Brevet FR2416987A1 — publié le 19790907

La présente invention concerne une construction modulaire pour collecteurs de chaleur solaire d'un système ae chauffage fonctionnant à lténergie solaire, en particulier des systèmes de chauffage fonctionnant à ltenergie solaire ot on utilise l'air comme milieu de transfert de la chaleur. Dana les systèmes de chauffage habituels fonctionnant à l'énergie solaire, on utilise un collecteur de chaleur à grande surface pour absorber la chaleur du rayonnement solaire pour la transmettre à un milieu de transfert, que ce soit de l'eau ou tout autre liquide, de l'air ou un gaz. Dans de tels systèmes, un dispositif d'absorption de chaleur à grande surface est nécessaire pour absorber efficacement une quantité suffisante ae rayonnement solaire. Un fluide de transfert froid passe depuis un bord de la surface du dispositif d'absorption de chaleur au bord opposé pour chauffer le fluide de transfert. Le fluide de transfert chauffé est alors amené vers un système de stockage ou d'utilisation. Lorsque l'air est employé comme milieu de transfert, une surface noire mate a jusqu'à présent été exposée au soleil sous un couvercle transparent (au moins à la plus grande partie du rayonnement solaire). Dans certains cas, la surface a'absorption de la chaleur est écartée d'un milieu isolant sous-jacent, et de l'air est soufflé entre la surface et le mileu isolant ou dans d'autres cas, de l'air peut être soufflé sur et/ou sous la surface d'absorption de la chaleur.Dans une installation habituelle, le dispositif d'absoption de la chaleur est monté sur le toit d'un bâtiment tel qu'une maison, un building etc...et est monté sur une pente du toit de façon à constituer une surface d'absorption aussi grande que possible et, de préférence, perpendiculairement au rayonnement solaire. Etant donné qu'un dispositif pour maintenir la surface exactement à angle droit par rapport au rayonnement solaire pendant la totalité de la journée et pendant toutes is saisons est extrêmement coûteux, de telles unités sont normalement montées sur une pente du toit ce qui constitue un compromis entre les points hauts et bas du soleil à midi au cours des différentes saisons.Lorsque l'air est le milieu de transfert, un volume substantiel d'air est habituellement employé pour transférer la cnaleur, et dans un but économique, il est déplacé le long d'un ou au maximum, quelques tubes conduisantou s'éloignant de la surface du collecteur de chaleur et de la zone de stockage. L'air froid est ,de préférence, distribué par un système de canalisation en un défit généralement uniforme le bng de la grande surface au collecteur et l'air chauffé est collecté dans un collecteur à air chaud et ensuite transporté vers la zone de stockage de la chaleur ou la zone d'utilisation. La construction de tels collecteurs à grande surface présente de nombreux problèmes et jusqu'a présent il a été très coûteux de réaliser un collecteur suffisamment grand pour satisfaire aux exigences d'un bâtiment particulier. En outre, de telles unités ont été généralement conçues sur commande et réalisées sur commande pour une installation particulière. Selon la présente invention, on a réalisé une construction modulaire pour dispositifs de chauffage fonctionnant à l'énergie solaire employant un milieu de transfert à air qui est aisément formée en un système de collecteur a grande surface souhaité en assemblant un certain nombre d'unités modulaires. Chaque unité modulaire comprend une enceinte a paroi mince réalisée de façon à pouvoir être fixée a d'autres enceintes adjacentes similaires côte à côte et/ou bout à bout. Les enceines assemblées sont réalisées avec me canalisation d'air froid à l'extrémité inférieure et uzecanalisation d'air chaud a l'extrémité supérieure de l'unité.En outre, un dispositif d'arrêt est prévu pour régler le débit de l'air a travers la canalisation d'air froid pour pouvoir varier le déplaclement de l'air au-travers des collecteurs de chaleur individuels pour produire un débit uniforme d'air a travers chacun des collecteurs de chaleur individuels. Parmi les buts et avantages de la présente invention on doit citer la réalisation d'une unité modulaire de collecteur de chaleur solaire et une telle unité où l'air est employé comme milieu de transfert. Cette unité modulaire de collecteur de chaleur solaire est réalisée de façon a