Brevet FR2462671A1 — publié le 19810213

La présente invention concerne un capteur solaire, conçu particulièrement pour les façades de bâtiments d'habitation, qui peut faire partie lui-même de ces fa- çades et qui est capable de réchauffer, à une température préétablie, l'air ambiant de l'intérieur de ces bâtiments. Comme on le sait, pour chauffer l'intérieur des bâtiments au moyen d'énergie solaire, on utilise des capteurs solaires du type air-air, avec deux orifices permettant l'entrée et la sortie de l'air employé dans le circuit sur lequel les capteurs sont insérés. Ces eri- fices sont normalement raccordés aux orifices correspon- dants pratiquées sur deux canaux qui prélèvent respecti- vement l'air à des températures élevées (celles d'utili- sation) et l'introduisent à des températures basses après utilisation. Ces canaux présentent une série d'orifices prévue pour être accoupl4s aux orifices correspondants d'autres capteurs; on obtient ainsi, au moyen de ces canaux, un raccordement en parallèle entre les capteurs. L'utilisation des capteurs du type indiqué exige donc une structure de support pour la mise en oeuvre aussi bien des capteurs proprement dits que du rente de l'installation. Les installations qui fonctionnent en utilisant les capteurs précédemment indiqués, présentent quelques in- convénients. Tout d'abord, la complexité de l'installation rend le montage assez long et passablement difficile; par conséquent, les frais de montage représentent un pourcen- tage important par rapport au co t global de l'installa- tion. En outre, la façade du bâtiment sur laquelle il faut monter l'installation doit en général être trans- formée et renforcée pour réaliser la structure supportant les divers capteurs et les canaux de raccordement qui font partie de l'installation. Ensuite, on appliquant les modalités de raccordement précédemment rappelées, on n'utilise pas tout l'espace disponible car, en vue de faciliter un éventuel rempla- cement ou des opérations de manutention, il faut que les capteurs adjacents se trouvent à une certaine distance les uns des autres pour permettre de séparer chaque capteur des canaux sans intervenir sur les capteurs contigus. Par conséquent, la somme des surfaces captant l'énergie solaire est sensiblement inférieure à la sur- face globale disponible pour l'irradiation solaire sur la façade du bâtiment. Il faut ainsi un grand nombre de capteurs et donc une grande surface disponible sur la façade (compte tenu de la température désirée à l'inté- rieur du bâtiment); autrement, si le nombre de capteurs pouvant être disposés sur la façade est trop faible, on obtient une température inférieure (et donc un rendement thermique insuffisant). En outre, comme on le verra plus loin, la présence de canaux extérieurs aux capteurs entrain* une plus forte dispersion de chaleur par suite de la plus grande surface de contact entre l'installation et l'air environnant et, par conséquent, peur pallier cet incenvénient, il est nécessaire de réaliser une ise- latien thermique plus efficace. La présente invention a pour but de réaliser un capteur selaire du type indiqué exempt des incenvénients rappelés ci-dessus. A cet effet, la présente invention a pour objet un capteur solaire du type comprenant une cavité dans la- quelle est disposée une plaque destinée à rétre léchée par l'air à réchauffer, cette cavité étant munie d'un orifice pour l'entrée et d'un orifice pour la sortie de l'air, et qui est caractérisé par le fait qu'il comprend deux autres cavités, chacune se trouvant en communication avec la première cavité, ces deux autres cavités étant conçues pour constituer des tronçons de canal permettant l'entrée et la sortie de l'air du capteur. Afin de pouvoir mieux comprendre la présente inveu- tion, il est donné ci-après, à titre d'exemple, la des- cription d'un capteur selon l'invention, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - La figure 1 est une vue en perspective, éclatée, des éléments qui constituent le capteur solaire réalisé selon les principes de la présente invention. - La figure 2 est une vue en coupe, selon la ligne Il-Il de la figure 3, du capteur représenté sur la figure 1. - La figure 3 est une vue partielle, on perspective avant, de plusieurs capteurs comme celui de la figure 1 illustrant les modalités de leur raccordement. - La figure 4 est une vue partielle, en perspective