Brevet FR2443030A1 — publié le 19800627

la présente invention se place dans 2e domaine de l'utilisation de l'energie solaire, en particulier de l'absorption directe du rayonnement reçu sur une surface plane. Elle se place aussi dans le domaine de la construction immobilière et spécialement du chauffage et de la ventilation de locaux d'hàbitation ou industriels, car les capteurs en question sont particulièrement adaptés au chauffage de l'air de ven tilation. Ils peuvent à ce titre faire partie d'un circuit de conditionnement de l'air. Chauffer l'air des locaux au moyen du rayonnement solaire est un problème ancien, mais l'expérience a prouvé que, malgré de très nombreaux efforts, il nia pas été encore résolu d'une façon satisfaisante, eu égard aux coûts d1 installation et d'entretien Il convient en particulier que le capteur solaire puisse entre monte très facilement sur les parois d'un immeuble, qu'il soit solide et peu coûteaux, léger si possible, qu'il ne puisse s'encrasser ou se boucher m8me avec de lrair poussiéreux, et néanmoins qu'il conserve un rendement maximal pour les diverses conditions d'éclairement (direct, réfléchi ou diffus), enfin qu'il délivre l'air réchauffé aux endroits les plus favorables pour la ventilation et avec le minimum de perte de pression. Pour préciser l'état de la technique en ce sens, parmi les tres nombreaux systèmes de capteurs solaires, on peut se reférer au brevet des E.U.A. n 2 680 437 de K. W. Miller. le capteur décret dans ce brevet co-porte, comme il est courant, un boîtier plat rectangulaire dont toutes les parois sont thermiquement isolées, cauf la paroi tournée vers la lumière qui est transparente. Ledit boîtier contient des plaques absorbantes parallèles, en persienne ou en chicane, proches les unes des autres et à mi-distance de ladite paroi transparente et du fond opposé. De la sorte, un débit d'air admis à une des extrémités du boîtier près de la paroi transparents peut passer entre ces plaques réchauffées par le soleil et sortir chaud à l'autre extrémité le long du fond opposé. Ce plaques peuvent en outre tre réfléchissantes au rayonnement infrarouge du c8te de ce fond, ce qui diminue les déperditions thermiques de ce fond en direction de la paroi transparente, selon un effet bien connu. Enfin, ce capteur peut être intégra à un circuit de ventilation qui comporte de façon connue un dispositif de stockage de chaleur, par exemple dans un lit de gravier traversé par l'air chaud qui sort du caPteur. Le brevet français (nO 76 21 264 - 2 358 624) décrit un capteur de constitution analogue, mais avec des plaques constituées par des lamelles absorbantes et réfléchissantes orientables. Les mêmes modes généraux de fonctionnement et d'utilisation sont repris dans la présente invention avec des perfectionnements qui concourent à un meilleur rendement à un moindre prix et à une meilleure intégration à la ventilation d'un immeu- ble. Ainsi, l'invention résout-elle le problème d'utilisation de la chaleur solaire à un prix compdtitif avec celui de l'énergie de combustion des hydrocarbures, actuellement jusqu'ici le plus économique des moyens de chauffage. Pour ce faire, l'invention, qui utilise aussi un passage ascendant en forme de bottier plat avec une face transparente et un corps d'échange perméable placé entre le fond opaque et la paroi transparente, se caractérise en ce que ce corps d'échange perméable est combiné à des moyens qui créent une gère perte de charge régulièrement répartie sur sa surface, ce qui répartit également le débit d'air sur l'ensemble de cette surface. Lesdits moyens peuvent etre associés au corps d'échange ou faire partie intégrante de celui-ci. En pratique, il semble que le meilleur moyen de répartition selon l'invention consiste en une cloison imperméable avec quelques orifices répartis et qui est appliquée sur toute la surface du corps d'échange. On dénommera cette cloison ciaprès : cloison de répartition. On pourrait toutefois ménager de tels orifices dans le corps d'échange lui-meme. Grâce à l'invention, on évite dans le bottier et au sein du corps d'échange les courants de convection thermique de l'air échauffé. De tels courants de convection, qui peuvent se produire dans les réalisations rappelées plus haut viennent réchauffer la paroi transparente, ce qui diminue énormément le rendement du