Brevet FR2450427A1 — publié le 19800926

La présente invention se rapporte à un dispositif destiné à chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaire et elle concerne plus particulièrement un dispositif capable de transformer l'énergie rayonnée par le soleil en une énergie contenue sous forme de chaleur dans un fluide, en particulier dans de l'eau. On connaît divers dispositifs permettant de chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaire. Tous les dispositifs connus qui sont destinés à chauffer un fluide avec l'énergie solaire comprennent un collecteur solaire constitué par deux feuilles de matière métallique profilées et superposées de manière à définir entre elles des conduits disposés selon la plus grande dimension des feuilles, une plaque de matière transparente à la lumière placée au-dessus et à distance de la paire de feuilles métalliques superposées de manière à créer un intervalle entre elle-même et ces feuilles, une plaque de matiere isolante sur laquelle les feuilles métalliques superposées prennent appui et un cadre destiné à maintenir les éléments mentionnés plus haut. Les collecteurs solaires connus sont ensuite superposés directement à un toit ou équivalent puis reliés par des conduits à un réservoir placé à distance du collecteur, dans lequel le fluide chauffé est emmagasiné et d'ot partent d'autres conduits qui mènent aux points d'utilisation du fluide chauffé. Les dispositifs connus destinés à chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaire présentent de nombreux inconvénients. L'un des inconvénients que présentent les dispositifs connus destinés à chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaire consiste dans le médiocre rendement de la transformation de l'énergie, rendement qui est en outre variable dans le temps. Un autre inconvénient des dispositifs connus destinés à chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaire consiste dans la durée insuffisante de vie utile des dispositifs et dans la nécessité d'un entretien périodique de ces dispositifs. Un troisième inconvénient des dispositifs connus destinés à chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaire consiste dans la complexité de l'installation des dispositifs, en ce sens qu'il est nécessaire de prévoir des conduits pour raccorder le collecteur, dans lequel se produit la transformation de l'énergie, au réservoir qui emmagasine le fluide chauffé et qu'il est nécessaire d'isoler aussi bien les conduits que le réservoir pour réduire au minimum les pertes de chaleur et qu'il est également nécessaire de renforcer le toit ou équivalent pour lui permettre de supporter le poids du collecteur rempli de. fluide. Un autre inconvénient des dispositifs connus destinés à chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaireconsiste dans le coût élevé de ces dispositifs, coût qui est lié à la complexité de l'installation. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif pour chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaire qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs connus et qui, comparativement à ces derniers et à égalité de surface exposée au soleil, possède un rendement élevé et constant, n'exige pas d'entretien périodique et possède une structure d'installation extrêmement simple, ce qui entraîne une réduction du coût de l'ensemble du dispositif. L'invention a pour objet un dispositif pour chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaire en utilisant un collecteur solaire caractérisé en ce qu'il comprend des moyens qui permettent au collecteur de tourner autour de deux axes distincts. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. - La figure 1 est une vue de côté d'un dispositif suivant l'invention monté sur un édifice - la figure 2 est une vue en perspective et à plus grande échelle du dispositif suivant l'invention ; et - la figure 3 est une vue en nerspective et avec arrachements partiels d'un élément du dispositif suivant l'invention. Suivant l'idée la plus générale de réalisation d'un dispositif suivant l'invention destiné à chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaire, ce dispositif comprend un collecteur solaire et des moyens qui permettent la rotation dé ce collecteur autour de deux axes distincts, de préférence autour de deux axes perpendiculaires entre eux et qui permettent également la translation du collecteur le long de l'un de ces deux axes. En outre, et toujours suivant l'idée la plus générale de réalisation d'un dispositif suivant l'invention, le collecteur solaire comprend un réservoir de stockage du fluide chauffé par le collecteur lui-même. On a représenté sur les figures 1, 2 et 3, une forme particulière de réalisation d'un dispositif pour chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaire suivant l'invention qui rentre dans l'idée la plus générale de solution indiquée plus haut. