Brevet FR2399629A1 — publié le 19790302

L'invention concerne un capteur à circulation d'air. On sait que ce type de capteur comprend généralement un absorbeur en tôle métallique disposé à l'arrière d'un vitrage, une circulation d'air, servant de fluide caloporteur, étant prévue à l'arrière de l'absorbeur, tandis que ltespace compris entre celui-ci et le vitrage constitue habituellement un espace mort. Dans certains cas, toutefois, l'air circule également entre le vitrage et l'absorbeur, avec toutefois l'inconvénient qu'une partie importante de lténergie calorifique est perdue à travers le vitrage. Le plus sonvent, la tôle servant d'absorbeur est munie d'ailèttes, de manière à augmenter sensiblement le coefficient d'échange thermique entre cette tôle et le flux d'air en circulation. Dans d'autres types d'absorbeurs, au lieu d'utiliser une tôle pleine, comme absorbeur, on utilise du métal déployé, qui est réchauffé par le rayonnement solaire et qui communique ses calories à l'air qui le traverse. Dans cette forme de réalisation, les. coefficients d'échange thermique sont supérieurs i ceux obtenus lorsque l'absorbeur est une tôle pleine. L'invention concerne des capteurs solaires i circulation d'air dans lesquels l'absorbeur est constitué d'une tôle métal- lique et elle vise à accroître le coefficient d'échange thermi- que entre cette tôle et le flux d'air caloporteur. A cet effet, l'invention prepose un capteur solaire coiprenant un absorbeur métallique dont au moins la face exposée au rayonnement solaire est séparée de l'atsomphbre ambiante par une surface en un matériau-transparent à ce rayonnement, ledit absorbeur étant en outre en contact par au moins une de ses faces avec de l'air servant de fluide~caloporteur en circula tion dans une gaine, ce capteur étant caractbrisé en ce que ledit absorbeur a la forme d'une surface cylindrique dont la directrice comporte des ondulations dirigées perpendiculairement à la direction d'écoulement de-l'air. La Demanderesse a établi, en effet, que, du fait de cette forme particulière de l'absorbeur, l'écoulement de l'air dans sa gaine est un écoulement tourbillonnaire particulièrement favorable aux ckange- thermiques avec l'absorbeur Les études et les essais qu'a effet la Demanderesse l'ont amenée à constater que le rapport entre le passage libre pour l'air en circulation - c'est-à-dire la distance séparant le sommet des ondulations de l r absorbeur les plus proches de la gaine de circulation d'air de cette gaine - et l'amplitude des ondulations - c'est-à-dire la distance transversale séparant deux ondulations successives opposées - doit de préférence être compris entre 0,06 et 1,00, et de préférence entre 0,3 et 0,7, afin d'obtenir le meilleur rendement énergétique du capteur.En dessous des limites inférieures de ce rapport qui vient d'être mentionné, en effet, les pertes de charge de l'air en circulation deviennent trop importantes, tandis qu'au-deasus des limites supérieures, les échanges thermiques entre l'air et l'absòrbeur sont insuffisants. De même, le rapport entre les pas des ondulations de l'absorbeur (c'est-à-dire la période de la courbe formant la directrice) et l'amplitude de ces ondulations, telle que définie ci-dessus, peut être avantageusement compris entre 1 et 5, et de préférence, entre 3 et 4. Avantageusement, afin de faciliter ltecoulement de l'air, la gaine prévue à cet effet comportera des nervures définissant des passages orientées dans le sens de cet écoulement. Ces nervures, dirigées perpendiculairement aux ondulations de l'absorbeur, raidissent l'ensemble gaine-absorbeur et lui confèrent ainsi une grande résistance mécanique, ce qui évite d'avoir recours à un bâti métallique support important. De plus, ces nervures servent d'entretoises entre l'absorbeur et les parois de la gaine de circulation de l'air. Les effets de la pression ou de la dépression régnant dans la gaine sont ainsi contrebalancés plus facilement. La circulation d'air pourra être prévue sur la face arrière de l'absorbeur ou, de préférence, sur les deux faces de celui-ci, afin d'accroitre les surfaces d'échange thermique, avec un isolant thermique du côté du capteur non exposé au rayonnesent solaire et, éventuellement une gaine transparente du côté exposé au rayonnement solaire. La directrice de la surface cylindrique pourra être par exemple sinusoidale. Elle pourra également être constituée d'une succession de profils en U inversés se raccordant au sommet de leurs branches en particulierdune succession de demi-cercles inversés. Cette directrice pourra également être constituée d'une alternance régulière de profils trapézoldaux. Naturellement, ces profils d'ondulations ntont pas pas de caractère limitatif. Les dessins annexés illustrent l'invention. Sur ces dessins: La figure 1 est une vue partielle en perspective d'un capteur selon l'invention sur son support et du collecteur d'air caloporteur La figure 2 est une coupe transversale partielle de ce capteur à plus grande échelle Les figures 3 et 4 sont des coupes schématiques, respectivement transversales et longitudinales, de ce capteur Les figures 5 et 6 sont des coupes analogues aux figures 3 et 4 d'une variante du capteur Les figures 7, 8 et 9 représentent des courbes utilisables comme courbes directrices pour la surface cylindrique de l'absorbeur. Le capteur solaire 1 représenté sur la figure 1 repose en position inclinée sur des supports 2 et est raceordé-latéralement à une gaine collectrice d'air 3. Comme on le voit nieux sur les figures 2, 3 et 4, ce collecteur comprend un absorbeur en tôle métallique ondulée, de part et d'autre duquel sont disposées des gaines de