arrière, d'une structure d'un bâtiment o sont utilisés quelques capteurs selon l'invention, et - La figure 5 est une vue partielle, de face, illus- trant les modalités d'emploi des capteurs objet de la présente invention sur la façade d'un bâtiment d'habi- tation. Comme le montre la figure 1, le capteur (1), objet de la présente invention, comprend une enveloppe (2), de forme parallélépipèdique, munie d'une paroi de fond (3), de deux parois latérales opposées (4) et de deux autres parois latérales opposées (5 6) (fis. 1 et 4), lesquelles définissent, avec la paroi de fond (3), une cavité de forme parallélépipèdique. La paroi latérale (5) présente deux orifices rectangulaires (7) dont le péri- mètre est muni d'un rebord (8), d'épaisseur constante, tourné vers l'extérieur du capteur (1). La paroi latérale (6) (figure 4) présente, elle aussi, deux orifices rectangulaires (7), de dimensions plus grandes que celles des orifices précédents et avec le rebord (8) tourné vers l'intérieur du capteur (1), de façon à permettre le raccordement de deux capteurs adjacents (1) en accouplant les orifices (7) de la paroi (5) d'un capteur (1) à ceux de la paroi (6) du capteur (1) contigu. L'enveloppe (2) est construite avec un matériau à faible conductibilité thermique, de préférence une matière plastique; dans ce dernier cas, la densité du matériau peut être choisie de façon à avoir une densité moains élevée vers l'intérieur et plus élevée vers la surface; de cette manière, on obtient une haute résistan- ce mécanique de l'enveloppe associée à un faible coef- ficient de transmission thermique de l'intérieur vers l'extérieur de cette enveloppe. A l'intérieur de celle-ci est disposé un châssis- support (11) aux dimensions légèrement inftérieures à celles de l'enveloppe (2); ce chassis est constitué par une série de profilés selon la disposition illustrée par la figure 1; en particulier, certains de ces profilés ont une section permettant d'obtenir un épaulement péri- phérique interne (9). Le chissis (11), construit avec un matériau métal- lique, a essentiellement pour but de conférer au capteur la résistance mécanique nécessaire et permettre le rac- cordement de celui-ci, par exemple à une paroi plane horizontale (33), intérieure au bAtiment (34) (figures 4 et 5). A l'intérieur du chissis (11) est disposé un corps (12), en forme de E, en plastique expansé. Ce corps est constitué par une paroi rectangulaire (13) de fond, par doux parois latérales opposées (14), disposées sur les plus petits c8tés de la paroi rectan- gulaire (13), et par une nervure centrale (15) parallèle aux parois (14) en forme de parallélépipède, plus large et moins haute que les parois latérales (14). La nervure centrale (15) et les parois latérales (14) présentent deux saillies (16) orthogonales à cette ner- vure. Les saillies (16) permettent d'adapter au corps (12) un élément (17), constitué par une feuille de plas- tique, qui a la m9me forme que la surface supérieure du corps (12). Le corps (12) peut être réalisé en coulant une matière plastique adéquate dans un moule ayant la forme de corps, au moyen de techniques de moulage bien connues. Cette matière plastique expansée (qui peut être du polyuréthane) présente une conductibilité thermique et une résistance mécanique assez faibles; cette dernière est augmentée en assemblant le corps (12) et l'élément (17) en matière plastique non expansée et donc d'une résistance mécanique élevée. L'élément (17) peut &tre réalisé en introduisant une feuille de matière plastique dans un moule ayant la forme prévue pour cet élément; en présence de températu- res et de pressions adéquates, la feuille de matibre plastique adhbre à la surface du moule pour prendre la forme désirée. Le corps (12) avec l'élément (17) peuvent être Joints au chassis (11) en les introduisant dans celui-ci sans les épaulements (9) (figure 1) et en les assemblant en- suite sur ce chiassis. Bien entendu, on peut aussi mouler directement le corps (12) à ltintérieur du châssis (11). Le capteur (1) comprend en outre une plaque rectan- gulaire (18), en matière plastique expansée, par exemple en polyuréthane à faible conductibilité thermique, qui présente sur la partie centrale de sa face inférieure une cannelure (21) prévue pour l'accouplement à la ner- vure (15) du corps (12). La face supérieure de la plaque (18) est ondulée pour rendre possible l'accouplement