Brevet FR2463369A1 — publié le 19810220

L'invention a pour objet un capteur solaire dans lequel un liquide est mis en circulation afin de recueillir et de transporter jusqu'à un réservoir de stockage la chaleur reçue du fait du rayonnement solaire. Les capteurs connus de ce type sont constitués, dans l'ensemble, comme un caisson fermé ayant un fond isolant, une paroi supérieure transparente et, dans l'intervalle, un volume dans lequel est installé un circuit de circulation d'un liquide, généralement de l'eau, qui capte et évacue les calories recueillies. Le but principal de l'invention est d'apporter une amélioration notable au circuit de circulation du liquide dans les capteurs solaires afin d'en réduire le coût de fabrication et d'en accroître l'efficacité. Dans un capteur solaire conforme à l'invention, sur un fond isolant est disposée une surface plane inclinée de soutien ; cette surface supporte une couche de mousse à réseau capillaire ayant un bord latéral supérieur et un bord latéral inférieur ; une plaque métallique repose directement sur la couche de mousse par une de ses faces substantiellement plane tandis que sa face opposée, de couleur noire, est disposée en-dessous de la paroi supérieure transparente. Une rampe dtalimentation en liquide est placée à proximité du bord supérieur de la couche de mousse et un collecteur de liquide est placé à proximåté du bord inférieur de la couche de mousse. En pratique, selon l'invention, la surface plane inclinée est constituée par le fond plat d'un premier bac et la plaque métallique qui repose sur la couche de mousse est le fond substantiellement plat d'un second bac. Dans la région des bords supérieur et inférieur de la couche de mousse, le fond du premier bac et le fond du second bac sont espacés d'une distance supérieure à l'épaisseur de la couche de mousse afin de ménager entre eux respectivement d'une part une chambre d'alimentation en liquide dans laquelle est disposée une rampe de gicleurs et d'autre part une chambre d'évacuation dans laquelle est disposé un collecteur de liquide. Selon un mode de réalisation de l'in- vention, le premier bac de soutien a un fond plat et le second bac a un fond présentant une partie principale plane dans l'ensemble et deux parties latérales respectivement su périeure et inférieure relevées obliquement pour limiter avec le fond du premier bac la chambre d'alimentation et la chambre d'évacuation. De préférence, la couche de mousse à réseau capillaire est une mousse végétale à porosité moyenne ; son épaisseur à l'état non comprimé est choisie entre 0,5 et 3 mm, de préférence entre 0,75 et 2 mm. De préférence encore, la partie prin- cipal plane du fond du second bac a une épaisseur comprise entre 0,6 et 0,7 mm ; elle est rendue rigide par des nervures de raidissement. Pour bien faire comprendre l'invention, on donnera maintenant une description d'un exemple préféré de réalisation. On se reportera du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue générale en coupe par un plan transversal d'un capteur solaire conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue de détail à plus grande échelle montrant des moyens de raidissement du fond du premier et du second bac contenant entre eux une couche de mousse. La constitution générale d'un capteur solaire étant connue dans son ensemble, on ne la décrira pas en détail ; on se contentera d'expliquer de façon précise comment est composée la partie nouvelle apportée par l'invention. Un capteur solaire conforme à l'invention peut être réalisé sous forme d'unités individuelles destinées à être rapportées sur une structure existante ou supportées par une structure porteuse appropriée. Le capteur peut être réalisé aussi comme une partie intégrante d'une paroi d'un bâtiment. Dans les deux cas, le capteur solaire est incliné afin d'avoir une exposition plus favorable à l'exploitation du rayonnement solaire. Dans l'exemple décrit ici, le capteur solaire désigné par la référence générale 1 constitue un versant incliné dirigé vers le Sud d'une toiture ayant un faRte 2.Ainsi qu'il est connu, il se présente comme un caisson ayant un fond 3 garni d'une matière isolante de forte épaisseur, un bord latéral supérieur 4 et un bord latéral inférieur 5, une paroi supérieure 6 en matière transparente (verre