Brevet FR2463903A1 — publié le 19810227

La présente invention concerne une installation de chauffage d'eau qui utilise les rayons solaires comme source d'énergie thermique. On connait dans l'art antérieur des installations qui comprennent "un collecteur" constitué d'un serpentin s'étendant sur la partie supérieure d'un panneau métallique (de préférence noir) et une cuve de stockage séparée dans laquelle le niveau de l'eau chauffée s'élève, soit par effet de thermo-siphon, soit par conversion à l'aide d'une pompe. Dans le premier cas, la cuve doit être placée à un niveau très supérieur à celui du collecteur et, dans le second cas, du courant électrique doit être utilisé pour l'actionnement de la pompe. Alors que l'installation basée sur l'effet de thermo-siphon ne nécessite aucune source extérieure d'énergie pour élever l'eau chaude dans la cuve, et en dépit du fait que les installations de ce type ont donné satisfaction pendant de nombreuses années, elles sont l'objet - en particulier depuis quelques temps - de critiques et d'objections sérieuses, en particulier de la part des écologistes : la nécessité de placer la cuve de stockage a une hauteur élevée et le fait que, dans un environnement urbain, un certain nombre de ces dispositifs de chauffage d'eau sont installés sur un toit donnent une ligne d'horizon qui est discutée sur le plan écologique. Les installations utilisant des pompes pour le transfert de l'eau chaude dans une cuve de stockage sont moins critiques sur le plan écologique, mais dépendent de la fourniture de courant électrique pour l'entraînement d'une pompe (les petites pompes électriques sont en pratique les seules qui puissent être utilisées). Pour ces raisons, on a déjà proposé de combiner le collecteur et le récipient de stockage en une seule unité. On a proposé de placer une cuve de stockage sur le bord supérieur d'un panneau collecteur. Cependant, la réalisation d'un ensemble collecteur-cuve de stockage soulève certains problèmes. Alors que l'utilisation d'un collecteur classique dans lequel l'eau est chauffée seulement par l'insolation, aucune difficulté n'est rencontrée quant aux problèmes de pression, même dans le cas où une pression de plusieurs atmosphères règne dans les conduites auxquelles le serpentin du collecteur est relié, ce type de problèmes est soulevé par un ensemble collecteur-cuve qui est soumis a la même pression que les conduites. En outre, un rapport plus avantageux ou rapport optimal doit être atteint entre la zone irradiée et la capacité de stockage de la cuve. Finalement, les problèmes d'isolement doivent être pris en considération. Le côté supérieur du collecteur doit offrir une transparence optimum au rayonnement incident, mais ne doit pas réfléchir les rayonnements calorifiques dans l'atmosphère. La présente invention a pour objet de prévoir une unité de chauffage solaire qui incorpore à la fois un collecteur et une cuve de stockage et qui résoud de façon optimale les problèmes technologiques cités ci-dessus et autres problèmes éventuels. Naturellement, un objet de la présente invention est de prévoir une unité de chauffage solaire qui soit acceptable sur le plan écologique. Pour ces raisons, ainsi que pour d'autres raisons, la présente invention a pour objet de réaliser une unité servant à la fois de collecteur et de cuve de stockage et d'utiliser - autant que possible - des matériaux disponibles sur le marché qui n'auront pas pour effet d'augmenter par trop le coût initial du dispositif de chauffage solaire d'eau. L'utilisation de panneaux de construction en matériau thermoplastique transparent pour constituer les parois avant ou couvercles des collecteurs classiques, c'est-à-dire des collecteurs plans, est bien connue. Cependant, des difficultés se posent lorsqu'on veut mettre en forme ces matériaux pour obtenir une lentille optique, dont l'utilisation est apte à améliorer les performances d'un collecteur où une telle lentille constitue la partie avant sur laquelle viennent frapper les rayons du soleil. Des panneaux de construction en matériau thermoplastique sont disponibles dans le commerce et, pour les mettre en forme pour obtenir un corps convexe-concave, un procédé nouveau et efficace a été mis au point. Comme cela est connu, les panneaux de construction comprennent deux couches