avec une plaque (22), en matière noire, également ondulée. La plaque (22) est faite d'un matériau à faible conductibilité thermique, qui peut être un matériau non métallique quelconque, capable d'empScher la transmission, par conduction, dans la direction de l'axe longitudinal de cette feuille, de quantités appréciables de chaleur et d'établir donc, le long de cet axe, et de la manière qui sera indiquée plus loin, un gradient thermique élevé. La protection du capteur (1) contre les agents atmosphériques est assurée par un cadre rectangulaire (23) en plastique, avec des épaulements (24), et par deux plaques transparentes (25) de protection, par exemple en verre, prévues pour s'appuyer sur ces épau- lements. La plaque (25) inférieure repose, ensemble avec la face inférieure du cadre (23), sur la face supé- rieure de l'épaulement (9) du chassis (1l) (figure 2). La plaque transparente supérieure (25) est bloquée par l'épaulement (26) d'un deuxième cadre (27) en matière plastique, aux dimensions plus grandes que celles du cadre (23) et qui sert de couvercle de l'enveloppe (2). Comme on le voit clairement sur la figure 2, la plaque transparente (25) inférieure est séparée de la plaque (22) de façon à créer une cavité (20) peur le passage de l'air devant absorber la chaleur captée par la plaque (22). En outre, la combinaison de la cannelure (21) de la plaque (18) avec la nervure (15) du corps (12) permet de former deux canaux (28) qui communiquent avec la cavité (20) au moyen de deux ouvertures (31). Le raccordement des canaux (28) de capteurs adja- cents est réalisé en accouplant les orifices (7) de la paroi (5) d'un capteur avec ceux de la paroi (6) du cap- teur adjacent et en insérant une garniture le long du périmètre extérieur des surfaces en contact de deux capteurs. Si on ne prévoit pas de rebords (8) et qu'ainsi on ne fait pas coopérer étroitement les orifices (7) de deux capteurs adjacents (variante à la forme de réali- sation qu'on vient juste de décrire), l'isolation ther- mique est assurée par la garniture. Les capteurs (1) peuvent être aussi raccordés mécaniquement entre eux au moyen d'une patte (32), par exemple avec des vis, comme indiqué sur la figure 4, o apparatt clairement la pos- sibilité de former la balustrade d'une terrasse en rac- cordant plusieurs capteurs entre eux et avec la paroi plane (33) du bâtiment. Le fonctionnement du capteur qu'en vient de décrire est le suivant. L'air, qui circule à l'intérieur du capteur, entre par le canal inférieur (28) (figure 2) et, passant par l'ouverture inférieure (31), va lécher la plaque (22), dont la température est plut&t élevée puis- qu'elle se trouve exposée au flux d'énergie solaire. L'air, qui se déplace dans le sens de l'axe longi- tudinal de la plaque (22) - de l'ouverture inférieure (31) vers l'ouverture supérieure - est porté à des tem- pératures de plus en plus élevées par suite de la quanti- té de chaleur qutil reçoit le long de son parcours. Il I'établit ainsi un certain gradient de température le long de ce parcours, les températures les plus élevées se situant vers l'ouverture supérieure (31) et les plus basses vers l'ouverture opposée, et la température aug- mentant graduellement en passant de cette dernière ouver- ture & la premibre. Par suite du faible coefficient de conductibilité thermique de la plaque (22), la transmission de chaleur par conduction lo long de cette plaque de la zone proche de ltouverture supérieure (31) (o la température de l'air est la plus élevée) vers la zone de louverture inférieure (31) - est presque négligeable. Ainsi, la température de lair qui sort par l'ouverture supérieure (31) peut être particulièrement élevée et bien supérieure à celle qu'on obtiendrait si lélment qui reçoit la chaleur des eayons solaires et la transmet à l'air (pla- que 22) avait une conductibilité thermique élevée. L'air rechauffé passe par louverture supérieure (31) et pénê- tre dans le canal supérieur (28) qui, à son tour, l'in- troduit à ltintérieur du bâtiment (34), soit directement, soit par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur. _0 Les capteurs (1) réalisés selon les principes de la présente invention pemettent donc un montage rapide et, par conséquent, des coûts de montage relativement peu élevéso En outre, la façade du bâtiment (34) peut être constituée par 10n capteurs (1) euu-mfmes, ce qui permet dgconomiser