il peut etre avantageusement prévu de réaliser le caisson 19 à base d'éléments modulaires préfabriqués susceptibles d'cotre empilés les uns sur les autres en offrant chacun une capacité de réception interne de plusieurs lits ou rangées de chicanes 20. Une telle construction offre une grande souplesse d'adaptation en fonction des nécessités de chaque installation et permet, en outre, une éventuelle modification ultérieure. Dans un tel cas de construction, il est préférable de réaliser le fond, le dessus et les structures 21 et 23 en tant qu'éléments indépendants s'emboitant, de meme que les éléments modulaires,par par des joints d'assemblage à feuillure et languettes complétés par un liant rapporté sur place. Selon une autre disposition de l'invention, il est prévu de pouvoir isoler le circuit de transfert 2 ainsi que l'accumulateur 3 par rapport à l'enceinte 5, pendant les périodes nocturnes,notamment, de manière à éviter les pertes par le refroidissement, par contact avec le vitrage 6, de l'air amené à circuler dans le sens de la flèche fl par convection naturelle et à perdre ainsi une partie des calories emmagasinées dans l'accumulateur 3. Selon une première disposition de l'invention illustrée par la fig. 1, il est prévu de monter l'enveloppe 11 du capteur 10 par deux tourillons extremes 29 (fig. 2) co-axiaux et sensiblement centrés sur le plan longitudinal passant par la grille 12, dans des paliers 30 présentés par les parois 9.L'un des paliers 30 est relié par une transmission 31 à l'arbre de sortie 32 d'un moteur électrique 33 qui est chargé de commander la rotation du capteur 10 dans le sens de la flèche f2 pour amener ledit capteur d'une position d'utilisation effective illustrée par la fig. I, à une position dans laquelle, selon la fig. 3, il constitue alors lui-meme et par son enveloppe 11, un obturateur entre l'enceinte 5 et la tubulure 14. Pour permettre cette rotation indépendante du capteur 10, il est prévu de conformer l'enveloppe 11 pour lui faire présenter une gorge 34 ménagée dans la paroi périphérique selon un plan perpendiculaire à l'axe géométrique des tourillons 29 et centrée sur ledit axe.La gorge 34 aboutit à une ouverture 35 pratiquée dans la paroi 11 pour faire communiquer le volume interne du capteur 10 avec la tubulure 14. Une telle disposition permet d'améliorer le transfert de l'air entre l'intérieur de l'enveloppe 11 et la tubulure 14 lorsque le capteur est en position d'utilisation effective et de faciliter le déplacement relatif de ladite enveloppe dans le sens de la flèche f2 lorsque le capteur doit etre amené dans la position de la fig. 3 pour assumer une fonction d'obturation entre l'enceinte 5 et ia tubulure 14. De cette manière, la circulation par convection naturelle est interrompue entre l'enceinte 5 et l'accumulateur 3, ce qui permet de réduire dans une très forte proportion les pertes qui en résulteraient autrement. La fig. 4 montre une variante de réalisation selon laquelle, pour assumer la fonction d'obturation entre l'enceinte 5 et la tubulure 14, il peut etre prévu de mettre en oeuvre un capteur l0a fixe et d'associer à ce dernier un rideau isolant 36 monté dans des éléments de guidage 37 conformés pour lui offrir une position d'effacement totale derrière l'enveloppe Il et une position d'oc de cultation de la grille 12, ainsi d'ailleurs, de préférence, que/la fenetre 17 de la gaine de reprise 16. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail car diverses modifications peuvent y etre apportées sans sortir de son cadre. En particulier, il peut etre prévu de conjuguer l'alimen tation de la pompe à air 15 avec la fonction d'obturation entre l'enceinte 5 et la tubulure 14 de manière à interrompre la circulation forcée de façon auto matique lorsque l'installation occupe un tel état de repos. La commutation en arret ou en marche de la pompe 15 peut ainsi etre placéesous la dépendance de la position du capteur 10 ou de celle du rideau 36. RE VE NDICATIONS 1 - Installation de chauffage par captage de l'énergie solaire du type mettant en oeuvre un collecteur et un fluide caloporteur constitué par de l'air, caractérisée en ce que le collecteur délimite au moins une enceinte contenant au moins un capteur et reliée par un circuit primaire de circulation à deux voies à un accumulateur contenant des masses réfractaires délimitant deux circuits internes de circulation dont l'un est en relation avec le circuit primaire tandis que l'autre est branché sur un circuit secondaire de prélèvement, la communication entre l'enceinte et l'une au moins des voies du circuit primaire étant contrôlé par un obturateur. 2 - Installation selon la revendication 1, caractérisé e en ce que le collecteur délimite au moins une enceinte comprenant un dessus transparent bombé dont la face convexe est tournée vers l'extérieur et un fond fixe portant au moins un capteur constitué par une enveloppe sensiblement semi-cylindrique munie dans son plan longitudinal ouvert d'une grille sélective située sensiblement dans le plan du fond. 3 - Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le collecteur délimite au moins une enceinte dont le fond supporte au moins un capteur relié par son enveloppe à une voie ou gaine d'amenée du circuit primaire munie d'une pompe de circulation forcée et aboutissant à l'accumula- teur qui est par ailleurs relié à une gaine de reprise débouchant au niveau du fond de l'enceinte. 4 - Installation selon l'une des revendications I à 3, caractérisée en ce que le collecteur délimite au moins une enceinte dont le fond supporte au moins un capteur muni d'une grille sélective comportant des persiennes ou segments inclinés par rapport au plan général de ladite grille. 5 - Installation selon Prune des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le collecteur délimite au moins une enceinte dont le fond supporte au moins un capteur monté mobile par rapport au fond et associé à un organe moteur capable de l'amener d'une position travail,dans laquelle la grille est alors que s laquelle la grille est orientée vers le dessus / lrenveloppe du capteur communique avec le circuit priraire, à une position de repos > uans laquelle la grille est orientée vers le fond alors que l'enveloppe forme un obturateur entre l'enceinte et le circuit primaire. 6 - Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le collecteur délimite au moins une enceinte dont le fond supporte au moins un capteur et au moins un rideau obturateur susceptible d'etre effacé totalement ou déployé entre le dessus du collecteur et le capteur. 7 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le collecteur délimite au moins une enceinte contenant au moins un capteur et reliée par un circuit primaire de circulation à un accumulateur formé par un caisson contenant des masses réfractaires creuses empilées côte-à-côte en lits superposés pour délimiter entre elles, par leurs faces internes, un circuit interne de circulation communiquant, par une chambre basse, avec une gaine d'amenée du circuit primaire et, par une chambre haute, avec une gaine de reprise dudit circuit primaire et, par leurs surfaces externes,un second circuit interne relié à un circuit secondaire de prélèvement. 8 - Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le collecteur délimite au moins une enceinte contenant au moins un capteur et reliée par un circuit primaire de circulation à un accumulateur formé par un caisson constitué à partir d'éléments modulaires préfabriqués emboStables. 9 - Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le collecteur délimite au moins une enceinte dont le fond supporte au moins un capteur et qui est reliée à un circuit primaire comprenant une gaine d'amenée d'air à l'accumulateur munie d'une pompe de circulation forcée dont le fonctionnement est placé sous la dépendance de l'obturateur.