de matériau thermoplastique qui s'étendent suivant des plans parallèles, à une certaine distance l'une de l'autre. L espace créé entre ces couches est subdivisé en une multitude de cellules ou canaux. Il est évident qu'une telle structure est très bien-adaptée à la réalisation de la paroi avant d'un collecteur solaire. Les rayons du soleil frappant la partie extérieure d'un tel panneau pénètrent à l'intérieur du collecteur solaire avec une perte minimum d'énergie solaire (due à une éventuelle réflexion sur la surface). La perte de chaleur due au rayonnement-vers l'extérieur est à peu près nulle, étant donné que les cellules remplies d'air dont il a été question ci-dessus constituent un isolant efficace. Il va sans dire que l'effet d'un tel panneau peut être amélioré en lui conférant la forme d'une lentille optique ayant un extérieur convexe et un intérieur concave. Cependant, des difficultés considérables sont soulevées par la mise en forme d'un panneau plan en matériau de construction pour le transformer en une lentille. Une déformation de la section des cellules d'air se produit, contre-balançant l'effet bénéfique et les avantages d'une lentille par rapport à ceux d'un panneau plan. Les présents inventeurs ont mis au point un procédé grâce auquel un panneau plan en matériau thermoplastique de construction peut être transformé en lentille sans sacrifier les qualités de ce type de panneau. Ce procédé constitue l'une des caractéristiques de la présente invention. Selon cette caractéristique de la présente invention, le procédé de mise en forme d'un panneau de construction en matériau plastique pour le transformer en lentille est caractérisé en ce que la feuille plate est bridée à son bord extérieur ou à ses bords extérieurs au-dessus d'une matrice concave et perforée qui est reliée à une pompe à vide. La matrice concave est constituée d'un métal ayant de bonnes propriétés de rayonnement de la chaleur, surtout dans la région des infrarouges de grande longueur d'onde. Un ensemble de résistances électriques à infrarouges est disposé au-dessus de la feuille bridée - le rayonnement chauffant pénètre la feuille transparente et est réfléchi par la matrice concave chauffant ainsi uniment la couche supérieure et la couche inférieure de la feuille en plastique - sans avoir d'effet sur la structure constituant les cellules d'air ou les canaux d'air situés entre les couches. Lorsque les couches supérieure et inférieure de la feuille en matériau plastique atteignent leur point de ramollissement, la pompe à vide est mise en route et la feuille commence à s'enfoncer dans la matrice jusqu'à ce que la forme concave finale soit obtenue par adhérence à la surface de la matrice. La forme convexe - concave du matériau plastique ainsi obtenue permet de conserver les propriétés isolantes de l'interstice d'air se trouvant formé sur la longueur et la largeur de l'objet formé. Il y a lieu de signaler que la méthode connue de façonnage d'un matériau thermoplastique dans un four dans laquelle on atteint la température de ramollissement, puis procède à la mise en forme ne permettra pas d'obtenir les résultats recherchés par suite du ramollissement de la totalité de la structure et de l'aplatissement de la feuille. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description. suivante faite en relation avec les dessins ci--joints dans lesquels La figure 1 est une vue en perspective d'un élément chauffant solaire selon la présente invention, une partie des pièces avant étant en crevé de façon à montrer l'intérieur de l'élément; et La figure 2 représente un détail de la figure 1. En liaison avec la figure 1, un élément chauffant, constituant un ensemble collecteur-conteneur et ayant pour référence l, a de préférence une forme circulaire. Il est maintenu par un support 2 ayant une structure appropriée. La partie principale de l'élément chauffant est le conteneur ou cuve l' dont le côté arrière est isolé par une couche 4 en matériau isolant, par exemple en mousse de polyuréthane appliquée à une enveloppe extérieure 3. Sur son côté avant, le dispositif expose aux rayons du soleil une paroi transparente, dirigée vers l'extérieur, qui est constituée d'une lentille convexe vers l'extérieur et concave vers l'intérieur 5 en matériau plastique de construction, par exemple