Brevet FR2444237A1 — publié le 19800711

La présente invention concerne un nouveau capteur solaire, c'est-à-dire un nouveau dispositif pour le chauffage d'un fluide caloporteur à partir du rayonnement solaire. La présente invention crée un capteur dans lequel les éléments de captation peuvent être facilement'changes s'ils sont endommagés ou bien encore lorsqu'il y a lieu de procéder à leur nettoyage ou à celui des éléments de concentration de rayonnement auxquels ils peuvent être associés. Conformément à l'invention, le capteur solaire comprend des éléments de captation tubulaires, et est caractérisé en ce que le tube des éléments de captations délimite un segment saillant engagé dans la paroi d'un collecteur auquel sont connectés plusieurs éléments de captation qui sont, par ailleurs, supportés près de leur autre extrémité par des structures auxquelles ils sont reliés par l'intermédiaire d'une garniture souple. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est une perspective schématique partielle d'un capteur solaire. La fig. 2 est une coupe-élévation schématique d'un des éléments de captation du capteur de la fig. 1. La fig. 2a est une coupe-élévation analogue à la fig. 2 d'une variante. La fig. 3 est une coupe-élévation analogue à la fig. 2 d'une variante. La fig. 4 est une élévation vue sensiblement suivant la ligne IV-IV de la fig. 3 d'une des pièces apparaissant à cette figure. La fig. 5 est une perspective partielle illustrant un autre détail de réalisation du capteur des figures précédentes. La fig. 6 est une coupe-élévation à plus grande échelle d'un détail de réalisation. La fig. 7 est une perspective éclatée partielle d'une variante de réalisation du capteur. Les fig. 8 et 9 sont des schémas illustrant des types de branchement particuliers pour le capteur des figures précédentes. La fig. 10 est un plan d'un capteur complet. La fig. 11 est un schéma d'un capteur. Le capteur solaire, représenté à la fig.l, comporte des éléments de captation désignés respectivement par la référence 1 qui sont disposés au-dessus de réflecteurs 2 pouvant être propres à chaque élement de captation ou au contraire être cons titués par un seul élément ondule. La forme en section des ondulations des réflecteurs peut varier mais est, généralement, une courbe cylindro-parabolique ; l'élément de captation est place sensiblement au voisinage du foyer. Us éléments de captation sont supportes a une de leurs extrémités par un collecteur 3 et à leur autre extrémité par une structure de support 4 qui peut être réalisée de différentes façons comme cela ressort de la description qui suit. Tant le collecteur 3 que la structure de support 4 reposent sur un socle 5 qui peut être constitué par une charpente disposée sur une toiture, par une dalle de béton ou par un autre support pouvant ou non etre mobile, notamment inclinable. La fig. 2 illustre l'un des éléments de captation mis en oeuvre selon l'invention. L'élément de captation comporte un tube interne 6 en verre et un tube externe 7 également en verre ou matière analogue- qui enveloppe le tube interne sur la majeure partie de sa longueur et qui est scellé à celui-ci en 7a et en 7b, c'est-à-dire aux deux extrémités. L'espace compris entre le tube interne et le tube externe est normalement sous vide et une couche de matière absorbante 8 recouvre le tube interne 6. L'extrémité 7b du tube externe de même que celle 6b du tube interne sont, de préférence, amincies pour être conformées à la manière d'un goulot de bouteille ce qui permet de délimiter un embout de support 9. L'autre extrémité du tube interne délimite un col 6a qui est donc de plus petit diamètre que la partie du tube 7 entourée par le tube externe 7. En outre, et pour que le col 6a soit renforcé, un bourrelet interne 6c est le plus souvent prévu juste à l'emboucbure du tube interne. Pour supporter chaque élément de captation 1 le collecteur 3 présente des passages de tube 10 dans lesquels sont disposés des joints souples 11 prévus pour être montés par encastrement, c'est-à-dire que chaque joint 11 présente une gorge lla. A l'autre extrémité l'élément de captation est supporté par la structure 4 constituée, par exemple, par une console munie d'une garniture souple 16 et percée d'un trou 4a pour le passage de l'embout de support 9. La structure 4 est fixée sur le socle 5 par tous moyens appropriés, par exemple par des vis.La garniture souple 16 prend appui sur la partie en forme de goulot du tube externe 7 qui est une partie résistante de l'élément de captation et cette garniture peut facilement absorber d'éventuelles dilatations différentielles A la fig. 2a