Brevet FR2461210A1 — publié le 19810130

La présente invention se rapporte à un capteur solaire du type sphérique,plus précisément un capteur du genre comprenant au moins deux sphères concentriques,la sphère extérieure étant translucide et la sphère intérieure étant absorbante vis-à-vis du rayonnement solaire, ainsi qu'un circuit apte à être parcouru par un fluide caloporteur,venant au contact de la sphère absorbante. L'invention concerne donc le domaine des capteurs solaires ditsè"effet de serre ", permettant une conversion thermosolaire à basse température. Les capteurs solaires de ce genre ont été,à l'origine, des capteurs plans, se présentant comme des panneaux rectangulaires. Le rendement de tels capteurs n'est maximum que si les rayons solaires ont une incidence normale à leur plan; dès que les rayons atteignent le capteur avec une certaine inclinaison, le faisceau capté est réduit. Il a été tenté de remédier à cet inconvénient en plaçant les capteurs plans sur un dispositif qui les oriente en permanence face au soleil,mais on aboutit en général à des systèmes complexes et comateux et, par conséquent, à la non-rentabilité de telles installations. Afin d'augmenter le rendement des capteurs solaires,on a déjà envisagé des réalisations de forme sphérique dont l'effi- cacité,comme on le congoit aisément, n'est pas sensiblement modifiée par l'angle d'incidence des rayons solaires. Il est alors prévu que les deux parois, l'une transparente et l'autre absorbante,permettant l'effet de serre, sont des sphères ou des portions de sphères concentriques,séparées par un certain espace, le fluide caloporteur se réchauffant au contact de la paroi sphérique intérieure absorbante.Dans les projets actuellement connus, on s'est cependant content-é de faire passer le fluide caloporteur soit entre les deux parois sphériques,soit dans un volume de faible épaisseur situé sous la paroi sphérique intérieure,notamment un volume délimité par cette dernière paroi sphérique et une paroi hémisphérique interne supplémentaire.Ces dispositions ne permettent pas encore de récupérer une quantité d'énergie maximale et, en particulier,elles ne donnent pas un rendement optimal dans les régions peu ensoleillées ou bénéficiant essentiellement d'une lumière diffuse(régions brumeuses). La présente invention vise donc à perfectionner les capteurs du type sphérique considéré,dans le sens d'une amélioration de leur rendement,notamment pour des régions, tout en conservant une construction relativement simple et économique. A cet effet, elle a pour objet un capteur solaire du genre indiqué en introduction, qui comprend deux sphères intérieures délimitant, entre elles, un espace de faible épaisseur divisé en deux compartiments par une cloison sensiblement plane, ces deux compartiments étant reliés entre eux par un tube logé dans la chambre interne sphérique du capteur, l'un de ces compartiments étant aussi raccordé à un conduit d'entrée du fluide à chauffer, de manière à constituer un compartiment de préchauffage, tandis que l'autre compartiment est raccordé à un conduit de sortie,recueillant le fluide chauffé et l'évacuant à l'exté- rieur du capteur. Le circuit parcouru par le fluide à chauffer comprend ain siun compartiment amont, servant au préchauffage, et un compartiment aval, servant au chauffage définitif, ces deux compartiments contenant une lame de fluide de faible épaisseur. De préférence, la cloison de séparation des deux coapartiments est située dans un plan sensiblement vertical,le conduit d'entrée débouchant à la base du premier compartiient,le tube interne reliant le soumet du premier compartiment à la base du second compartiment, et le conduit de sortie partant du soumet du second compartiment. Cette disposition permet la sortie du fluide dans les zones les plus hautes des deux compartiments.Elle permet aussi d'orienter de façon avantageuse le second compartiment vers le côté le plus ensoleillé,c'est-à-dire vers le Sud si le capteur est supposé se situer dans l'hémisphère Nord de la Terre. Le tube interne, reliant dans ce cas le sommet du premier