capteur en question. Selon l'invention, au contraire, on obtient dans le bottier un courant d'air régulier allant de la paroi transparente vers le fond, perpendiculairement en moyenne au corps d'échange perméable qui travaille ainsi de façon optimale. La cloison de répartition est placée de préférence le long du corps d'échange en vis-à-vis du fond du bottier. En ce cas, elle est de préférence rendue réfléchissante en vis-àvis de celui-ci, par exemple par aluminisation. Cependant, elle pourrait aussi être transparente et placée le long du corps d'échange du coté de la paroi transparente ou même au sein du corps d'échange. Enfin, elle pourrait être partie intégrante de celuici qui serait par exemple constitué d'une tble perforée ou d'une tôle déployée à très faible perméabilité. Ce ne serait pas cependant une solution optimale, car la surface d'échange avec l'air d'une telle t81e, même gaufrée, serait seulement égale ou de peu supérieure à la surface d'absorption des rayonnements. Elle serait donc surchauffée, ce qui donnerait des pertes par convection et par réémission thermique. Aussi, et selon un second aspect de l'invention, il est préférable que le corps d'échange soit poreux. De cette fa çon les rayons solaires qui pénètrent au fond des pores ou alvéoles réchauffent dans toute son épaisseur ce corps qui offre de plus une surface d'échange avec l'air qui est maximalejus- qu'à 3 ou 4 fois la surface d'absorption directe. En outre, cet air étant aspiré régulièrement sur toute la surface du fait de la susdite cloison de séparation, n'a pas tendance à ressortir des alvéoles vers la face d'entrée, il a donc très peu de possibilité de créer des courants de convection entre la paroi transparente et ladite face d'entrée du corps d'échange. On peut donc constituer ce corps par un empilage de fils ou fibres, tel que de la paille métallique ou naturelle, du feutre, ou un empilage de couches de tissus ou de fibres non tissées. Dans tous les cas, il est nécessaire que l'empilage soit assez épais pour arrêter tous les rayons solaires directs et, naturellement, que la première couche au moins soit de couleur foncée ou noire. On peut aussi utiliser comme corps d'échange perméable des plaques de matériau granulaire : sable, billes vitrifiées ou en matériau plastique, matériau qui peut être retenu entre des grillages ou tamis, ou bien aggloméré, mais toujours poreux et de couleur foncée. En particulier, dans ce cas, mais aussi dans d'autres, on a intérêt à ce que le corps d'échange soit constitué de plusieurs plaques placées sur chant et bout à bout, retenues par des intercalaires minces horizontaux. De tels intercalaires qui peuvent être reliés à la cloison de répartition contribuent à éviter des courants de convection au sein du corps d'échange. les corps d'échange les plus légers, et par là souvent préférables, sont des plaques en matériau plastique à alvéoles communiquant entre eux, par exemple du polyuréthane réticulé expansé à cellules ouvertes, de diamètre supérieur à 0,3 mm et compris en général entre 1 et 5 mm et d'une épaisseur de 5 à 30 mm. il doit Btre de couleur foncée, tout au moins sur sa face exposée au soleil. il a été trouvé par la Demanderesse que, dans les divers cas ci-dessus de constitution du corps d'échange avec des éléments en fils ou fibres, granules, alvéoles, la dimension caractéristique de ces éléments (largeur ou diamètre des fibres ou fils, diamètre des granules ou alvéoles) doit étre relativement grande et, de préférence, comprise entre 1 et 10 mm. En effet, des éléments plus petits auraient leurs interstices vite colmatés par les poussières de l'air, et des éléments plus grands nécessiteraient des corps d'échange trop épais donc chers et lourds. Ils pourraient de plus entre le siège de mouvement de convection interne. La Demanderesse a trouvé que le corps d'échange doit avoir une épaisseur au moins triple de ladite dimension caractéristique pour ne pas entre traversé par le rayonnement solaire. Pour les mêmes raisons, la cloison de répartition doit comporter des perforations de dimensions analogues à cette dimension caractéristique. Par exemple, elle est percée de trous de diamètre 5 mm au pas d 100 mm. Pour éviter toute convection le long du corps d'échange, cette cloison plaquée le long du corps échange est de préférence collée sur