pouvoir être raccordée à des unités adjacentes similaires côte a côte ou bout à bout. Cette structure des unités modulaires de collecteur de chaleur solaire permet un raccordement aisé et facile aux unités adjacentes de structure similaire. Selon un autre hut de. l'invention, l'unité modulaire de collecteur de chaleur solaire où on utilise l'air comme milieu de transfert de chaleur, est construiteen tôle et est conçue pour un construction économique d'un dispositif d'absorption de la chaleur du rayonnement solaire à grande surface. Un autre but encore de l'invention est de réaliser une unité modulaire de collecteur de chaleur solaire construite pour être raccordée à des unités adjacentes similaires pouvant être assemblées ensemble a leur canalisation d'air froid et, également à leur canalisation d'air chaud. Un but suplémentaire de l'invention est la réalisation d'une unité modulaire de collecteur de chaleur solaire conçue pour comprendre des canalisations d'air froid et d'air chaud incorporées et conçue pour être raccordée à des unités similaires possédant de telles canalisations. D'autres buts et avantages de l'invention peuvent aisément être trouvés en se référant à la description suivante et aux figures où: la figure 1 est une vue en perspective, schématique, d'un bâtiment comportant des unités de chauffage fonctionnant à ltenergie solaire montées sur un toit. la figure 2 est une vue en coupe agrandie à travers l'unité d'absorption de la chaleur, montrant la disposition d'un couvercle transparent et d'un élément isolant dans une enceinte de tôle. la figure 3 est une vue en perspective, éclatée d'une unité modulaire d'un dispositif d'absorption au rayonnement thermique solaire selon l'invention; la figure 4 est un détail agrandi d'une manière de raccorder des unités adjacentes d'une construction modulaire selon l'invention. a figure 4a est un autre mode de réalisation de raccordement entre deux unités adjacentes. la figure 5 est une vue agrandie d'un détail ae l'enceinte de tôle pour un dispositif d'absorption de la chaleur solaire selon l'invention. la figure 6 est une vue en perspective d'une forme d'utilisation de l'unité modulaire conçue pour permettre un raccordement bout à bout à des unités adjacentes terminales, la figure 7 est un détail agrandi d'une forme d'élément de fixation pour le couvercle transparent des dispositifs de chauffage fonctionnant à l'énergie solaire selon l'in invention la figure 8 est uie vue en coupe d'un joint horizontal de couvercles transparents pour les unités d'absorption ae l'énergie solaire; et la figure 9 est une vue en coupe de l'unité 'absorption au rayonnement solaire selon l'invention, montrant un type de trajets de l'air dans celle-ci. La figure 1 montre une unité d'absorption du rayonnement solaire assemblée selon l'invention qui est montée sur un bâtiment. Dans ce cas, un bâtiment 10 comportent un toit 12 est réalisé avec une installation de chauffage 14 fonctionnant à l'énergie solaire qui est constituée par une série d'unités modulaires, par exemple, des unités 16a, 16b et 16c du côté gauche de l'arrangement et reliées ensemble bout à bout. Cette série est montée adjacente et raccordée a des unités intermédiaires 16a, 16e et 16f qui sont similairement raccordées entr'elles bout à bout mais sont raccordées par leurs conduits à air froid et à air chaud, comme il sera expliqué ci-après, à la série de gauche et à la série de droite d'unités 16g, 16h et 16i. Les unités individuelles sont montées côte a côte et/ou bout à bout pour former la surface souhaitée. D'une manière générale, comme on peut le voir dns la figure 2, un dispositif de chauffage individuel fonctionnant à l'énergie solaire comporte un couvercle transparent externe 20, un couvercle transparent interne 21, un dispositif a'absorption 22 du rayonnement solaire, et un élément isolant 23. L'enceinte comporte une base 24 en tôle. La surface d'absorption 22 peut être montée sur l'élément isolant 23 avec un écartement 26 prévu au-dessus de la surface d'absorption pour former un passage pour l'air qui prélève la chaleur de la surface d'absorption chauffée 22. Dans d'autres cas, la surface d'absorption est écartée au-dessus de l'élément 23 et l'espace 26 pour le passage ae l'air est bien entendu entre la surface d'absorption et l'élément isolant 23. La surface d'absorption peut être ae métal ou