Brevet FR2470934A1 — publié le 19810612

L'ilvlventioll concerne un matelas solaire permettant de prolonger la saison de culture et de sécher des fruits dans le domaine agricole, de chauffer les piscines et les batiments, de chauffer les champs d'épandage et à d'autres fins tant indutrielles que domestiques. Selon un aspect de l'invention, on se propose de fournir un matelas qui recueillit lténergie radiante et la transmet mais qui permet de réduire sensiblement le. courant thermique dans le sens opposé. Selon un autre aspect de l'invention, on se propose defournir un matelas solaire utilisable pour chauffer une piscine. Selon un autre aspect de l'invention, on se propose de fournir un matelas solaire utilisable pour le chauffage de bâtiments, soit directement soit conjointement avec des pompes à chaleur. Selon un autre aspect de l'invention, on se propose de fournir un matelas solaire permettant d'augmenter la température du sol pour prolonger la saison de culture dans les processus agricoles, y eompris le séchage de produits. Selon un autre aspect de l'invention, on se propose de fournir un matelas solaire utilisable pour augmenter et/ou contrôler la température de champs d'épandage, de réservoirs à poissons, des zones d'aquaculture et d'autres. Conformément à ces caractéristiques, l'invention comprend un matelas solaire comprenant au moins une couche de réception et de transmission de l'énergie solaire, ladite couche comprenant i) un film supérieur laissant passer les ondes optiques, ce film possédant une capacité élevée de transmission de l'ultraviolet et de l'infrarouge, ce film étant doté d'une surface inférieure qui renvoie vers le bas llénergie infrarouge frappant la surface inférieure du film supérieur ii) un film inférieur d'un matériau qui ne laisse pas passer les ondes optiques, ce film possédant une capacité élevée d'absorption d'énergie lumineuse et une capacité élevée de conductivité thermique, ledit film comprenant une surface supérieure qui est rugueuse, lesdits films supérieur et inférieur formant entre eux une multiplicité de compartiments isolés étanches aux gaz constituant une barrière d'isolement thermique entre les films supérieur et inférieur. A titre d'introduction, il est nécessaire qu'un matelas solaire soit réalisé de façon à lui donner une capacité élevée d'absorption de la chaleur solaire et une thermoconductivité élevée pour transmettre la chaleur d'un capteur à un milieu devant être chauffé. En outre, ce matelas doit avoir une grande surface et doit être normalement flottable, résistant à l'usure et souple. Des compromis entre le poids, l'épaisseur, la durabilité, la conservation de vapeurs ou de gaz, l'isolement, l'absorption et la transmission de chaleur seront établis en fonction du but recherché et du coût de chaque application. Les applications comprennent, mais sans y être limitées, les suivantes Le chauffage solaire de liquides dans toutes les conditions atmosphériques appropriées pour piscines, couvertes ou en plein air, aquaculture, et champs d'épandage ou procédés industriels et domestiques; Le chauffage solaire des surfaces de bâtiments Le chauffage solaire de la surface de la terre et de zones au-dessus de la terre à des fins agricoles de tous types appropriés À des fins d'isolement avec ou sans lténergie solaire. Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-apres à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - les figures 1 et 2 sont des vues en coupe transversale d'un matelas solaire muni de poches de forme sinusoidale - les figures 3A, 3B et 3C sont des vues en coupe transversale d'un matelas solaire muni de poches de forme semicirculaire ou sphérique - la figure 4 est une vue isométrique d'un matelas solaire muni de rangées parallèles de poches cylindriques - la figure 5 est une vue isométrique d'une pépinière montrant des plants poussant dans un sol qui est chauffé à laide d'un matelas solaire, ces matelas solaires étant utilisés par paire pour diriger l'eau de pluie sur ces plants. Dans la description qui suit de modes de réalisation préférés, les mots matelas solaire, couverture solaire ou panneau solaire sont utilisés selon l'opportunité de la mise en oeuvre de l'invention, et selon que le dispositif doit être flottable, souple ou rigide. Sur la figure 1, un matelas solaire comprend un film supérieur 12 d'un matériau laissant passer les ondes optiques et un film inférieur d'un matériau qui ne laisse pas passer les ondes optiques. Les films supérieur et inférieur se touchent et cnt fixés l'un à l'autre en une multiplicité de points de jonction séparés pour former une matrice de compartiments isolés et étanches aux gaz. Les compartiments ainsi réalisés définissent, de par leur nature, un film supérieur qui ondule, par exemple, de manière sinusoidale, augmentant ainsi sa surface globale.Le film supérieur 12 présente une capacité élevée de transmission de l'ultraviolet et de l'infrarouge, et la surface inférieure de ce