ou méthacrylate de méthyle ou si- milaire) ; ainsi est limité un volume intérieur dans lequel est disposé un circuit de circulation d'un liquide. Selon l'invention, ce circuit de cir cul ati on comprend un premier bac de soutien A ayant un fond plat 7 sur lequel est supportée une couche 8 de mousse à réseau capillaire. Sur cette mousse 8 repose directement par son fond plat 9 sur un second bac B. Une rampe 10 d'alåmen- tati on en liquide est placée le long du bord latéral supérieur 49 dans une chambre 11 ménagée entre les deux bacs 7, 9. Un collecteur 12 de liquide est placé le long du bord latéral inférieur 5, dans une chambre 13 ménagée entre les deux bacs 7, 9. De cette façon, le liquide qui est généralement de l'eau, s'écoule du haut vers le bas en étant obligé de parcourir la couche 8 de mousse dont le réseau capillaire freine l'écoulement. La mousse, et l'eau en mouvement dont elle est imbibée constammePt, sont en contact étroit avec la plaque métallique 9 qui est échauffée par le rayonnement solaire. Afin d'obtenir le meilleur résultat possible avec le capteur-de l'invention, on doit s'efforcer de respecter les prescriptions suivantes. La surface inclinée de soutien 7 doit être plane et rigide ; de préférence elle doit être isolante ou fortement isolée par sa face inférieure. On peut donc choisir entre un grand nombre de matières et prévoir, s'il le faut, des profilés de raidissement 14 rapportés sous sa face inférieure. il est avantageux de se servir de bacs métalliques ayant des bords repliés deux fois pour présenter un flanc dressé 15 et une aile 16 parallèle au fond. La couche 8 de mousse a, de préférence, une épaisseur comprise entre I et 1,5 mm. il est recommandé d'utiliser une mousse végétale, du genre des éponges naturelies, ayant une porosité moyenne. En fait, il s'agit de choisir une mousse capable d'absorber le plus grand volume d'eau, afin que la quantité de celle-ci exposée à la chaleur soit importante, et capable de laisser s'écouler cette eau ni trop vite (ce qui se produit lorsque les pores sont trop grands), ni trop lentement (ce qui se produit lorsque les pores sont trop ptits).De plus, la couche 8 est tenue légèrement comprimée entre le fond plat du bac Â qui sert de surface de soutien et le fond plat du bac B qui sert de plaque de chauffage. Tout au moins, il convient de s'assurer que l'intervalle entre les deux fonds est bien totalement rempli par la mousse et ne laisse pas de passage par où l'eau coulerait librement. Afin de réduire l'inertie thermique du capteur de l'invention, il faut choisir une plaque 9 en ma tierce bonne conductrice de la chaleur et ayant une faible épaisseur. Une épaisseur comprise entre 0,60 et 0,70 mm est satisfaisante. Cette plaque doit avoir aussi une rigidité suffisante pour qu'elle puisse rester appliquée constamment sur la couche 8 de mousse. L'emploi de profilés rapportés de raidissement augmenterait la masse de matière à échauffer et accroRtrait l'inertie thermique. il est préférable de raidir la plaque 9 au moyen de nervures 17, obtenues par déformation de cette plaque elle-même en sens transversal au sens d'écoulement de l'eau à chauffer. Sous les nervures transversales 17, la couche 8 de mousse n'est plus comprimée; de l'eau peut se rassembler à sa surface et cette eau n'est plus en contact direct avec la plaque échauffée par le soleil. Toutefois, cette solution n'entraine qu'une légère perte d'efficacité et elle est satisfaisante quand les dimensions du capteur imposent la nécessité de raidir la plaque 9 par suite de sa faible épaisseur. Il est avantageux, pour des raions économiques, de se servir comme bacs B de bacs métalliques, en toile galvanisée, qui existent dans le commerce pour la couverture des toitures. Ces bacs ont généralement un fond subs- tantiellement plat avec des nervures de raidissement ; leurs bords latéraux s'étendent d'abord obliquement, en 18, pour se terminer par une bordure plane 19 parallèle au fond, il est facile de tapisser le fond 7, les flancs dressés 15 et les ailes 16 du bac A, intérieurement comme le montre la figure 2, puis d'introduire le bac B dans le bac A en faisant reposer le fond 9 sur la couche 8 de mousse. On place un joint d'étanchéité approprié entre les ailes 16 et la bordure 19 et on les réunit à l'aide de moyens de