Brevet FR2439955A1 — publié le 19800523

L'objet de l'invention concerne un dispositif de capteur d'énergie solaire. I1 est destiné à la captation de l'énergie du rayonnement solaire et à la transformation en élévation de température d'un fluide de transfert de la chaleur en réduisant les déperditions thermiques. Dans les dispositifs connus on utilisait généralement l'effet de serre dans un espace limité par une paroi transparente, I1 en résultait une radiation secondaire d'autant plus importante que la température de la paroi captrice était plus élevée. En outre une perte notable de la chaleur se produit au travers de la paroi transparente, tant par suite de la rétention d'une partie du rayonnement d'autant plus importante que son épaisseur est plus grande que par suite de la convection du fluide soumis à l'effet de serre, convection d'autant plus désavantageuse que la paroi captrice est plus chaude. L'obJet de l'invention supprime ces inconvénients en évitant les pertes thermiques par suppression de l'effet de serre et en maintenant à basse température la surface de l'élément capteur du rayonnement tout en permettant d'obtenir, en aval de cet élément, une température élevée du fluide de transfert. I1 est constitué par un matelas poreux et perméable aux fluides de transfert, dont la couche exposée est transparente ou transluoide alors que les suivantes superposées sont progessivement opaques. Sur les dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention : a figure 1 représente vu en coupe le dispositif dans son ensemble. La figure 2 montre une application permettant le chauffage d 'un fluide liquide. La figure 3 représente un capteur incliné chauffant un liquide incongelable. Les figures 4 et 5 montrent des variantes d'utilisation du membdispositif. L'élément capteur fig 1, est constitué par un matelas poreux 2, dont la couche 1 exposée au rayonnement est transparente, alors que les suivantes sont progressivement opaques. Le rayonnement s'insinue dans ltépaisseur du matelas qu'il échauffe au fur et en mesure de sa pénétration. Le flux de transfert 3 pénètre conJointement dans la texture perméable du matelas par la face exposée et en traverse l'épaisseur0 Cette face 1 peu chauffée en raison de sa transparence, est constamment balayée par le fluide à basse température. Sa radiation secondaire est trè faible. Le fluide de transfert ne s 'échauffe que progessivement en entraînant la chaleur captée par les couches successives du matelas. En aval de ce dernier, une chambre calorifggée 4, collecte le fluide chaud. La pulsion du fluide de transfert est assurée par un dispos i tif approprié préférentiellement constitué par un ventilateur 5 combiné avec un régulateur de débit à réglage manuel ou automatique 6. Ce réglage permet de faire varier à volonté la température fina- lement atteinte par le fluide ou encore d obtenir une température constante malgré les variations du rayonnement. Le débit est généralement faible0 En égard à ce débit, vu la grande surface du matelas, la perte de charge à travers ce dernier est très faible. Le dispositif de pulsion assure également l'acheminement du fluide chaud vers son lieu d'utilisation 7. Le matelas 2 peut être réalisé par la superposition de maté riaux divers, tissés ou non, granulés, poudreux, agglutinés, moulés, grillagés ou perforés. Ces substances peuvent aussi bien être minéralles, végétales que synthétiques ou métalliques. I1 est aussi possible de n'utiliser qutune substance unique telle que la fibre de verre en vrac ou en panneaux, mais suffisamment épaisse pour qu'en dépit de la transparence de la matière constitutive, l'absorption du rayonnement soit satisfaisante. La couche intérieure du matelas si elle n' est pas naturellement opaque peut être teintée en noir. Enfin les différentes couches du matelas peuvent être constituées par des cellules fermées mélangées aux cellules ouvertes ou poreuses soit pour réduire la porosité globale, soit pour assurer en certains cas la flottabilité du matelas. Le fond de la chambre collectrice peut entre traitée en ré- flecteur de manière à réduire la température de la surface de ce fond et conséquemment les déperditions à travers l'isolation. Le matelas est fixé en sa position fonctionnelle par toute structuration appropriée. Le rayonnement capté peut Entre de toute origine, direct ou indirect, concentré ou pas, afin d'en transformer l'énergie en chaleur. Il a pour effet d'augmenter la température i tout fluide gazeux ou liquide ou encore d'obtenir un rayonnement résiduel moins important ou moins dangereutssutilisable dans les meilleures condirions. Le dispositif peut être appliqué à la réalisation d'appareils de mesure de l'énergie du rayonnement, soit instantannée, soit intégrée globalement dans le temps. Le chauffage de l'eau suivant le dispositif fig 2 est réalisé partant d'un matelas horizontal 2 pouvant entre de grande surface. Il peut reposer sur le fond aménagé pour la collecte de l'eau chaude ou flotter sur cette