autres produits similaires, revêtus d'une surface noire mate pour obtenir une absorption maximum du rayonnement solaire et pour permettre le transfert de la chaleur depuis la surface vers le côté en-dessous du métal où la chaleur est transmise à l'air.Egalement, la surface-d'absorption fournit de la chaleur à l'air passant au-dessus et/ou en-dessous de celle-ci. L'unité de base de l'enceinte est représentée dans la figure 6, où une feuille de tôle est pliée pour former un élément en U possédant des parois latérales 27 et 28 et une base 30. Les parois latérales comprennent des ouvertures opposés 29a et 29b a une extrémité et 30a et 30b à l'autre extrémité. Ces ouvertures servent pour le passage de l'air et sont employées pour le raccordement de l'unité à ses vasins adjacents lorsque les enceintes sont montées côte a côte. Une partie profilée 40 peut être montée au bord supérieur des parois latérales pour fixer les couvercles vitreux ou transparents de l'unité, comme il est expliqué ci-après. Lorsque l'enceinte est employée comme enceinte centrale externe représentée par l'élément 16b dans la figure 1, une enceinte 16a est raccordée à une extrémité de celle-ci et une enceinte 16c est fixée à l'extrémité opposée.Lorsqu'elle est utilise comme enceinte du milieu comme dans le cas 16b, les ouvertures dans les faces latérales ne sont pas réalisées ou employées étant donné qu'il est prévu par exemple, que l'air passe depuis l'enceinte 16a à travers l'enceinte 16b jusqu'à l'enceinte 16c qui comprend un colledeur d'air chaud. Lorsque l'unité modulaire est employée à l'extrémité inférieure d'une série d'unité fixée bout a bout par exeqXe, Lorsque l'unité est employée comme une des unités supérieures du milieu, à la fois les ouvertures 30b et 30a sont formées dans le côté pour constituer la canalisation d'air chaud. Pour permettre à l'air de pénétrer dans l'unité, une ouverture 30b peut être formée a la base de l'une des unités inférieures et les ouvertures 29 dans la paroi latérale permette le déplacement de l'air a travers le distributeur d'air froid. En inversant la direction ae l'une des unités au sommet, une ouverture 32 à une des unités supérieures constitue une sortie pour l'air chaud hors du collecteur supérieure. Dans la figure 9, une unité modulaire est représentée en coupe. Dans cette vue schématique, l'élément isolant 23 est monté dans le milieu de l'enceinte entre les parois terminales 27a et 2a pour former un conduit de sortie de l'air ou canalistion 28 et un conduit de sortie de l'air ou canalisation 29. Son également représentés sur l'enceinte modulaire les ouvertures 29 et 30 dans les parois latérales. Celles-ci sont employées, en fonction de la position de l'unité modulaire dans l'arrangement. En outre, le nombre d'ouvertures dans chacune des deux parois latérales de l'unité est déterminé par la position de l'unité modulaire particulière dans l'arrangement. Lorsque l'unité est employée comme élément inférieur comportant une canalisation d'entrée à son extrémité gauche, l'élément isolant et la surface absorbante 22 peuvent s'étendre vers l'ex trémité droite sans comporter une canalisation de sortie. Lorsque l'unité est employée au centre entre des unités supérieures et inférieures, l'élément isolant et l'unité d'absorption peuvent s'étendre jusqutauxdeux extrémités, en ne laissant aucune entrée et sortie aux deux extrémités. Lorsque l'unité modulaire est employée comme unité supérieure dans l'arrangement, l'élément isolant et l'unité dtabsorptionpewents'étendre jusqu'au côté gauche de l'unité en formant seulement une ouverture de sortie 39. Selon un autre mode de réalisation, comme il est montré dans la figure 9, le milieu absorbant 22 peut s'étendre a'une extrémité a l'autre de l'enceinte, et on compte sur la conauction de la chaleur depuis la surface du milieu jusqu'a l!en- droit se trouvant en-dessous. Le passage pour le fluide est par conséquent prevu en-dessous du mileu et au-dessus de l'élément isolant. En rendant les ouvertures plus petites, l'arrangement peut être employe dans une unité a un endroit quelconque. L'enceinte modulaire représentée dans la figure 3 comporte une paroi latérale 28 repliée pour former un petit rebord 28a ainsi qu'une base-formant un rebord 30a et l'autre face latérale 27 formant un rebord 27a. Les rebords peuvent alors être fixés a des rebords similaires