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1, un dispositif pour chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaire comprend un socle 1 qui prend appui sur le plafond d'un édifice. Du socle 1 part une structure tubulaire 2 tournante et de longueur variable, qui sera décrite dans la suite et qui émerge partiellement au-dessus du toit 3 de l'édifice à travers une fenetre 4 pratiquée dans ce toit. Un collecteur solaire 5, qui sera décrit dans la suite, est monte sur l'extrémité de la structure tubu laire 2 qui émerge du toit 3 de manière à pouvoir osciller autour d'un axe théorique. Plus particulièrement et comme on le voit sur la figure 2, la structure tubulaire tournante et de longueur variable 2 qui fait saillie sur le socle 1 est constituée par deux tronçons de tubes 6 et 7 possédant des dimensions transversales différentes. Le tronçon de tube 6 est fixé rigidement au socle 1 et il reçoit intérieurement un segment du tronçon tubulaire 7 qui possède des dimensions diamétrales plus faibles et la différence entre les dimensions diamétrales des tronçons tubulaires 6 et 7 est de nature à permettre la rotation du tronçon tubulaire 7 par rapport au tronçon tubulaire 6 autour de l'axe commun dé ces deux tronçons tubulaires ainsi que le coulissement du tronçon tubulaire 7 par rapport au tronçon tubulaire 6. Pour l'exécution du coulissement du tronçon tubulaire 7 par rapport au tronçon tubulaire 6, il peut être prévu différents moyens non représentés sur le dessin, et tels que, par exemple un vérin hydraulique placé entre le socle 1 et l'extrémité du tronçon tubulaire 7 qui est la plus rapprochée de ce socle. Sur l'extrémité du tronçon tubulaire 7 située à l'extérieur du tronçon tubulaire 6 est montée une plaque 8 d'où partent deux consoles 9 et 10. Sur la plaque 8 fait également saillie une tige filetée 11 qui se loge dans un trou fileté 12 pratiqué dans la plaque 8. Sur les consoles 9 et 10 portées par la plaque 8 sont articulées des consoles 13 et 14 qui font saillie sur le collecteur 5 et l'axe théorique qui passe par les charnières dans lesquelles est réalisée la liaison entre les consoles 9 et 10 et les consoles 13 et 14 constitue l'axe théorique autour duquel le collecteur 5 peut osciller. La structure du collecteur 5 du dispositif suivant l'invention destiné au chauffage d'un fluide au moyen de l'énergie solaire est représentée sur la figure 3. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3, le collecteur solaire 5 comprend un corps ouvert 15, fait d'une matière rigide et qui contient tous les éléments necessaires pour la transformation de l'énergie solaire en chaleur d'un fluide et pour le stockage du fluide ainsi chauffé. Le corps ouvert 15 est fermé à sa partie supérieure par une plaque 16 d'une matière transparente à la lumière. Sous la plaque de matière transparente à la lumière 16 et à une certaine distance de cette lame est placée une plaque plane 17 faite d'une matière élastomère et munie intérieurement de plusieurs cavités traversantes 18 disposées suivant la plus grande dimension de ladite plaque 17. De cette façon, il se forme un espace intercalaire fermé 19 entre la plaque 16 de matière transparente à la lumière et la face de la plaque plane 17 qui est la plus rapprochée de cette plaque. Sous la plaque plane 17 est disposée une masse 20 de matière expansée sur laquelle ladite plaque 17 est appuyée et, à l'intérieur de la masse 20 est incorporé un cylindre 21 qui constitue le réservoir de stockage du fluide chauffé. En particulier, la masse isolante 20 est cons tituée par plusieurs couches de laine de verre, les fibres d'une couche étant inclinées par rapport aux fibres des couches adjacentes. Naturellement, le dispositif suivant l'invention est muni de conduites non représentées qui relient la série de conduits traversants 18 au cylindre 21 et de conduites qui partent du cylindre 21 et passent dans l'espace enfermé à l'intérieur de la structure tubulaire tournante et de longueur variable 2 pour atteindre les points d'utilisation du fluide chauffé et, en outre, de conduites servant à envoyer un nouveau fluide froid au dispositif destiné à remplacer le fluide chaud qui a été consommé après avoir été chauffé. Ainsi qu'on l'a dit plus haut, les consoles 13 et 14 assurent la liaison entre le collecteur 5 et la structure tubulaire 2. Cette liaison est réalisée au moyen d'une fixation solide établie entre les consoles 13 et 14 et le cylindre 21 et cette liaison se trouve donc à l'intérieur du corps 15 ; plus précisément, la base 22 de ce corps présente des fenêtres 23 à travers lesquelles passent les consoles 13 et 14 précitées qui, après avoir traversé des ouvertures correspondantes pratiquées dans la masse 20, sont fixées solidement, par exemple par soudage, en contact direct avec le cylindre 21. Le fonctionnement du dispositif suivant l'invention destiné à chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaire est le suivant. En partant de la position représentée sur la figure 1, pour pouvoir suivre la variation de l'inclinaison des rayons solaires sur le collecteur qui se produit pendant la journée et d'une saison à l'autre, c'est-à-dire pour faire varier l'inclinaison du collecteur 5 par rapport aux rayons solaires, on procède de la façon suivante. En agissant sur la plaque 8, on provoque la rotation du collecteur 5 par rapport à l'axe commun des tronçons tubulaires 6 et 7, c'est-à-dire autour de l'axe de la