compartiment à la base du second compartiment, peut être soit un tube de raccordement sensiblement rectiligne, soit un serpentin permettant une récupération supplémentaire de calories. Pour une construction d'ensemble simple et rationnelle du capteur selon l'invention,les différentes sphères de celui-ci sont avantageusement réalisées par l'assemblage,suivant un plan de joint vertical, de deux demi-sphères, la cloison de séparation des deux compartiments étant constituée par des rebords de ces demi-sphères, et le conduit d'entrée pénétrant à l'intérieur du capteur en passant à la base de celui-ci,entre les différentes demi-sphères.Le conduit de sortie,partant du sommet du second compartiment, peut alors traverser sensiblement verticalement la chambre interne sphérique du capteur et sortir du capteur à l'endroit où arrive le conduit d'entrée. Suivant une autre caractéristique du capteur sphérique objet de l'invention, celui-ci est associé à un réflecteur cons titubé par deux surfaces planes réfléchissantes, formant un certain angle obtus l'une par rapport à l'autre, l'une de ces surfaces étant disposée sensiblement horizontalement ,au-dessous du capteur, tandis que l'autre est inclinée et tournée vers le c8té le plus ensoleillé,c'eSt-à-dire située en regard du premier compartiment. De toute façon,l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence à l'unique figure du dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisatioi de ce capteur solaire sphérique, vue en coupe vertieale. Le capteur solaire représenté comprend trois sphères concentriques. La sphère extérieure 1 est formée par l'assemblage,suivant un plan de joint vertical, de deux demi-sphères 2 et 3 en matériau translucide,par exemple en une matière synthétique telle que méthacrylate de méthyle. La sphère intermédiaire 4 est séparée de la sphère extérieure 7 par un espace 5 rempli d'air. La sphere intérieure 6 délimite,avec la sphère intermédiaire 4, un espace de très faible épaisseur relative, par exemple une épaisseur de i u pour un capteur ayant un diamètre extérieur de l'ordre de 80 cm. Les sphères intermédiaire 4 et intérieure 6 sont en métal, tel qufacier,acier inoxydable ou aluminium L'espace de faible épaisseur situé entre ces deux sphères 4 et 6 est divisé en deux compartiments 7 et 8 par une sép a- tion verticale, située dans le meme plan que le joint entre les deux demi-sphères extérieures 2 et 3. Cette séparation en deux compartiments peut être réalisée,comme le montre le dessin, en formant chacune des sphères 4 et 6 au moyen de deux demisphères, munies de rebords tournés vers l'extérieur. Un conduit d'entrée 9, amenant vers le capteur le fluide à chauffer, pénètre à l'intérieur du capteur en passant, à la base de celui-ci, entre les différentes demi-sphères. Ce conduit d'entrée 9 débouche dans le premier compartiment 7, au point le plus bas. Le point le plus haut du premier compartiment 7 est relié au point le plus bas du compartiment 8 par un tube ?logé dans la chambre interne sphérique 11 du capteur1 délimitée par la sphère 6.Ce tube de raccordement 10, représenté comme étant sensiblement rectiligne et vertical, peut être aussi un serpentin. Le point le plus haut du second compartiment 8 constitue le point de départ d'un conduit de sortie 12, qui traverse verticalement la chambre interne il et sort du capteur à l'endroit où arrive le conduit d'entrée 9. Le capteur ainsi constitué est orienté de telle manière que le premier compartiment 7, situé en amont dans le circuit parcouru par le fluide à chauffer, soit orienté vers le Nord, de sorte que le second compartiment 8, situé plus en aval dans le circuit parcouru par le fluide à chauffer, se trouve orienté vers le Sud. A ce capteur est associé un réflecteur ç , constitué par deux surfaces planes réfléchiss-antes 14 et 15 qui forment un certain angle obtus l'une par rapport à l'autre. La surface réfléchissante 14 est disposée horizontalement, sur le sol, audessous du capteur. L'autre surface réfléchissante 15 est inclinée et tournée vers le Sud, c'est-à-dire située en regard du compartiment 7 ; son