celui-ci. Elle peut de ce fait le supporter ou le renforcer. Elle peut se réduire en une couche de colle ou de vernis perforée ou éliminée aux endroits de diamètre et de pas voulus. De préférence, elle est réfléchissante et placée derrière le corps d'échange. Elle peut aussi être une pellicule transparente sur la face avant de celui-ci, exposée au soleil. Dans ce cas, la pression de l'air sur elle suffit à l'appliquer étroltemeLt sur le corps d'échange. Mais elle constitue alors un-cextan obstacle au rayonnement, surtout après un certain temps de service, par accumulation de poussière ou vieillissement. Aussi, cette solution n'es-elle pas recommandée en général. L'invention comporte aussi certains détails de la constitution du bottier pour l'adapter au mieux aux caractéristiques précédentes, en particulier des entrées d'air réparties des possibilités d'empilement en hauteur de bottiers modulaires, ainsi que des procédés pour l'intégration de ceux-ci sur une façade d ' immeuble avec ventilation naturelle ou artificielle, détails et procédés qui apparaîtront dans la description des modes de réalisation ci-après, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un capteur perfectionné selon la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe verticale raccourcie d'un capteur réalisé sinus la forme de modules empilables. La figure 3 montre schématiquement un immeuble équipé de modules selon la figure 2. la figure 4 est une vue schématique en coupe verticale d'une autre variante de capteur. La figure 1 montre un exemple d'application de l'in vention au capteur décrit en référence de la figure 1 du brevet 76 21264/ 2 5 ton retrouve un passage ascendant 1 limité, du c8té destiné à être exposé au soleil, par une paroi transparente 2. La cloison de répartition est constituée par des lamelles 3 parallèles entre elles et orientables dont l'une des faces 31 est noire ou de couleur sombre tandis que l'autre face 32 est claire ou métallisée.Selon l'invention, les lamelles 3 portent des prolongements 15 qui peuvent être de simples pliures de ces lamelles, à peu près à angle droit, lecus sections ayant ainsi une forme de B. En pratique1 ces lamelles sont beaucoup plus rapprochées les unes des autres que sur la figure afin d'assurer un bon échange thermique. Par exemple2 elles peuvent avoir une largeur de 50 mm et être distantes de 5 mm, dans la position d'échauffement qui est représentée en haut de la figure, où l'extrémité des prolongements 15 vient buter contre la face réfléchissante 32.Ces prolongements, dans cet exemple, ont donc une longueur de 5 mm, et l'angle a des lamelles 3 avec le plan du capteur est environ 120. les orifices 15, 16 ou échancrures 17 peuvent être d'environ 3 mm et répartis à 120 mm les uns des autres. L'extrémité de chacun desdits prolongements vient buter contre la face réfléchissante 32, dans la position d'échauffement (haut de la figure). Des trous tels que 16 pratiqués dans les lamelles et leurs prolongements et/ou des échancrures d'extrémité telles que 17 créent une perte de charge répartie sur la surface des lamelles et permettent donc de répartir également le débit d'air sur l'ensemble du corps d'échange que forment celles-ci. On remarquera que la paroi transparente 2 peut hêtre à simple paroi, et non pas double comme l'on pratique généralement dans les capteurs solaires à absorption pour diminuer les pertes thermiques de cette paroi chauffée par convection. Ici l'air échauffé sur le corps d'échange le traverse aussitôt, et ne vient pas réchauffer la paroi transparente. C'est un avantage important de l'invention. En outre, la paroi unique est moins coûteuse et absorbe moins le rayonnement thermique. La figure 2 représente un mode préféré de réalisation en modules empilables légers pouvant être disposés en façade sud de bâtiment. Chaque module ou groupe de modules peut être de même hauteur qu'un étage, de façon à être en harmonie d'aspect avec l'ensemble des fenêtres voisines. Ici, chaque module possède une hauteur de 2,85 m, par exemple. il comporte un boîtier 20 délimitant un passage ascendant 21 d'épaisseur égale par exemple à 200 mm entre le corps d'échange perméable 27 et le fond 25 de préférence calorifugé. Devant le corps d'échange, qui est formé d'une plaque de polyuréthane expansé perméable à l'air, ayant par exemple 12 mm