film renvoie vers le bas une grande partie de l'énergie infrarouge qui frappe la face inférieure du film supérieur, contribuant ainsi à l'effet de "serre". Le film inférieur 14 possède une capacité élevée d'absorption de lténergie lumineuse et, de préférence, une surface supérieure qui est rugueuse. Le film supérieur 2 peut être réalisé à partir d'une matière plastique incolore choisie dans le groupe comprenant : le nylon, lespolyoléfines (par exemple CRYOVAC R ), le polyéthylène (par exemple MPLBR R ) et le vinyle. Le film inférieur 12 peut être en une matière plastique ou élastomère. Ainsi le film peut être en une matière choisie dans le groupe comprenant : le nylon, lepolypropylène, le chlorure de polyvinyle, et une résine monomère (par exemple SURLYN R ) ou du caoutchouc naturel ou synthétique. Le film inférieur 14 peut comporter en outre un revêtement supérieur d'aluminium, de cuivre, d'oxyde métallique et/ou des composants conducteurs sous forme de poudre, film, solution, ou un mélange qui sont déposés sur la matière sélectionnée ou incorporés dans cette matière. Pans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, les films supérieur et inférieur se touchent en une multiplicité de points de jonction pour former une matrice de compartiments isolés étanches aux gaz. Les caractéristiques essentielles de l'invention résident dans la réalisation d'une multiplicité de compartiments étanches aux gaz, un film supérieur ondulant, pyramidal, hémisphérique, cubique ou d'une autre forme non plane présentant une surface de réception d'énergie globale supérieure à sa surface géométrique située dans un meme plan; un film supérieur qui est traversé par l'énergie solaire, un film inférieur qui reçoit l'énergie solaire traversant le film supérieur et conduit la chaleur dans un milieur devant être chauffé. En se référant à la figure 1, le matelas 1 peut comprendre en outre une seconde couche de compartiments étanches aux gaz si on dispose un film intermédiaire à la place du film inférieur 14 et, dans ce eas, le film inférieur sera alors représenté par l'élément 16 sur la figure 1. Ce film intermédiaire peut être en une matière similaire à celle mise en oeuvre pour le film supérieur 12. En outre, on peut prévoir l'un ou l'autre des films de renforcement 10 et 18 résistant à des produits chimiques ou résistant à l'usure, ou on peut en prévoir les deux. Le film de renforcement supérieur 10 doit, bien entendu, être en une matière qui laisse passer l'énergie solaire. Le film de renforcement inférieur 18 doit être capable de laisser passer la chaleur. Les films 12 et 16 peuvent être remplacés, bien entendu, par un seul film de renforcement 10 ou 18. Les films supérieur et inférieur, 10 et 18, respectivement, peuvent être en une matière à caractère fongicide ou bactéricide ou peuvent être revêtus ou traités d'uneautre façon pour leur donner l'une ou l'autre de ces caractéristiques ou les deux Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, on utilise au moins un des films intermédiaires 23 et 25 et, dans ce cas, les films supérieur et inférieur 22 et 24 ou 26 (dans le cas d'un agencement à trois couches) ne se touchent pas, mais touchent les films intermédiaires 23 et 25 auquels ils sont réunis de façon à former la multiplicité de compartiments isolés étanches aux gaz. Dans le-mode de réalisation représenté sur la figure 3A, le film supérieur 32A est réalise sous forme de modules semi-hémisphériques qui touchent un film inférieur 34A auquel ils sont réunis. On peut prévoir un film de renforcement supérieur 30A. La figure 3B représente un mode de réalisation analogue à celui représenté sur la figure 3A, dans lequel le film inférieur 34B est réalisé sous forme de modules semi-hémishpériques qui correspondent et sont opposés aux modules du film supérieur 32A. On peut utiliser un film intermédiaire plan 36. La figure 3C représente deux couches des doubles modules ou bulles semi-hémisphriques constituées de bulles opposées supérieures 32C et 34C et de bulles opposées inférieures 36C et 38C. On peut prévoir en outre des films de protection supérieur 30 et/ou inférieur 35 comme dans les modes de réalisation représentés sur les figures 1, 2 et 3A. Les bulles inférieures 34C de la couche supérieure qui touchent les bulles supérieures 36A de la couche inférieure sont soudées de manière -étanche les unes aux autres aux points où elles se touchent. Pans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, le matelas 4 comprend des bulles supérieures 40 et des bulles inférieures 42 qui présentent une forme allongée s'étendant sur toute la largeur du matelas. A part ces bulles de forme allongée, d'autres variantes de réalisation du matelas représenté sur la figure 4 pourraient être conformes aux modes de réalisation des figures 1 - 3C. Dans ce mode de réalisation, les bulles de forme allongée assurent, de par leur nature, une résistance transversale de sorte que le matelas peut être relativement rigide et