Brevet FR2454092A1 — publié le 19801107

La présente invention concerne un dispositif pour mesurer énergie de rayonnement absorbée par une surface de captation. Un tel dispositif permet notamment d'évaluer en un lieu donné l'énergie solaire exploitable pour le chauffage de locaux ou d'eaux sanitaires au moyen de capteurs thermiques. On connait des appareils permettant d'effectuer cette évaluation par des mesures calorimétriques directes. La chaleur absorbée par le capteur de l'appareil sert au chauffage d'un fluide en mouvement dont ltéchauffement à a la traversée d'un échangeur, ainsi que le débit sont mesurés pour évaluer la chaleur qu'il reçoit. Un tel appareil comporte deux inconvénients importants. Tout d'abord il implique la mesure de deux paramètres à savoir la température et le débit du fluide. D'autre part, les résultats enregistrés pour une même énergie reçue sont variables car les déperditions thermiques vers l'extérieur de l'appareil varient en fonction des conditions extérieures et en particulier en fonction de la température et du vent lorsque l'appareil est utilisé pour mesurer le rayonnement solaire. On utilise également pour de telles mesures des générateurs photoélectriques qui transforment directement une fraction du rayonnement reçu en énergie électrique. Ces appareils ne sont pas non plus satisfaisants car leur réponse est variable en fonction du spectre du rayonnement reçu. Ceci est particulièrement gênant lorsque l'on souhaite mesurer l'énergie d'un rayonnement solaire, étant donné que le spectre d'un tel rayonnement varie dans une large mesure en fonction des conditions atmosphériques et de l'heure de la journée à laquelle est effectuée la mesure. De plus, pour une même énergie rayonnante susceptible dtêtre absorbée et transformée en chaleur par une surface de captation, de tels générateurs communiquent des valeurs différentes selon que le rayonnement reçu est direct ou diffus, ou selon l'incidence des rayons directs. La présente invention vise à pallier ces inconvénients et notamment à fournir un dispositif pour mesurer énergie de rayonnement absorbée par une surface de captation, qui ne soit pas influencé par les conditions ambiantes. A cet effet, le dispositif selon l'invention comprend une première chambre contenant au moins une surface de captation une seconde chambre contenant au moins une résistance électrique chauffante, une tubulure reliant les deux chambres pour former avec leur volume intérieur une enceinte étanche, deux contacts électriques à la surface intérieure de ladite tubulure, un organe électriquement conducteur agencé pour se déplacer ou se déformer dans la tubulure en délimitant dans ladite enceinte deux volumes gazeux séparés, un déplacement ou une déformation d'amplitude déterminée dudit organe permettant d'assurer une liaison conductrice entre lesdits contacts, et un circuit électrique reliant chaque borne de ladite résistance à un des contacts et comprenant en série un générateur électrique et un compteur. Ainsi le générateur électrique est asservi pour émettre, simultanément à la réception par la surface de captation du rayonnement, une énergie électrique égale à celle du rayonnement. En effet, lorsque la surface de captation s'échauffe et échauffe par conséquent le volume gazeux contenu dans la première chambre, ce volume gazeux se dilate en déplaçant l'organe mobile jusqu'a ce que celui-ci vienne fermer le circuit dans la résistance électrique. Celle-ci s'échauffe alors à son tour en provoquant la dilatation du volume gazeux contenu dans la seconde chambre qui repousse par conséquent l'organe mobile jusqu'à ce que le circuit soit de nouveau ouvert. L'énergie électrique fournie à la résistance électrique qui compense l'énergie de rayonnement absorbée par la surface de captation peut être facilement mesurée à laide du compteur. Avantageusement, la seconde chambre contient également une surface de captation et la première chambre contient également une résistance électrique chauffante, le dispositif comprenant en outre un troisième contact disposé dans la tubulure pour être sensiblement symétrique d'un des deux premiers contacts par rapport à l'autre, et un deuxième circuit électrique, reliant une borne de la deuxième résistance au troisième contact et l'autre borne au contact médian et comprenant également en série un générateur électrique et un compteur. Cet agencement permet notamment d'effectuer des mesures différentielles qui permettent par exemple de ne mesurer que le rayonnement direct en éliminant le rayonnement diffus, ou encore de comparer les flux reçus par des capteurs orientés différemment. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'un au moins desdits contacts comprend un réservoir ouvert sur la tubulure, ce réservoir étant rempli de mercure. De préférence, l'organe mobile est lui-même formé d'une masse de mercure obstruant la tubulure. Ceci permet en particulier de limiter les frottements entre l'organe mobile et les contacts et d'éviter la corrosion. De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit d'une de ses formes de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif. Le dispositif représenté au dessin comprend essentiellement deux chambres étanches la et lb, sensément identiques, reliées par une tubulure 2 de façon à former un ensemble symétrique. Chaque chambre contient une surface de captation 3a et 3b respectivement, réalisée sous la forme de plaques absorbant le rayonnement. Chaque chambre comprend également une résistance électrique chauffante 4a et 4b respectivement. Par ailleurs, la chambre la est fermée par un couvercle 5a transparent au rayonnement, tandis que la chambre lb est fermée par un couvercle 5b qui réfléchit le rayonnement et est, par exemple, constitué par un miroir. Trois réservoirs sont ouverts dans la partie horizontale de la tubulure 2: un réservoir central 6 au milieu de cette partie horizontale et deux réservoirs latéraux 7a et 7b disposés sensiblement symétriquement par rapport au réservoir 6. De plus, une masse de mercure 8 déborde du réservoir 6 et, en épousant étroitement la paroi intérieure de la tubulure 2 du fait des forces de capillarité, divise en deux le volume formé par l'inté- rieur des chambres la et lb et de la tubulure 2. Ces deux volumes sont remplis d'une même masse d'un gaz qui peut être par exemple de ltazote, afin d'éviter la corrosion des contacts. Le circuit électrique alimentant la résistance 4b est formé d'une batterie 9 et de deux conducteurs 10 et Il reliés au mercure contenu respectivement dans les réservoirs 6 et 7b. De plus,- un compteur 12 est disposé en série avec la résistance 4b, la batterie 9, le réservoir 6 et le réservoir-7b. Enfin, la masse de mercure 8 est telle que sa longueur est au moins égale à la distance entre le réservoir 6 et le réservoir 7b, de sorte que dans la position représentée en traits interrompus 8', le circuit soit fermé. Un circuit identique, mais non représenté, alimente la résistance 4a. L'ensemble de l'appareil est disposé à l'intérieur d'un bac 13 rempli d'un isolant thermique 14 qui peut être par exemple du polystyrène expansé ou de la mousse. Seuls les couvercles 5a et 5b des chambres la et lb sont en contact avec l'extérieur. De plus, ces couvercles sont réalisés pour opposer une même résistance thermique entre l'intérieur' et l'extérieur des deux chambres la et lb, et pour présenter la même inertie thermique. Le fonctionnement de l'appareil est le suivant Lorsque l'appareil ne reçoit aucun rayonnement, le dispositif est en équilibre et la masse de mercure 8 est localisée de façon sensiblement symétrique par rapport au réservoir 6. Si le dispositif est alors exposé à un rayonnement, ce rayonnement qui traverse le couvercle 5a de la chambre la échauffe la plaque 3a qui à son tour échauffe le gaz contenu dans la chambre la et la partie de tubulure qui lui est reliée. Par contre, le couvercle 5b étant réfléchissant, aucun rayonnement n'échauffe la plaque 3b. Par conséquent, le gaz contenu dans la chambre la se dilate et pousse la masse de mercure 8 qui se déplace comme un curseur vers la chambre lb. Lorsque cette masse de mercure arrive dans la position 8', le contact électrique est établi dans le circuit d'alimentation de la résistance 4b, de sorte que celle-ci s'échauffe et échauffe le gaz contenu dans la chambre lb et dans la partie de la tubulure qui lui est reliée. Ce gaz, en s'échauffant, repousse la masse de mercure 8 jusqu'à ce que le contact soit supprimé avec le mercure contenu dans le réservoir 7b. I1 s'établit ainsi un régime d'équilibre correspondant à des puissances moyennes émises égales dans la et lb. Le compteur 12 permet alors de connattre l'énergie fournie à la chambre lb et par conséquent énergie captée