en matériau ayant pour marque "Lexan". Cette lentille est réalisée par application du procédé décrit précédemment. Sur la partie supérieure de la lentille - de préférence à une faible distance de celle-ci on a prévu un panneau transparent 6 permettant de protéger la lentille et d'éviter un dépôt de pous sière sur celle-ci qui pourrait en diminuer la transparence. Le panneau 6 peut être rincé avec de l'veau à chaque fois qu'on le désire. Telles sont jusqu'ici les parties absolument essentielles du nouvel élément chauffant. Cependant, de façon à améliorer ses performances et à accélérer le chauffage initial de l'eau dès que l'insola tion commence, certaines pièces supplémentaires doivent être prévues. Danse but d'accélérer le chauffage initial, on peut prévoir sur la paroi extérieure 7 de la cuve 1' (représentée en figure 1) qui est de préférence de couleur foncée, une batterie de tubes 8, de préférence en cuivre. Ces tubes agissent comme une sorte d'accélérateur et l'eau les traversant est chauffée rapidement. I1 est évident que cette batterie 8 est reliée à la cuve principale 1', de sorte que l'eau ainsi chauffée s'élève bientôt dans la partie supérieure de la cuve 1'. Des parties auxiliaires classiques peuvent être montées dans la cuve 1', par exemple, des résistances électriques 9 permettant de chauffer l'eau lors des périodes d'insolation insuffisante. Des dispositifs de protection contre la corrosion tels qu'une tige en magnésium 10, peuvent être également prévus à l'intérieur de la cuve. L'élément chauffant est connecté au réseau de la manière classique. Ces agencements ne font pas partie de la présente invention et peuvent être différents d'un cas à l'autre, suivant nécessité. La figure 2 représente une façon particulière de connecter et d'isoler les différentes parties de l'élément chauffant. La paroi supérieure 7 de la cuve comporte un rebord circonférentiel 7'. Interposée entre le rebord 7' et la lentille 5 se trouve une bande en élastomère 20 servant de joint. Le panneau 6 le plus à l'extérieur comporte également un rebord 6'. Ces parties sont bridées et maintenues par un joint tubulaire fendu 21. L'air enfermé à l'intérieur du joint 21 assure l'isolation thermique. Un anneau 22, soudé au rebord 7', sert à renforcer l'ensemble. La présente inventionn'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'home de l'art. REVENDICATIONS 1 - Elément chauffant solaire comprenant un collecteur de rayonnement solaire et une cuve de stockage qui forment une même unité, caractérisé en ce cue la paroi avant de l'unité est constituée d'un panneau transparent convexe vers l'extérieur, concave vers l'intérieur en matériau plastique de construction. 2 - Elément chauffant selon la revendication l,caractérisé en ce que l'unité a une forme circulaire. 3 - Elément chauffant selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un panneau de protection transparent est superposé au panneau transparent, et à une certaine distance de celui-ci. 4 - Elément chauffant selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'un joint fendu en élastomère de forme circulaire est prévu pour brider et maintenir ensemble les composants de l'élément chauffant. 5 - Elément chauffant selon la revendication 1, ca ractérisé en ce qu'il comporte un serpentin métallique audessous du panneau en matériau plastique de construction, servant d'accélérateur. 6 - Procédé de fabrication d'un panneau transparent convexe-concave à partir d'un matériau plastique transparent de construction,caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - la fourniture d'une feuille en matériau plastique transparent de construction; - son bridage à son bord extérieur ou à ses bords extérieurs au-dessus d'une matrice concave et perforée reliée à une pompe à vide, la matrice concave étant constituée d'un métal ayant de bonnes propriétés de rayonnement de la chaleur, en particulier dans la région des infrarouges de grande longueur d'onde; - le placement d'un ensemble de résistances électriques au-dessus de la feuille bridée, le chauffage de la feuille pour qu'elle atteigne son point de ramollissement. - la mise en marche de la pompe à vide et l'enfoncement de la feuille dans la matrice jusqu'à ce qu'il y ait obtention de la forme concave finale par adhérence à la surface de la matrice.