fixation convenables. On obtient ainsi la formation des chambres Il et 13. Dans la chambre supérieure Il on a préalablement fixé au flanc 15 du bac A la rampe d'alimentation 10 qui a des gicleurs espacés dont la section de passage est déterminée pour assurer un débit également réparti sur toute la longueur de cette rampe. Dans la chambre inférieure 13, le collecteur 12 est constitué par un profilé en U ouvert vers le haut et il est supporté dans le bac A par des moyens (non représentés) de manière à recueillir, par débordement, l'eau chauffée qui tend à se rassembler dans le fond de la chambre 13 à diriger cette eau hors du capteur solaire gracie à une pente appropriée. La rampe 10 et le collecteur 12 traversent les parois extrêmes du capteur de façon étanche connue en soi qu'il n'est pas nécessaire de décrire. Un capteur solaire conforme à l'invention, réalisé pour essais, était couvert d'une paroi transparente en méthacrylate de méthyle d'une épaisseur de 3 mm le bac A était en tôle galvanisée couverte par en-dessous de 10 cm de laine de verre ; le bac B était un élément de bardage métallique en tôle prélaquée en noir mat, d'une épaisseur de 0,65 mm ; la couche 8 était de l'éponge végétale. La surface totale était de 28 m2. Le capteur avait une inclinaison de 45 et le débit de l'eau était de 50 /h grâce à des gicleurs espacés de 10 cm le long de la rampe 10. En association avec un réservoir de stockage de 50 m3, on a constaté une température de l'eau s'élevant jusqu'à 700C, le rendement moyen du capteur étant évalué à 0,50 avec un maximum de 0,70. On notera que le liquide qui a traversé la couche 8 de mousse se rassemble naturellement dans la chambre inférieure 13. Celle-ci constitue par elle-même un collecteur dans laquelle il n'est pas strictement nécessaire de placer le tube collecteur 12 ouvert à sa partie supérieure. I1 suffit, à une extrémité du capteur, de raccorder à la chambre collectrice 13 un tube d'évacuation du liquide se rassemblant dans celle-ci. REVENDICATIONS 1) Capteur solaire constitué par un caisson contenant un circuit de circulation d'un liquide à échauffer caractérisé en ce que ce circuit de circulation est composé d'une surface plane inclinée de soutien, d'une couche de mousse à réseau capillaire portée par la surface plane inclinée et ayant un bord latéral supérieur et un bord latéral inférieur, d'une plaque métallique exposée au rayonnement solaire et reposant directement sur la couche de mousse par une face substantiellement plane, d'une rampe d'alimentation en liquide placée à proximité du bord supérieur de la couche de mousse, d'un collecteur de liquide placé à proximité du bord inférieur de la couche de mousse. 2) Capteur solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface plane inclinée est constituée pas la face intérieure du fond d'un premier bac tandis que la plaque métallique est constituée par le fond d'un second bac introduit dans le premier bac, le fond de ce premier bac et le fond de ce second bac étant espacés d'une distance supérieure à la couche de mousse dans la région des bords supérieur et inférieur de celle-ci pour limiter entre eux une chambre d'alimentation en liquide dans laquelle est disposée la ranime d'alimentation et une chambre d'évacuation dans laquelle est disposé le collecteur de li quine 3) Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux bacs présentent des bords repliés et conformés en correspondance permettant leur fixation l'un à l'autre pendant que les fonds contiennent entre eux la couche de mousse. 4) Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de mousse est, à l'état non comprimé, comprise entre 0,5 et 3 mm, de préférence entre 0,75 et 2 mm, plus exactement entre 1 et 1,5 mm. 5) Capteur -selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mousse est une mousse de nature végétale, à porosité moyenne. 6) Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi métallique qui repose sur la couche de mousse a une épaisseur de l'ordre de 0,6 à 0,7 mm. 7) Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la paroi métallique est rendueri- gide par des nervures de raidissement obtenues par déformation de cette paroi même disposées transversalement au sens d'écoulement du liquide entre le bord supérieur et le bord inférieur de la couche de mousse.