peut être supporté uniquement le long des bords longitudinaux du matelas.Lorsque le matelas 4 est porté de cette façon, les divers éléments peuvent, au besoin, etre en un matériau plus rigide et/ou comprendre des films supérieur et inférieur équivalents aux éléments 10 et 18 de la figure 1, aux éléments 20, 23, 25 ou 28 de la figure 2 et aux éléments 30A ou 34A de la figure 3A etc... IaWfigure 5 représente un seul exemple d'une application agricole du matelas représenté sur la figure 4. Des rangées de matelas 5À - 5F peuvent être disposées, comme représenté, pour réaliser des creux dans lesquels les plants sont plantés. Les matelas ont pour effet d'augmenter la température du sol et de favoriser une croissance plus rapide et de prolonger la saison de culture. En outre, toute précipitation et toute condensation de rosée sont dirigées vers les plants. Des sections rondes, ovales, pyramidales ou rectangulaires ainsi que des bandes du matelas solaire peuvent être utilisées pour des graines, plants, vignes ou arbres, individuels ou multiples. Ces variations peuvent comprendre des combinaisons des structures des modes de réalisation représentés sur les figures 1 à 4, dans lesquels des sections circulaires pourraient convenir, avec des creux radiaux à la surface. Dans ce cas, les points de jonction entre les films sont disposés sensiblement le long de rangées non parallèles et mutuellement convergentes, de façon que la forme globale du matelas soit circulaire, et que plusieurs creux d'évacuation disposés radialement soient délimités.Dans chacun des modes de réalisation décrits ci-dessus, la périphérie du matelas peut avoir une forme courbe comprenant une section sustentatrice qui permet de stabiliser les bords et de créer une pression oblique lorsque le matelas est soumis à l'effet du vent ou à un mouvement latéral à travers la surface du-matelas. Des exemples d'autres applications comprennent des couvertures pour les égouts de toit, tuyaux de descente, trottoirs etc.. à des températures inférieures à zéro pour empêcher la formation de glace. Les figures 3C et A représentent des sections adjacentes au film inférieur du capteur solaire à travers lesquels peuvent circuler des fluides pour absorber la chaleur. Les prix et la stabilité des matériaux de base varieront grandement en fonction des conditions requises de durée de vie et de durabilité ; depuis les exigences de légèreté, économie, faible efficacité convenant aux sacs courants destinés à recevoir les ordures ménagères, jusqu'aux matériaux très résistants, durables et de grande efficacité pour des applications à long terme. La structure moléculaire et la densité des matières plastiques individuelles, l'épaisseur, le renforcement comme fibres de verre, et les éléments de surface de captage solaire entraîné sont les facteurs principaux des caractéristiques physiques devant être inclus dans la structure de l'invention. Les facteurs de transmission, d'absorption et de réflexion sélectifs des rayons lumineux sont réalisables pour une large gamme de films et de combinaisons disponibles. Des matériaux métalliques et non métalliqies, tels çjue le verre sous diverses formes, comme poudre, fil, particules, tissu, film ou plaque, deviendront des composants intégrants et des additions à des fins spécialisées. Des revêtements et des films pourraient s'avérer nécessaires pour contrôler les vapeurs et les gaz à l'intérieur des petits compartiements, cannaux ou bulles qui font partie des caractéristiques d'isolement et de l'effet de serre de l'invention. La pression des vapeurs et des gaz à l'intérieur des compartiments varieront d'un vide partiel jusqu'à une valeur supérieure à la pression atmosphérique selon le but visé et la fonction. La ou les couches supérieures de matière laissant passer la lumière peuvent être en de nombreux matériaux tels que le nylon, le vinyle, le PVC etc., tandis que la couche supérieure d'absorption d'énergie peut être en de nombreux matériaux tels que les caoutchoucs à base de latex ou synthétiques le polyéthylène chloré ; le HYPALON# ; l'ACLAR# ; le polypropylène etc. en fonction du coût et de la fonction et de la compatibilité des matériaux d'addition mélangés ou dissous pour réaliser des propriétés maximales d'absorption de lténergie solaire et/ou de transmission de chaleur. Les fonctions à des fins agricoles auraient pour effet d'augmenter la température du sol grâce à lténergie solaire, apportant en même temps un isolement assurant de meilleures conditions de température de germination et de croissance plus une protection contre les gelées. On pourrait prévoir des ouvertures et des canaux pour contrôler dt diriger de l'eau d'irrigation ou la rosée, en provenance de sources naturelles ou artificielles. REVENDICATIONS 1. Matelas solaire comprenant au moins une couche de réception et de transmission de l'énergie solaire, caractérisé en ce que ladite couche comprend i) un film supérieur en une matière laissant passer les ondes optiques, ce film possédant une capacité élevée de transmission de l'ultraviolet et de l'infrarouge, et comportant une surface inférieure qui renvoie vers le bas l'énergie infrarouge frappant la face inférieure dudit film supérieur ;; ii) un film inférieure en une matière qui ne laisse pas passer les ondes optiques, ce film possédant une capacité élevée d'absorption de l'énergie- lumineuse et une capacité élevée de conductivité thermique, et comportant une surface supérieure qui est rugueuse, lesdits films supérieur et inférieur délimitant entre eux une multiplicité de compartiments isolés et étanches aux gaz constituant une barrière d'isolement thermique entre lesdits films supérieur et inférieur. 