sur les ceots des ouvrages en maçonnerie. La présence des canaux internes d'entrée et de sortie de l'air à réchauffer permet d'obtenir une dispersion de la chaleur plus faible et, par conséquent, un meilleur rendement thermique de l'installation réalisée avec les capteurs objet de la présente inven- tion. Le raccordement de plusieurs capteurs réalisés comme il a été précédemment rappelé permet d'exploiter toute la surface disponible pour l'irradiation solaire de la façade du bitiment. REVENDICATIONS 1 - Capteur solaire du type comprenant une cavité dans laquelle est disposée une plaque agencée pour être léchée par ltair à réchauffer, cette cavité présentant un orifice pour l1entrée et un orifice pour la sortie de l'air, caractérisé par le fait qu'il comprend deux autres cavités (28) chacune se trouvant en communication avec la première (20), ces autres cavités (28) étant prévues pour constituer des tronçons de canal pour lten- trée et la sortie de l'air du captetur. 2 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qutil comprend une enveloppe (2) de forme parallélépipèdique, à ltintérieur de laquelle est dispo- sée la dite plaque (18, 22) parallèlement aux plus grandes parois de l0enveloppe, et un élément séparateur (15) prévu pour relier cette plaque à une des grandes parois de l'eonveloppe, la longueur de la plaque étant supérieure à la longueur de la dite paroi, de façon à créer les deux autres cavités (28) entre la plaque (18, 22), l'élément s6parateur (15) et la grande paroi. 3 - Capteur selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'enveloppe (2) comprend un corps (12), en forme de E, qui présonte une paroi de fond (13), deux parois latérales (14) et une nervure centrale (15), parallèle à ces parois latérales (14), prévue pour former l'élément séparateur, la dite plaque (18) étant en con- tact avec la nervure (15). 4 - Capteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait quail comprend un corps creux (2) de forme parallélépipèdique, conçu pour contenir le corps (12) en forme de E, chacune des deux parois latérales oppo- sées (5, 6) de ce corps creux présentant deux orifices (7) qui communiquent avec les deux autres cavités (28). - Capteur selon la revendication 4, dans lequel chacune des cavités en question (28) a un contour rec- tangulaire, les orifices (7) d'une des parois latérales du corps creux dtun capteur étant prévus pour être raccordés aux orifices d'une des parois latérales du corps creux d'un capteur contigu, de façon à relier les uns aux autres ces tronçons de canal. 6 - Capteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'étanchéité (8) pour réaliser l'étanchéité entre ces orifices raccordés (7). 7 - Capteur selon la revendication 6, dans lequel les moyens d'étanchéité comprennent les bords rabattables (8) des orifices en question. 8 - Capteur selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel les dits moyens comprennent des éléments de garniture disposés autour des dits orifices (7). 9 - Capteur selon l'une des revendications 3 à 8, dans lequel entre le corps (12) en forme de E et le corps creux (2), est disposé un châssis (11) en profilés mé- talliques. - Capteur selon l'une des revendications 3 à 9, dans lequel le corps (12) en forme de E comprend une partie de support construite avec une matière plastique expansée et une partie de revêtement construite avec une feuille eo matière plastique (17). 11 - Capteur selon l'une des revendications 3 à 10, dans lequel entre la plaque de captage (22) et la nervure (15) du corps en forme de E, est disposée une plaque en matière plastique expansée (18). 12 - Capteur selon la revendication 11, dans lequel la plaque de captage (22) est ondulée et la plaque en matière plastique expansée (18) présente une surface d'appui elle aussi ondulée et prévue pour s'accoupler à la plaque de captage. 13 - Capteur solaire selon l'une des revendications 1 à 12, selon lequel la dite plaque de captage (22) est construite en un matériau non métallique. 14 - Capteur solaire selon la revendication 13, dans lequel le matériau de la dite plaque de captage (22) présente une faible conductibilité thermique, de façon à OD 2462671 il obtenir un gradient de température très élevé sur cette plaque, dans le sens du flux d'air qui la lèche. - Capteur selon l'une des revendications 3 à 14, dans lequel le dit corps creux est en matière plastique.