inclinaison est évenuellement réglable. Le fluide à chauffer, par exemple de l'eau, est amené par le conduit d'entrée 9 à la base du premier compartiment 7, puis s'élève dans ce compartiment en subissant un préchauffage. Le fluide préchauffé, récupéré dans le tube 10 au sommet du premier compartiment 2, est introduit à-la base du second compartiment 8, dans lequel il s'élève en subissant un chauffage définitif. Le conduit de sortie 12 recueille enfin le fluide chauffé au sommet du second compartiment 8, et le dirige vers un lieu d'utilisatqon ou de stockage. Les flèches du dessin illustrent bien cette circulation. Le capteur solaire sphérique précédemment décrit s'applique, de façon générale, à la production d'eau chaude à usage sanitaire ou industriel, au chauffage de tfitiments, et de façon geibe à toutes les conversions thermo-solaires à basse température. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation de ce capteur solaire sphérique qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes relevant du meme principe, étant entendu que es purgeurs automatiques sont placés dans la zone supérieure de l'appareil. -REVENDICATIONS- 1.- Capteur solaire du type sphérique,comprenant au moins deux sphères concentriques, la sphère extérieure étant translucide et la sphère intérieure étant absorbante vis-à-vis du rayonnement solaire, ainsi qu'un circuit apte à être parcouru par un fluide caloporteur,venant au contact de la sphère absorbante, caractérisé en ce qu'il comprend deux sphères intérieures qui délimitent, entre elles, un espace de faible épaisseur divisé en deux compartiments par une cloison sensiblement plane, ces deux compartiments étant reliés entre eux par un tube logé dans la chambre interne sphérique du capteur, l'un de ces compartiments étant aussi raccordé à un conduit d'entrée du fluide à chauffer, de manière à constituer un compartiment de préchauffage, tandis que l'autre compartiment est raccordé à un conduit de sortie,recueillant le fluide chauffé et l'évacuant à l'exté- rieur du capteur. 2.- Capteur solaire sphérique selon la revendication 1,carac- térisé en ce que la cloison de séparation des deux compartiments est située dans un plan sensiblement vertical, le conduit d'en trEe débouchant à la base du premier compartiment,le tube interne reliant le sommet du premier compartiment à la base du second compartiment,et le conduit de sortie partant du sommet du second compartiment. 3.- Capteur solaire sphérique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube interne,reliant le sommet du premier compertisent à la base du second compartiment, est sensiblement rectiligne. 4.- Capteur solaire sphérique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube interne,reliant le sommet du premier compartiment à la base du second compartiment, est un serpentin. 5.- Capteur solaire sphérique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ses différentes sphères sont réalisées par l'assemblage, suivant un plan de joint vertical, de deux demi-sphères, la cloison de séparation des deux compartiments étant constituée par des rebords de ces demi-sphères, et le conduit d'entrée pénétrant à l'intérieur du capteur en passant à la base de celui-ci, entre les différentes demi-sphères. 6.-Capteur sphérique selon la revendication 5,caractérisé en ce que le conduit de sortie, partant du sommet du second compartiment, traverse sensiblement verticalement la chambre interne sphérique du capteur et sort du capteur à l'endroit où arrive le conduit d'entrée. 7. Capteur sphérique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le second compartiment est orienté vers le côté le plus ensoleillé. 8.- Capteur sphérique selon la revendication 7,caractérisé en ce qu'il est associé à un réflecteur constitué par deux surfaces planes réfléchissantes, formant un certain angle obtus l'une par rapport à l'autre, l'une de ces surfaces étant disposée sensiblement horizontalement, au-dessous du capteur,tandis que l'autre est inclinée et tournée vers le côté le plus ensoleillé, c'est-à-dire située en regard du premier compartiment.