sur l'élément adjacent au moyen ae vis ou autres moyens similaires.Lorsqu 'elle est utiliséé au milieu de l'arrangement, l'unité peut comporter des rebords aux deux extrémités en vue d'une fixation à des rebords similaires sur des unités inférieures et supérieures ou sur des unités centrales similaires. I1 est bien entendu que à'autres types de raccordements peuvent être mis en oeuvre pour relier les enceintes de te ensemble, par exemple, une simple bande autour du joint des 3 parois dans des éléments raccordées bout à bout,peut être utilisée pour fixer les enceintes ensemble au moyen de vis passant à travers la bande et dans chacune des parois latérales et la base. Comme on peut le voir dans la figure 4, les unités peuvent comporter des moyens de fixation pour raccorder les unités côte à côte, au moyen de rebords prévus dans les ouvertures formées dans bs parois latérales. Etant donné que les parois latérales sont en tôle, les bords des tôles peuvent être repliés sur eux-memes de façon a former des moyens de serrage avec le voisin adjacent, si nécessaire en employant un petit joint 45 ou un joint similaire entre les deux éléments pour aider à former un joint étanche.Comme on peut le voir dans la figure 4, le bord supérieur de la paroi 28', est replie pour passer au-dessus du bord supérieur de la paroi 27' qui est également repliée sur elle-même et, étant en tôle, elle peut être pliée aisément avec un outil très simple, Les parois latérales des ouvertures sont également repliées pour le raccordement. De cette façon, deux des unités peuvent très aisément être fixées ensemble de manière étanche. Comme on peut le voir aans la figure 4a, unepession latérale sur les unités fixera les unités ensemble sans replier le rebord, Le joint 45 scelle les unités rendant ces joints étanches au gaz. Avec l'arrangement des unités représenté dans la figure 1, les éléments disposés côte a côte peuvent être fixés ensemble au moyen du dispositif représenté dans la figure 4 et les éléments reliés bout à bout peuvent être joints l'un a l'autre au moyen des rebords représentés dans la figure 3, ou au moyen d'une bande avec des vis passant à travers la bande et les parois latérales. Les extrémités supérieures et inférieures sont également fermées au moyen de plaques de tôe fixées par des vis ou autres moyens similaires pour achever la construction des unités. Lorsque l'élément isolant n'est pas cimenté à la base de l'enceinte, divers types d'obstacles peuvent être prévus pour empêcher le mouvement de l'élément isolant vers le bas lorsque l'unité est miseen place en formant un certain angle. Les deux couvercles vitreux sont montés selon tout procédé convenable au sommet des unités pour former un joint étanche a l'eau. Comme on peut le voir dans la figure 7, un mode de réalisation de ce joint est prévu. Dans ce cas, un élément latéral profilé 50, avec une partie profilée sous forme d'un angle avec deux rebords centraux écartés 51 et 52 est prévu pour fixer l'élément vitreux supérieur 20 et l'élément vitreux inférieur 21. Les deux éléments profilés 50 sont vissés ensemble au moyen d'un écrou 54 passant au travers des parois adjacentes 27' et 28'.Un joint resistant aux conditions atmosphériques en une matière d'étanchéité souple 55, monté entre les deux éléments profilés 50, est fixé en place au moyen d'une vis 56 qui dilate la matière entre les deux pièces profilées, constitue un moyen pour fixer les éléments vitreux aux côtés des enceintes et également constitue un moyen pour fixer les parois latérales ensemble. Cette unité peut être utilisée pour raccorder verticaiment la jointure verticale entre les éléments modulaires. La jointure horizontale est montrée dans la figure 8 où un élément profilé supérieur 60 est monté pour fixer les éléments vitreux 20 et 21 sur un rebord 61, les éléments vitreux étant séparés par un joint 63. Similairement, l'élément profilé 60 comprend un rebord 61 monté de façon a maintenir les éléments vitreux de l'unité inférieure sur son rebord 61. Les éléments vitreux sont écartés l'un de l'autre au moyen du joint 63. Une série de vis écartées a tête large ou boulons 65 sont prévus pour maintenir les éléments vitreux sur les deux éléments profilés, en les maintenant en place lorsqu'ils sont vissés dans les ouvertures filetées. De la matière d'étanchéité telle que du mastic etc...peut être étalée le