dans la chambre la qui lui est égale. Les deux chambres la et lb étant soumises aux mêmes déperditions de chaleur vers l'extérieur, cet appareil n'est pas influencé par les conditions extérieures telles que le vent et la température. De plus, il présente peu d'inertie car les variations de pression qui traduisent les variations moyennes de température à l'intérieur des cellules sont immédiates. Enfin, il est très sensible, un très faible écart de température provoquant un déplacement important de la masse de mercure 8. Cet appareil peut également être utilisé pour effectuer des mesures différentielles. C'est ainsi que l'on peut mesurer le rayonnement direct, reçu par la surface de captation 3a, c'est-à-dire la différence entre le rayonnement total et le rayonnement diffus. Dans ce cas, le couvercle 5b est identique au couvercle Sa, la chambre la étant alors soumise au rayonnement total tandis que la chambre lb est placée dans une zone d'ombre et n'est donc soumise qu'au rayonnement diffus. La batterie 9 ne fournit alors qu'une énergie égale à la différence entre l'énergie du rayonnement reçu par la chambre la et l'énergie de rayonnement reçue par la chambre lb, et le compteur 12 n'enregistre que le rayonnement direct reçu par la chambre la. Cet appareil permet également de comparer les flux exploitables reçus par deux capteurs orientés différemment, l'un par exemple étant vertical et l'autre horizontal, ou l'un étant dirigé vers l'est et l'autre étant dirigé vers l'ouest1 ce qui permet de choisir les orientations privilégiées pour des capteurs fixes de rayonnement solaire. Dans ce cas, les couvercles 5a et 5b sont identiques mais les deux chambres la et lb sont orientées différemment. Le circuit d'alimentation de la résistance 4a est également utilisé. Les compteurs 12 enregistrent par conséquent les énergies auxiliaires fournies par les résistances 4a et 4b pour équilibrer les effets du rayonnement solaire. Les écarts enregistrés entre les indications de chacun des compteurs donnent la différence d'énergie de rayonnement reçue par les chambres la et lb. Comme il va de soi l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus mais en embrasse au contraire toutes les variantes d'exécution. - REVENDICATIONS 1. - Dispositif pour mesurer l'énergie de rayonnement absorbée par une surface de captation du type comprenant deux capteurs absorbants dont l'un est exposé et dont l'autre est abrité, caractérisé en ce qu'il comprend une première chambre contenant au moins une surface de captation, une seconde chambre contenant au moins une résistance électrique chauffante, une tubulure reliant les deux chambres pour former avec leur volume intérieur une enceinte étanche, deux contacts électriques à la surface intérieure de ladite tubulure, un organe électriquement conducteur agencé pour se déplacer ou se déformer dans la tubulure en délimitant dans ladite enceinte deux volumes gazeux séparés, un déplacement ou une déformation d'amplitude déterminée dudit organe permettant d'assurer une liaison conductrice entre lesdits contacts, et un circuit électrique reliant chaque borne de ladite résistance à un des contacts et comprenant en série un générateur électrique et un compteur. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première chambre conticnt également une résistance électrique chauffante et en ce que le dispositif comprend un troisième contact disposé dans la tubulure pour être sensiblement symétrique d'un des deux premiers contacts par rapport à l'autre, et un deuxième circuit électrique reliant une borne de la deuxième résistance audit troisième contact et l'autre borne au contact médian et comprenant également en série un générateur électrique et un compteur. 3. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins un desdits contacts comprend un réservoir ouvert sur la tubulure, ce réservoir étant rempli de mercure. 4. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que ledit organe mobile est formé d'une masse de mercure obstruant ladite tubulure. 5. - Dispositif selon ltune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'une au moins des chambres est recouverte d'une surface transparente pour le rayonnement. 6. - Dispositif selon lune quelconquc des revendications i à 5, caractérisé cn ce que l'une au moins des chambres est recouverte d'une surface réfléchissante pour le rayonnement.