structure tubulaire tournante 2. En dehors de cette rotation, et en agissant sur la tige filetée 11 de manière à la faire tourner dans le trou fileté 12 ménagé dans la plaque 8, il est possible de provoquer la rotation du collecteur 5 autour de l'axe qui passe par les points d'articulation des consoles 13 et 14 sur les consoles 9 et 10, en ce sens qu'en faisant tourner la tige filetée 11 dans le trou fileté 12, il est possible de faire varier la longueur de la partie de la tige 11. qui est comprise entre la plaque 8 et la base 22 du collecteur 5. En faisant tourner le collecteur 5 autour des deux axes mentionnés plus haut, il est possible de lui conférer pratiquement une inclinaison quelconque et, par conséquent, l'inclinaison appropriée pour obtenir le meilleur rendement dans la transformation de l'énergie solaireen chaleur emmagasinée dans le fluide qui circule à l'intérieur des conduits 18 de la plaque 17 de matière élastomère ou qui est contenue dans le cylindre 21. I1 ressort de façon évidente de la description du dispositif suivant l'invention et de son fonctionnement qu'avec ce dispositif, on atteint les buts visés, ainsi qu'on peut le déduire de la lecture des considérations exposées ci-après. En effet, la possibilité d'effectuer des rotations autour des deux axes du dispositif permet de donner la meilleure inclinaison au collecteur en tenant compte de la latitude géographique à laquelle le dispositif est placé ainsi que des saisons de l'année et également de rendre l'orientation du collecteur indépendante de l'orientation du toit au point de pouvoir donner au collecteur suivant l'invention une orientation exactement opposée à celle du toit. En outre, la possibilité de faire tourner le collecteur autour de deux axes, une rotation partielle étant indépendante de l'autre, qui permet de mécaniser cette rotation à l'aide de moyens simples outre, naturellement, les moyens manuels, de façon à pouvoir assurer également la constance dans le temps des valeurs du rendement de la transformation de l'energie. Les caractéristiques de construction du dispositif suivant l'invention suppriment toute néceSsité de renforcer le toit sur lequel est monté le collecteur du dispositif et d'une façon générale, elle supprime la nécessité de renforcer une structure quelconque de l'édifice sur laquelle le dispositif prend appui ; ceci apporte un notable avantage en ce qui concerne la simplicité de l'installation du dispositif et en réduit le prix de revient. Enfin, la structure particulière du collecteur solaire du dispositif suivant l'invention prévu pour chauffer un fluide au moyen de ltenergie solaire permet d'atteindre une simplicité de construction optimale et de minimiser le prix de revient en ce sens qu'en réunissant et en englobant dans une meme masse isolante tous les éléments pour la transformation de l'énergie solaire et son stockage, on réduit les pertes de chaleur et on élève par conséquent également le rendement du dispositif. I1 va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour chauffer un fluide au moyen de l'énergie solaire en utilisant un collecteur solaire, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens qui permettent la rotation du collecteur autour de deux axes distincts. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens qui permettent la rotation du collecteur autour. de deux axes distincts sont également des moyens qui permettent la translation du collecteur le long de l'un des deux axes. 3- Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens qui permettent la rotation du collecteur autour de deux axes distincts et qui permettent également la translation du collecteur le long de l'un des deux axes comprennent, d'une part, deux tron çons tubulaires coaxiaux, emmanchés l'un dans l'autre, de manière à pouvoir tourner l'un par rapport à l'autre autour de cet axe, qui est commun aux deux tronçons et à pouvoir coulisser l'un par rapport à l'autre le long dudit axe commun et, d'autre part, au moins une console rigidement solidaire de l'un des deux tronçons tubulaires et sur laquelle le collecteur solaire est monté à charnière. 4 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collecteur solaire, comprend : une plaque plane faite d'une matière élastomère et munie de cavités traversantes disposées suivant la grande dimension de la plaque, une plaque de matière transparente à la lumière superposée à ladite plaque plane à distance de cette dernière afin de former avec celle-ci un espace intercalaire, un récipient cylindrique qui contient le liquide chauffé et supporte ladite plaque plane ainsi que ladite plaque de matière transparente à la lumière et un corps en matière isolante qui englobe ledit récipient cylindrique, lequel constitue la structure porteuse du collecteur. 5 - Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le corps en matière isolante qui englobe le récipient cylindrique est constitué par plusieurs couches de laine de verre les fibres d'une couche étant inclinées par rapport à celles des couches adjacentes. 6 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un socle qui s'appuie sur la structure d'un édifice sousjacent au toit.