bng des bords des éléments vitreux pour fixer les pièces profilées aux éléments vitreux supérieurs de manière a former un joint étanche a l'eau. Les unités sont aisément rendues étanches à l'eau au moyen d'une construction habituelle en employant des joints et/ou du mastic. Les unités peuvent être montées directement sur le toit ou sur un châssis pour former un angle souhaité, Le milieu de transfert, c'est-à-dire l'air, est soufflé sur ou sous ou de part et d'autre du milieu d'absorption, voir figure 9. Un arrangement peut être prévu avec une entrée unique vers la canalisation d'air froid partir d'un conduit unique et une sortie unique à partir de la canalisation d'air chaud vers un conduit unique. Egalement, des conduits multiples et des entrées et sorties multiples peuvent être prévus. L'unité modulaire permet la réalisation aisée d'un arrangement possédant la dimension souhaitée de surface absorbante et pouvant s'adapter a la surface du toit. Donc, des structures existentes ou de nouvelles structures peuvent être employées pour soutenir cet arrangement. La construction modulaire rend la fabrication facile et rapide ainsi qu'économiqua L'unité unique permet d'éviter la nécessité de concevoir et construire sur commande des dispositifs d'absorption de l'énergie solaire. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. Revendications: 1. Construction modulaire pour collecteurs de chaleur solaire où l'air est employé comme milieu de transfert et construit pour pouvoir être raccordée à des unités similaires, caractérisée en ce qu'elle comprend: a) une enceinte modulaire généralement rectangulaire comportant des parois latérales minces et une base construites pour être raccordées à des parois terminales amovibles ou bout à bout à des éléments adjacents similaires et comportant une partie supérieure ouverte comportant un dispositif pour fixer un couvercle, cette enceinte étant construite avec au moins une canalisation pouvant être soit une canalisation interne incorporée à air froid a travers au moins une extrémité dans ces parois latérales soit une canalisation interne incorporée à air chaud à travers l'extrémité opposée dans ces parois latérales et un élément interne d'absorption de la chaleur s'étendant latéralement par rapport a cette canalisation avec un passage pour l'air permettant la transmission de la chaleur à l'air passant à travers cet élément interne d'absorption de chaleur, cette canalisation interne possédant une dimension en section transversale supérieure à ce passage pour l'air a travers ce passage de l'élément d'absorption de chaleur de sorte que le passage de l'air à travers cette canalisation se fait en un débit supérieur au débit à travers la partie intérieure d'absorption de chaleur. b) un dispositif pour former une ouverture dans au moins une paroi latérale de cette canalisation d'air. et c) un dispositif pour raccorder ensemble de manière étanche des unités adjacentes aux ouvertures d' air ajustées formant une canalisation interne pour les éléments ajustés. 2. Construction modulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bords de ces ouvertures dans les éléments adjacents sont repliés ensemble de manière à former un joint étanche pour raccorder de manière étanche des éléments adjacents à ces ouvertures à air froid et air chaud. 3. Construction modulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le couvercle est fixé au bord supérieur ae la paroi latérale pour sceller un couvercle transparent sur celle-ci. 4. Construction modulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que des entrées et sorties sont formées dans la base de cette canalisation à air chaud et air froid à'au moins un arrangement de tels éléments joints à des éléments similaires. 5. Construction modulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une entrée est prévue dans la base de cette canalistion à air froid d'au moins un arrangement de tels éléments joints à des éléments similaires. 6. Construction modulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une sortie est formée dans la base de cette canalisation à air chaud d'au moins un des arrangements de tels éléments joints à des éléments similaires, 7. Construction modulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ouverture à air froid dans la paroi latérale de cette enceinte peut être ajustée. 