l'extrémité 6a du tube externe présente un filetage 61 vissé dans un taraudage 31 du collecteur 3 qui contient un joint annulaire 11 maintenu contre un épaulement 1 Pour faire circuler un fluide caloporteur dans le tube interne 6, on prévoit un tube concentrique 12 qui pénètre dans le tube interne 6 jusqu'au voisinage de son extrémité. Le tube concentrique 12 peut être fabriqué, suivant l'invention, de nombreuses façons différentes, notamment en matière plastique ou encore en métal bien qu'il puisse également être en verre. Dans un mode de réalisation préféré le tube concentrique 12 est flexible pour qu'il puisse être fléchi lorsque l'élément de captation 1 est mis en place ou retiré comme cela est expliqué dans la suite de la description. Chaque élément de captation 1 peut être d'une relativement grande longueur, par exemple entre 1 et 2 m, et il est important que le tube concentrique 12 soit maintenu avec précision à l'intérieur du tube interne 6 et qu'il ne risque pas de battre à l'intérieur de ce tube interne. Pour cela on interpose entre le tube concentrique et le tube interne des organes de centrage 14. Ces organes de centrage peuvent être constitués de nombreuses façons différentes, par exemple, comme représenté par des lames élastiques fixées à un collier 15 enfilé sur le tube concentrique ou par des barbes rapportées ou vannes de moulage lorsque le tube concentrique est lui-même moulé. Les lames élastiques ou les barbes présentent une souplesse suffisante pour pouvoir être déformées élastiquement lors de l'engagement du tube concentrique dans le bourrelet interne 6c. Plusieurs organes de centrage peuvent, le cas échéant, être prévus entre le tube concentrique et le tube interne particulièrement si l'élément de captation est de très grande longueur et que le tube excentrique est souple,par exemple en matière synthétique moulée. Les fig. 3 et 4 illustrent une légère variante suivant laquelle la structure 4 servant au maintien de l'embout de support 9 est constituée par une plaque 17 présentant un trou 17a pour le passage de l'embout de support 9 et des encoches 18. Les encoches 18 servent à la mise en place de tirants 19 fixés, par exemple, par des anneaux 20 au collecteur 3. Les réalisations décrites dans ce qui précède montrent qu'il est facile de mettre en place les éléments de captation et éventuellement de les changer. En effet, dans la réalisation de la fig. 2, il suffit de retirer la console en la dévissant puis d'extraire, par traction, l'ensemble tube interne/tube externe 6,7 ; un nouvel ensemble est ensuite mis en place, par simple engagement dans le joint souple 11. A la fig. 2a l'élément de captation est retiré par dévissage. A la fig. 3, cela est réalisé en retirant les tirants 19 ce qui peut être exécuté facilement en prévoyant par exemple qu'ils soient maintenus en place par des écrous à oreille 21 prenant appui sur la plaque 17. I1 est remarquable de constater que le col 6a empêche qu'un ensemble tube interne/tube externe 6, 7 puisse être introduit trop profondément dans le collecteur 3. Lorsque le tube interne présente un bourrelet 6c, il est avantageux, suivant l'invention, que le tube concentrique 12 présente une gorge complémentaire 22 en regard dudit bourrelet interne, de cette façon la circulation du fluide caloporteur n'est que très peu perturbée au passage du bourrelet 6c. Pour monter et démonter facilement le tube concentrique 12, il est avantageux, comme le montrent les fig. 5 et 6, de faire comporter au collecteur 3 une cloison médiane 23 percée de trous dans lesquels sont mis en place des joints souples 24 analogues au joint 11. L'extrémité du tube concentrique 12 est de plus conformée pour être annelée comme illustré en 25 ; de cette façon, lorsque le tube concentrique 12 est engagé à force dans le joint 24 il y est ancré par son extrémité annelée. Pour que la-mise en place et le changement éventuel des joints 24 soient faciles il est avantageux que le collecteur 3 présente au moins un flasque amovible 26 et de préférence deux flasques amovibles 26, 27. Bien que cela ne soit pas représenté, les flasques amovibles 26, 27 permettent, le cas échéant, de fixer le tube concentrique 12 par soudure dans la cloison 23 lorsque ce tube est métallique et qu'il en est de même de la cloison 23 du collecteur. La liaison au moyen de joints souples est cependant préférée car ainsi il est possible de fabriquer le collecteur également en matière plastique, par exemple à l'aide de profilés facilement extrudables lorsqu'ils sont constitués, comme illustré à la fig. 5, par deux pièces en U reliées par une cloison. I1 suffit ensuite de