circulation d'air 5 et 6, raccordées au collecteur 3. L'ensemble est porté par une armature 7, séparée par des Joints thermiques isolants 8 des gaines et de l'absorbeur. Des matériaux de remplissage thermiquement isolants 9 et 10 sont également interposés entre l'armature 7 et la gaine arrière 5. La gaine avant 6 doit être transparente au rayonnement solaire. On voit, sur les figures 3 et 4, que l'absorbeur 4 a longitudinalement la forme d'une surface cylindrique ondulée dont les ondulations sont perpendiculaires au sens d'écoulement de l'air dans le-s- gaines 5 et.6. Cette forme de l'absorbeur a pour effet, comme déjà indiqué, de provoquer un écoulement tourbillonnaire de l'air dans les gaines, de manière à accroitre les échanges thermiques avec l'absorbeur. Les gaines 5 et 6 ont, en coupe transversale, donc perpendiculairement aux ondulations de l'absorbeur, un profil nervuré, définissant des passages séparés, respectivement 5a, 5k, 5c, 5d et 6a, 6b, 6c et 6d pour l'écoulement de l'air. En variante, comme représenté sur les figures 5 et 6, où les organes déjà décrits sont désignés par les mêmes références, un vitrage iO, en une matière transparente ou translucide, peut atre disposé à l'avant par l'absorbeur. Les figures 7, 8 et 9 illustrent différents profils utili sables pour l'absorbeur 4, à savoir une courbe sensiblement sinusoidale 11 (figure 7), une succession de aemi-cèTcles inversés 12 (figure 8) et des profils trapézoidaux à angles vifs 13 (figure 9). On peut naturellement utiliser bien d'autres types de profils. Sur ces figures, la référence a désigne le pas des ondulations et la reférence b leur amplitude. Ainsi qu'il a été expliqué ci-dessus, le rapport - doit être compris entre I et 5 et, de préférence, entre 3 et 4, pour obtenir les meilleurs échanges thermiques entre l'absorbeur et l'air en circulation. De même, si l'on désigne par I la distance séparant le sommet-d'une ondulation de la gaine la plus proche et représentant le passage libre pour 1'air en circulation, le rapport I sera avantageusement b compris entre 0,06 et 1 et, de préférence, entre 0,3 et 0,7. Les différents organes du capteur solaire conforme à l'in- vention pourront être réalisés en toute matière adéquate. Pour la gaine 6, on utilisera, par exemple, un statifié de polyester translucide ou une matière plastique transparente. La surface de l'absorbeur métallique 4 pourra être recouverte d'une peinture noire ou sombre. La couche absorbante de l'absorbeur 4 sera choisie telle, de préférence, qu'elle absorbe au maximum les rayonnements du spectre solaire et qu'telle réfléchisse les rayonnements des grandes longueurs grondes correspondant à ltémission propre de l'absorbeur porté à une certaine température. Bien que, dans les formes de réalisation qui viennent d'être décrites, une circulation d'air soit prévue de part et d'autre de l'absorbeur, ce qui accroît la superficie des surfaces d'échange thermique, il est également possible de ne prévoir une gaine de circulation d'air qu'à l'arrière de l'absorbeur. EVEND ICAT IONS 1.- Capteur solaire à circulation d'air, du type comprenant un absorbeur métallique ayant la forme d'une surface cylindrique ondulée dont au moins la face exposée au rayonnement solaire est séparéede llatmosphere ambiante par une surface en un matériau transparent à ce rayonnement, ledit absorbeur étant en outre en contact par au moins une de ses faces avec de l'air servant de fluide caloporteur en circulation dans une gaine, ce capteur étant caractérisé en ce que les ondulations de l'absorbeur sont dirigées perpendiculairement à la direction d'ecoulement de l'air. 2.- Capteur selaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre l'espace libre pour l'air en circulation et 11 amplitude des ondulations de l'absorbeur est compris entre 0,06 et I et, de préférence, entre 0,3 et 0,7. 3.- Capteur solaire selon l'une des revendications 7 et 2, caractérisé en ce que le rapport entre le pas des ondulations et leur amplitude est compris entre 1 et 5 et, de préférence, entre 3 et 4. 4.- Capteur solaire selon l'une des revendications ? à 3, caractérisé en ce que, de façon connue en soi, les ondulations de l'absorbeur ont un profil sensiblement Sinusodal. 5.- Capteur solaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, de façon connue en soi, les ofldulations de l'absorbeur ont un profil constitué par une succession de U inversé. 6.- Capteur solaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits U sont des demi-cercles. 7.- Capteur solaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, de façon connue en soi, les ondulations de l'absorbeur ont un profil constitué pour une succession de trapèzes à angles vifs inversés. 8.- Capteur solaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la gaine de circulation d'air comporte des nervures dirigées dans le sens de l'écoulement de l'air. 9.- Capteur solaire selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la circulation de l'air se fait seulement sur la face arrière de l'absorbeur. 10.- Capteur solaire selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la circulation de l'air se fait de part et d'autre de l'absorbeur. 11.- Capteur solaire selon l'une des revendications I à 10 caractérisé en ce qu'il comporte sur sa face avant une plaque en un matériau transparent. 12.- Capteur solaire selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la couche absorbante de l'absorbeur est telle qu'elle absorbe au maximum les rayonnements du spectre solaire et qu'elle réfléchisse les rayonnements des grandes longueurs d'ondes correspondant à l'émission propre de l'absorbeur porté à une certaine température.