8. Construction modulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enceinte est en tôe:mince. 9. Construction modulaire selon la revendication 1, caracteisée en ce que le couvercle comprend un élément vitreux externe et m ou plusieurs éléments vitreux internes. 10. Construction modulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'absorption de chaleur central comprend un élément d'absorption de chaleur construit ae façon à permettre le passage de l'air au-dessus de sa partie supérieure et cet élément d'absorption de chaleur est monté sur un élément isolant. 11. Construction modulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que ce dispositif d'absorption de chaleur central comprend un élément d'absorption de chaleur construit pour permettre le passage ae l'air en-dessous de celui-ci. 12. Construction modulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'absorption de chaleur central comprend un élément d'absorption ae chaleur réalisé de façon à permettre le passage de l'air au-dessus et en-dessous ae cet élément d'absorption de chaleur. 13. Construction modulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que ces enceintes sont conçues pour être raccordées simultanément côte à côte à des éléments similaires et bout à bout à des éléments similaires. 14. Construction modulaire selon la revendieation I, caractérisée en ce qu 'elle comprend: a) une enceinte modulaire géneralement rectangulaire comprenant des parois latérales et une base construite pour être raccordée aux parois terminales amovibles ou bout a bout a des éléments adjacents similaires et comportant une partie supérieure ouverte comprenant un moyen pour fixer un couvercle sur celle-ci, cette enceinte étant conçue avec une canalisation interne incorporée a air froid à travers une extrémité dans ces parois latérales et une canalisation interne inoerporée à air chaud à travers l'extrémité opposée et dans ces parois latérales et un élément interne d'absorption de chaleur entre les deux avec un passage d'air permettant la transmission ae chaleur à l'air passant a travers ce dispositif interne d'absorption de chaleur, chacune de ces canalisations internes comportant une dimension en section transversalé supérieure à celle du passage d'air à travers ce passage de l'élément d'absorption de chaleur de sorte que le débit d'air à travers cette canalsation se fait à une vitesse supérieure a celle a travers le dispositif interne d'absorption de chaleur, b) un dispositif pour former une ouverture dans au moins une paroi latérale dans cette canalisation à air froid conçue pour s'ajuster a une ouverture similaire dans un élément adjacent, et un dispositif pour former une ouverture dans au mans une paroi latérale dans cette canffisation à air chaud conçue pour s'ajuster a une ouverture similaire dans un élément adjacent. c) un dispositif pour sceller ensemble des unités adjacentes par leurs ouvertures à air froid ajustées en formant un système de canalisation interne pour les deux éléments et d) un dispositif pour sceller ensemble des unités adjacentes, par leurs ouvertures à air chaud ajustées en formant un système de canalisation pour les deux éléments. 15. Construction modulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parois latérales et la base sont en tôle. 16. Construction modulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque enceinte modulaire est raccordée par son extrémité à une enceinte modulaire formant une unité rectangulaire allongée, comportant un élément interne d'absorption de chaleur solaire et un élément d'absorption de chaleur solaire s'étendant depuis une canalisation interne a l'air froid a une extrémité jusqu'a l'extrémité opposée d'une canalisation a air chaud. 17. Construction modulaire selon la revendication 16, caractérisée en ce qu'un certain nombre d'enceintes modulaires raccordées bout à bout sont conçues côte a côte èt chaque paire raccordée côte à côte comporte des ouvertures tanches entr'elles dans la canalisation à air froid et la canalisation à air chaud, pour former une unité complète possédant une canalisation à air froid à travers une extrémité, un certain nombre d'éléments internes d'absorption de chaleur chacun individuellement alimenté par la canalisation à air froid et une canalisation à air chaud à travers l'autre extrémité à travers ces éléments internes d'absorption de chaleur.