dernière. L'alimentation d'eau froide se fait par écoulement 8 ou par pulvérisation 9. Une surverse 10 peut maintenir un niveau constant et évacuer l'eau de pluie. Convenablement abritée et calorifugée, la surverse évite la dégradation du matelas par le gel. Si l'eau chaude n'est pas stookée dans une capacité calorifugée annexe et la circulation arrêtée en l'absence d'ensoleillement, le matelas lui même réduit les déperditions de chaleur de l'eau sous jacente. Suivant la fig 3, le capteur il est incliné de façon à chauffer un fluide incongelable. te capteur est fermé par une paroi transparente 12 suffisamment étayée pour résister à la pression interne limitée par un vase d'expansion 13. La circulation peut s'effec- tuer par thermo-siphon à travers un échangeur 14. Lorsqu'vil s'agit de capteurs à air fig 4 et 5 la paroi trans parente 12'évite la rétention d'eau de pluie et, est obtenue par des matériaux rigides ou souples mais suffisamment minces pour éviter une rétention de rayonnement, et sans réaliser un effet de serre proprement dit. Suivant la fig 4, le capteur à air 16 est associé à un éld- ment échangeur 15 à l'abri du gel. Ce capteur assure par termosiphon, le chauffage de l'eau sanitaire avec dispositif évitant la surchauffe et la vaporisation. Suivant la fig 5, un capteur å air de grande dimension 17 est associé à une importante chambre calorifugée 18 à l'intérieur de laquelle des matériaux accumulent progressivement de haut en bas de la chaleur en raison de leur chaleur spécifique à laquelle s'ajoute éventuellement leur chaleur de fusion. En raison du principe du matelas capteur, la température atteinte dépasse largement 1000, ce qui compense l'infériorité du stockage de la chaleur sur des matériaux solides ou fusibles par rapport au stockage sur de l'eau chaude, tout en ne présentant pas les mêmes inconvénients concernant d'abord le prix de revient ensuite la distribution de la chaleur en vue du chauffage. L'air froid qui s'échappe à la partie basse 19 de l'accumula~ teur est renvoyée soit dans l'atmosphère, soit recyclée dans le capteur 17. L'air chaud est prélevé à la partie supérieure du stockage pour son utilisation. Un débit équivalent d'air froid ou d'air de retour pénètre au bas de l'accumulateur. Cette distribution n'est pas représentée sur la fig 5. La construction de ces capteurs est simplifiée, peu onéreuse et résiste aux intempéries et aux agressions diverses.0n peut réaliser ainsi de très grandes surfaces de captage en utilisant aussi bien directement l'air que tous autres fluides intermédiaires en accumulant la chaleur sur des matériaux les plus divers. C'Ost pourquoi les formes, dimensions et dispositions des différents éléments pourront varier dans la limite des équivalents comme d'ailleurs les matières utilisées pour leur fabrication, sans danger pour cela la conception générale de l'invention qui vient d'!tre décrite. REVENDICATIONS 10 Dispositif de capteur d'énergie solaire supprimant l'effet de serre, réduisant considérablement la radiation secondaire et permettant de transformer économiquement avec un appareillage sim pliai8, mais avec un rendement accru, l'énergie d'un rayonnement en chaleur, se caractérisant par l'application nouvelle d'un matelas poreux dont la couche exposée est transparente alors que les suivantes sont progressivement opaques, l'ensemble étant traversé, dans le mOme sens que le rayonnement, par un fluide de transfert de la chaleur retenue. 20 Dispositif suivant la revendication 1 se caractérisant par le fait que le matelas est réalisé; soit par la superposition de matériaux divers, tissés ou non, granuleux, poudreux, agglutinés, moulés, grillagés, perforés, de nature végétale, minérale, métallique ou synthétique; soit par un média unique tel que fibres de verre en vrac ou en panneaux progressivement opaques dans son épaisseur 30 Dispositif suivant la revendication 1 se caractérisant par le fait que le matelas est constitué par une résine synthétique expansée ou toute autre substance ou assemblage comportant des cellules ouvertes combinées avec des cellules fermées. 40 Dispositif suivant la revendication 1 se caractérisant par le fait que le capteur est implanté soit horizontalement, soit avec un positionnement oblique et comporte une chambre collectrice placée à sa partie inférieure reliée à un dispositif échangeur ou accumulateur ou de distribution. 50 Dispositif suivant la revendication 1 se caractérisant par le fait que la chambre collectrice est suivie d'un ensemble régulateur de débit constitué par un ventilateur ou turbine avec vanne de réglage manuelle ou automatique. 60 Dispositif suivant la revendication 1 se caractérisant par le fait que le capteur poreux échauffant le fluide de transfert soit gazeux, soit liquide, reçoit une garniture de protection contre les intempéries soit en film souple, soit rigides etwest relié à tous appareillages appropriés tels qu'échangeurs, capacités accumulatrices et autres ensembles répartiteurs d'applications.