2. Matelas solaire selon la revendication 1, caractérisé'en ce que les points de jonction sont disposés de façon à réaliser une pluralité d'évidements dans le film supérieur, lesdits évidements comprenant des bases qui sont sensiblement reliées entre-elles. 3. Matelas solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les points de jonction sont disposés sensiblement parallèlement en rangées de façon à réaliser une pluralité de canaux d'évacuation à la surface supérieure dudit matelas. 4. Matelas solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que une ou plusieurs feuilles et/ou sections de matelas intermédiaires d'un matériaux transparent séparent les films supérieur et inférieur pour leur apporter une plus grande résistance et/ou pour réaliser une barrière d'isolement thermique supplémentaire. 5. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un revêtement d'une matière, résistant à l'usure, sur la surface supérieure du film supérieur. 6. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un revetement, résistant à des produits chimiques, sur la surface supérieure. 7. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu?il comprend en outre un revêtement d'une matière ,laissant passer les ondes optiques en un seul sens, sur la surface inférieure du film supérieur, cette matière laissant passer la lumière en un seul sens pouvant transmettre l'énergie solaire vers le bas et s'opposer à la transmission de l'énergie thermique vers le haut. 8. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la surface supérieure du film inférieur est rendue rugueuse pour augmenter sa surface active. 9. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un revêtement d'une matière d'absorption de L'énergie lumineuse disposé sur la surface supérieure du film inférieur. 10. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le film inférieur est constitué d'une matière favorisant la conductivité thermique. 11. Matelas selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le film inférieur comprend en outre des moyens de renforcement mécaniques par addition de matériaux d'une résistance plus élevée. 12. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caracterisé en ce que le matelas est flottable sur un liquide. 13. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le matelas est conçu pour permettre de ltenrouler le long d'un axe sélectionné. 14. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le film inférieur comprend une multiplicité de formes géométrinues pour augmenter sa surface active, selon des sections de sphères, pyramides ou cubes. 15. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un revetement sur la surface inférieure du film inférieur, ledit revêtement possédant une capacité de réflexion thermique. 16. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le revêtement de la surface inférieure du film inférieur possède une capacité antiabrasive. 17. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le revêtement de la surface inférieure du film inférieur présente une caractéristique anti-corrosion. 18. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le revêtement de la surface inférieure du film inférieur présente une caractéristique fongicide. 19. Matelas solaire selon ia revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le revêtement de la surface inférieure du film inférieur présente une caractéristique bactéricide. 20. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il présente des bords courbes formant une section sustentatrice qui permet de stabiliser les bords et créer une pression oblique lorsqu'ils sont soumis à l'effet du vent ou à un mouvement latéral d'air à travers la surface du matelas. 21. Matelas solaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qutil comprend des ouvertures sélectionnées dans des positions désignées pour permettre d'évacuer l'eau de la surface et de servir en outre de points de liaison. 22. Matelas solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les points de jonction sont disposés sensiblement selon des rangées non parallèles et mutuellement convergentes, de façon que la forme globale du matelas soit circulaire, et qu'un pluralité de canaux d'évacuation disposés radialement soit délimitée.