percer les trous destinés à recevoir les joints 24 ainsi que les trous destinés à recevoir des boulons de fixation qui, d'ailleurs, ne sont même pas nécessaires car ils peuvent être remplacés par des agrafes, des pinces ou autres organes analogues bien connus dans la technique. Comme cela ressort de ce qui précède, la cloison 23 délimite deux compartiments 28, 29 et la fig. 5 illustre comment le fluide caloporteur circule. Le fluide provient, par exemple, du compartiment 29, passe dans le tube concentrique 12 puis dans le passage annulaire 13 et est ramené ainsi dans le compartiment 28 ; le trajet opposé peut d'ailleurs être mis en ceuvre de la même façon. La fig. 7 illustre une variante suivant laquelle une série de tubes concentriques 12 est montée sur une première tubulure 30 en faisant saillie,soit d'un seul côté, soit des deux côtés, comme cela est représenté. Le collecteur 3 est, dans ce cas, constitué par deux demi-coquilles 31, 32, par exemple semi-cylindriques. Des encoches 33 sont pratiquées dans une partie méplate 34. Des joints 35 sont ensuite insérés entre le bord des demi-coquilles, ces joints présentant des ondulations 35a correspondant aux encoches 33. Finalement, les demi-coquilles sont assemblées sur les éléments de captation 1, par exemple en utilisant des colliers de serrage entourant le collecteur. Dans ce cas, la circulation du fluide caloporteur s'effectue à l'intérieur de la tubulure 30, à l'interieur des tubes 12, à l'intérieur des éléments de captation 1 puis à l'intérieur des collecteurs ou réciproquement. Comme précédemment, le changement des éléments de captation est extrêmement simple puisqu'il suffit de les extraire du logement, déflimité par les joints 35 serrés ensemble bord sur bord, après démontage de la structure 4 qui supporte ces éléments à leur extrémité libre. Le mode de circulation du fluide caloporteur peut varier si on le désire et, en particulier, dans certains cas, il peut apparaître utile que plusieurs éléments caloporteurs soient reliés en série. Dans ce cas, comme illustré à la fig. 8, plusieurs éléments caloporteurs sont relies à un collecteur 3a dont les compartiments 28 et 29 sont sépares par des cloisons transversales 36, 37 disposées de façon alternée, chaque cloison étant à chaque fois séparée par deux éléments de captation ou tubes concentriques. On voit par les flèches comment la circulation est établie, c'est-à-dire, par exemple, par le compartiment 28, un premier élément de captation 1, le tube concentrique 12, le compartiment 29 du collecteur 3a, un second tube concentrique 12, un second élément de captation, le compartiment 28 et ainsi de suite. Suivant la fig. 9, des tubes concentriques 121, 122 traversent de part en part un collecteur 3b et des éléments de captation 11 et 12 sont disposés symétriquement de part et d'autre du collecteur pour entourer les tubes concentriques 121, 122. On forme ainsi en quelque sorte un double élément de captation. Le collecteur 3b comporte, comme précédemment, des cloisons transversales 36, 37. On voit par les flèches que le fluide caloporteur suit alors un trajet analogue à celui qui précède mais dans lequel les deux éléments de captation d'un même ensemble travaillent en série. La fig. 10 illustre un autre développement de l'invention suivant lequel on constitue un élément capteur complet pouvant être assemblé à d'autres éléments analogues ou à un ensemble utilisateur. Pour cela la tubulure 30 fait saillie à une extrémité du collecteur 3 et est munie d'un dispositif d'assemblage 38, par exemple une bride, tandis que son autre extrémité 301 est fermée. De son côté, le collecteur 3 est fermé à une extrémité et muni -d'un dispositif d'assemblage 39, par exemple une bride, à son autre extrémité. Les éléments de captation 1 et les tubes concentriques 12 sont constitués comme expliqué dans ce qui précède.Les flèches illustrent le trajet du fluide caloporteur qui circule en parallèle dans les éléments dé captation successifs depuis son entrée dans la tubulure 30 jusqu'à sa sortie du collecteur 3 au niveau de la bride 39 qui peut être reliée à la bride 38 d'un autre capteur -complet. Le fluide caloporteur peut être liquide ou gazeux. Lorsque le fluide caloporteur est un gaz, le capteur peut être associé avec un échangeur de chaleur, par exemple un échangeur à barbotage. Lorsque le fluide caloporteur est liquide il est avantageux, comme le montre la fig. 11, que les éléments de captation 1 forment un angle (de l'ordre d'une dizaine de degrés avec l'horizontale pour être sur qu'une accumulation de gaz ne peut pas se produire et aussi pour permettre, le cas échéant, une circulation par thermo-siphon. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, la garniture 16 peut être constituée par un ressort. De même, les éléments élastiques de centrage des tubes concentriques peuvent constituer des éléments créateurs de turbulences pour le fluide circulant dans le passage annulaire 13. En outre, le collecteur peut être relié aux éléments de captation par des parties déformables permettant de faire varier, dans une certaine mesure, l'angle des éléments de captation. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Capteur solaire du type comprenant des éléments de captation tubulaires, caractérisé en ce que le tube des éléments de captation délimite un segment saillant relié de façon étanche à la paroi d'un collecteur auquel sont connectés plusieurs éléments de captation qui sont, par ailleurs, supportés près de leur autre extrémité par des structures auxquelles ils sont reliés par l'intermédiaire d'une garniture souple. 2 - Capteur solaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément de captation comporte un tube dans lequel est disposé un tube concentrique auquel il est relié par des organes de centrage. 3 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les organes de centrage sont constitués par des éléments élastiques notamment des lames. 4 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'écoulement du fluide caloporteur est rendu turbulent dans le passage annulaire délimité entre le tube de l'élément de captation et le tube qui lui est concentrique. 5 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le segment du tube de l'élément de captation saillant du tube externe de celui-ci forme un col engagé dans un joint souple de la paroi du collecteur et en ce que la structure de support de l'autre extrémité de l'élément de captation exerce une poussée sur cet élément. 6 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la structure de support comporte une console présentant un trou correspondant à l'extrémité de chaque élément de captation, ce trou étant bordé sur une face au moins de la console par une garniture souple appliquée contre ledit élément de captation. 7 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les éléments de captation tubulaires sont vissés sur la paroi du collecteur. 8 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le tube concentrique est relié à une paroi d'un second collecteur. 9 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les tubes concentriques et le second collecteur forment une pièce unique par soudage ou moulage. 10 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la liaison entre le tube concentrique et la paroi du second collecteur est réalisée par un joint souple dans lequel le tube concentrique est engagé ou pressé par une extrémité annelée, filetée, nervurée ou autrement rendue rugueuse qu'il présente. ll - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le collecteur est constitué par un élément tubulaire comprenant deux compartiments parallèles séparés par une cloison constituant la paroi dans laquelle est engagé chaque tube concentrique. 12 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'une au moins des parois latérales du collecteur à deux compartiments est constituée par un élément amovible. 13 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le collecteur auquel sont reliés les tubes concentriques est constitué par un tube qui est disposé concentriquement à l'intérieur d'un conduit présentant des ouvertures pour le logement du col des éléments de captation serrés entre des joints. 14 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'une partie au moins des collecteurs est aménagée avec des cloisons transversales pour l'établissement d'une circulation en série dans certains des éléments de captation. 15 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les tubes concentriques sont en matière souple de façon que ces tubes puissent fléchir lors des montages et démontages des éléments de captation. 16 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que les éléments de captation forment un petit angle, de l'ordre d'une dizaine de degrés, avec le collecteur auquel ils sont reliés. 17 - Capteur solaire suivant l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que les éléments de captation sont groupés en parallèle sur un même collecteur contenant une tubulure communiquant avec les tubes concentriques des éléments de captation, le collecteur, d'une part, et la tubulure, d'autre part, comportant des dispositifs d'assemblage tels que les groupes d'éléments de captation peuvent être montés en série.