d'épaisseur et disposée verticalement, la paroi transparente 22 est montée. un peu obliquement, présentant ce qui est dénommé un fruit en terme d'architecture, de sorte que son bord inférieur 26 déborde à l'extérieur relativement au bord supérieur 27 du module placé en dessous. Ce rebord 28 constitue une entrée d'air abritée de la pluie pour l'air à réchauffer dans le boîtier 20. Conformément à l'invention, une cloison de répartition 29 percée d'orifices tels que 30 uniformément répartis est collée contre la face arrière du corps d'échange 23 et ce jusqu'à toucher les paroli latérales du boîtier, pour éviter tout passage d'air autrement qu'à travers ladite cloison. Un remarquera que la plaque transparente 22, qui peut être en verre de basse qualité optique, ou même en verre ondulé, est fixée par des parecloses démontables 33, avec joints étanches 34, sur le bords supérieurs et latéraux du boîtier. En bas, elle peut être monbéA dans un profil fixe 331. La figure 3 est un exemple d'utilisation de six hauteurs de tels boîtiers 20 en façade d'un batiment de sept niveaux, le rez- de-chaussée n'étant pas garni afin d'éviter des dommages au capteur et de dégager les vitrines commerciales. Les passages ascendants 21 se prolongent les uns les autres avec étanchéité pour former une conduite dont l'extrémité inférieur est fermée en 211 et l'extrémité supérieure alimente en air réchaud fé un circuit de ventilation mécanique contrôlée. Ce circuit comporte, raccordé en 35 à la conduite 21, un stockage de la chaleur de cet air réchauffé pendant la journée. Celui-ci comporte ici deux lits de gravier superposés, traversés par l'air réchauffé par les capteurs. Ces lits sont rel-g à l'arrière par un coude 37 de sorte que le conduit descendant 33 de distribution d'air chaud peut se trouver en façade, où il est souvent plus facile de le placer. Il pourrait aussi être placé laté- ralement le long des capteurs et mème faire partie de ceux-ci comme les passages ascendants 21. Des bouches telles que 39 d'aération des locaux sont pratiquées en "ventousesn communiquant avec le conduit 38. À partir d'elles, l'air circule par les Joints des portes jusqu'aux locaux de service où il est repris par des orifices d'évacuation tels que 40, collecté dans une gaine 41 et rejeté à l'atmosphère en 42 grâce à un moyen d'aspiration tel qu'un ventilateur 43. Le conduit de rejet 42, qui est adjacent au dispositif 35, peut oomporter un échangeur, par exemple formé d'ailettes 44, pur éviter de refroidir l'air arrivant par le conduit 35. Ces ailettes peuvent être escamotées pour être mises hors d'action lorsque le chauffage solaire est suffisant. En été, l'air échauffé est dvacué par un orifice 45 que l'on débouche, dans le conduit 35, tandis que l'air frais est aspiré directement par un autre orifice 46 que l'on débouche, dans le conduit descendant 38, ou bien en 47 à entrée du dispositif de stockage 36 pour profiter de l'inertie thermique de celui-ci. La figure 4 montre un autre mode d'application de l'invention. Le capteur est fixé sur une structure verticale creuse 50, 51 préfabriquée que l'on remplit ensuite de gravier 52 et qui sert simultanément de passage ascendant d'air réchauffé et de dispositif de stockage thermique. À cet effet, la paroi 50 est percée d'orifices tels que 53 répartis et elle constitue par elle-m8me la cloison de répartition selon l'invention. Sur elle sont fixés des intercalaires horizontaux tels que 54 qui supportent un grillage 55 à fils fins pour retenir un remplissage de gable de couleur foncée qui constitue le corps d'échange perméable. La plaque transparente 56 est, dans cet exemple, articulée à sa partie supérieure en 57 pour faciliter son entretien. La paroi 51 ainsi que les parois latérales comportent sur leurs tranches des moulures en creux 58 et en relief 59 pour guider l'empilement de tels capteurs. Le remplissage en gravier 52 se fait de préférence après cette mise en place. La structure 50, 51, 52 pourrait aussi constituer la structure de l'immeuble, par exemple réalisée selon le brevet français No. I 515 039 de la Demanderesse. La perte de charge du circuit de chauffage et ventilation pouvant être assez faible, une simple aspiration statique telle qu'une cheminée peut remplacer le ventilateur 43 pour assurer la circulation de l'air. il va de soi que les modes de réalisation décrits n'ont été donnés qu'à titre d'exemples et qu'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans que l'on sorte pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Capteur d'énergie solaire comportant un passage ascendant en forme de boîtier plat limité d'un coté par une paroi transparente destinée à être exposée au rayonnement solaire et, à ltopposé, par un fond opaque, un corps d'échange perméable à l'air étant placé entre la paroi transparente et le fond opaque, de telle sorte que l'air doive le traverser pour franchir le passage, caractérisé en ce que le corps d'échange perméable est combiné à des moyens qui créent une perte de charge régulièrement répartie sur sa surface, afin de répartir également le débit d'air sur l'ensemble de ladite surface. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent des orifices de passage régulièrement répartis sur la surface du corps d'échange. 3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les orifices sont pratiqués dans le corps d'échange lui-même. 4. Capteur selon la revendication 3, dans lequel le corps d'échange est formé de lamelles parallèles entre elles et orientables, caractérisé en ce que les lamelles ont une section sensiblement en L de façon à pouvoir se toucher les unes les autres en position d'échauffement, les orifices étant constitués par des trous et/ou des échancrures d'extrémité pratiqués dans les lamelles. 5. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les orifices sont pratiqués dans une cloison de répar tition imperméable appliquée sur toute la surface du corps d'échange. 6. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la cloison de répartition est placée en vis-à-vis du fond du bottier, sa face tournée vers ce fond étant réfléchis- sante. 7. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la cloison de répartition est transparente et disposée du côté de la paroi transparente ou au sein du corps d'échange. 8. Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le corps d'échange est poreux. 9. Capteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le corps d'échange est formé de plaques placdes sur chant et bout à bout, retenues par des intercalaires horizontaux qui contribuent à éviter des courants de convexion au sein du corps d'échange. 10. Capteur selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le corps d'échange est réalisé on matière à cellules ouvertes de diamètre supérieur à 0,3 mm, de préférence entre 1 et 5 mm et d'épaisseur de 5 à 30 mm. 11. Capteur selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le corps d'échange est formé d'él8ments assemblés dont la dimension caractéristique est comprise entre 1 et 10 mm, l'épaisseur du corps d'échange étant au moins triple de ladite dimension. 12. Capteur selon l'une quelconque des revendications à à 11, caractérisé en ce qu'il est réalisé en modules empilables pouvant être disposés en façade d'un bâtiment. 17. Capteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que les modules ont la hauteur d'un étage. 14. Capteur selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que la paroi transparente de chaque module présente du fruit, de telle sorte que son bord inférieur déborde par rapport au bord supérieur du module sous-jacent pour former une entrée d'air abritée. 15. Capteur comportant plusieurs modules selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que les corps d'échange et les parois des divers modules sont raccordés avec étanchéité de façon à former, notamment, à l'arrière des corps d'échange, une conduite ascendante fermée à son extré- mité inférieure. 16. Capteur selon la revendication 15, caractérisé en ce que la conduite ascendante est reliée à un dispositif de stockage de chaleur. 17 Capteur selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé par un conduit de rejet adjacent au dispositif de stockage de chaleur et équipé d'un échangeur escamotable. 18. Capteur selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce qu'il comporte des orifices obturables d'évacuation d'air échauffé et d'aspiration d'air frais. 19. Capteur selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il est combiné à un dispositif de stockage de chaleur disposé à l'arrière du corps d'échange perméable et servant en même temps de passage ascendant d'air chauffé.