Brevet FR2463370A1 — publié le 19810220

L'invention concerne les capteurs solaires à circulation de fluide caloporteur réalisés à partir de panneaux préfabriqués. Les panneaux solaires thermiques à fluide caloporteur sont constitués habituellement par un bac rectangulaire de peu de profondeur refermé à sa partie supérieure par un vitrage et contenant à distance du vitrage une paroi absorbant les rayonnements solaires, en dessous de celle-ci une grille en tube métallique contenant le fluide caloporteur et constituant l'échangeur, et entre celle-ci-et le fond du bac un calorifuge. Ce panneau, ou généralement un certain nombre de tels panneaux n'ont donc qu'à être fixés sur la toiture dans une orientation convenable et raccordés hydrauliquement entre eux et avec l'installation d'utilisation, notamment le ballon d'eau chaude habituel. Pour réaliser cette fixation et cette orientation on utilise de supports de tous types munis de réglages ou d'articulations permettant d'obtenir l'orientation exacte désirée, mais qui sont onéreux et inesthétiques. D'autre part, le raccordement hydraulique se fait à la demande avec les moyens habituels de la plomberie et nécessite notamment une traversée étanche de la toiture. Pour éviter ces inconvénients il est connu d'utiliser un cadre de support et de raccordement étanche avec la toiture de l'ensemble du capteur, ce cadre comportant une partie sensiblement plane disposée sur la toiture à la place des éléments de couverture qu'elle remplace et se raccordant de manière étanche avec eux, et une paroi rectangulaire perpendiculaire à ce plan permettant l'introduction d'un des bacs constituant le panneau capteur, lequel comporte un rebord à recouvrement venant s'appuyer sur et recouvrir le bord de ladite paroi rectangulaire afin d'assurer le support et l'étanchéité du bac sur le cadre. Dans ce cas les raccordements hydrauliques passent directement à l'intérieur de la toiture sans nécessiter de traversée étanche.Ce dernier dispositif est donc plus esthétique et plus facile à installer, surtout pour une construction neuve, mais il présente l'inconvénient de donner nécessairement au capteur une orientation identique à celle de la toiture, qui n'est pas forcément idéale. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif de capteur solaire du type précédent mais qui permette une certaine adaptation de l'inclinaison ou de l'orientation du panneau capteur, et également un panneau capteur qui facilite les raccordements hydrauliques. L'invention consiste à réaliser un cadre de support et de raccordement du type précédent mais dans lequel la face de raccordement entre le panneau et le cadre et la face de raccordement entre le cadre et la couverture forment entre elles un angle dièdre, de préférence égal à 170 30'. D'autre part, le bac constituant le capteur comporte dans un au moins de ses angles une petite face inclinée à environ 450 vers le bas et située en retrait par rapport à l'enveloppe parallélépipédique du bac, les embouts de raccordement hydrauliques venant chacun se fixer dans le bac perpendiculairement à cette face ou à une autre semblable. D'autre part le procédé d'utilisation pour réaliser une installation de capteurs solaires sur une toiture consiste à choisir, selon la pente et l'orientation de la toiture par rapport au nord, ainsi que de la latitude à laquelle elle se trouve, la position à donner aux cadres selon l'invention parmi quatre positions possibles, l'une avec l'arête du dièdre vers le bas, l'autre avec l'arête du dièdre vers le haut, et enfin les deux autres avec l'arête du dièdre selon la ligne de plus grande pente d'un côté ou de l'autre. Selon la position choisie, celui des quatre bords du cadre qui se trouve en position inférieure est équipé avec une bavette flexible, de préférence une feuille de plomb pour venir recouvrir les éléments correspondants de couverture, tandis que sur les trois autres bords ce sont ces éléments de couverture qui passent par dessus les bords. Enfin, les panneaux selon l'invention sont posés sur ces cadres et raccordés hydrauliquement à l'aide de tuyaux flexibles ou de coudes s'infléchissant d'environ 450, soit vers le plan de la toiture pour raccorder deux panneaux entre eux, soit vers l'intérieur de la toiture pour se raccorder sur l'installation d'utilisation. D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel la fig. 1 est une vue en perspective d'un cadre d'un type double; la fig. 2 est une coupe verticale à grande échelle d'une partie d'un panneau capteur; la fig. 3 est une vue en perspective d'un angle de raccordement de ce panneau capteur; les fig. 4, 5 et 6 représentent en élévation trois positions d'utilisation possibles des-cadres et panneaux selon l'invention. On voit sur la fig. 2 que le panneau capteur selon l'invention est constitué-d'une manière habituelle par un bac par exemple en tôle 1 de forme parallélépipédique de faible profondeur refermé par un vitrage 2 à sa partie supérieure et contenant une surface absorbante 3, par exemple en métal noirci pour absorber les rayons solaires, ainsi qu'un faisceau de tubes 4 raccordés sur des collecteurs d'extrémité 5 pour constituer une sorte de grille formant échangeur thermique et contenant le fluide caloporteur, habituellement de l'eau. Enfin, un calorifuge 6 est disposé entre cette grille et le fond du bac 1. D'autre part, ce bac est encadré a son bord supérieur par un profilé 7 à recouvre- ment dont le rebord vertical 8 vient recouvrir la paroi 9 du cadre de support et de raccordement étanche avec la toiture. Cette paroi 9 épouse les quatre faces latérales d'un prisme rectangulaire. Conformément à l'invention, le cadre représenté sur la fig. 1 affecte en élévation une forme trapézoidale, c'e-st-à- dire que la face plane constituée par les quatre bords supérieurs 10 des parois 9 sur lesquels vient s'appuyer l'encadrement 7, forme avec le plan inférieur des quatre bords 11, 12, 13 et 14 destinés à s'appliquer sur le plan de la toiture, un angle défini qui est utilisable de diverses manières comme on le verra par la suite. Compte tenu des pentes habituelles des toitures en fonction des latitudes et des matériaux de couverture, il a été trouvé que la valeur optimum pour cet angle est de 170 30'. Dans l'exemple représenté sur la fig. 1 on a réalisé un cadre double formé par la juxtaposition de deux cadres inclinés du type décrit accolés par leur bord intermédiaire. I1 est naturellement possible à volonté de réaliser des cadres simples ou des cadres multiples comportant plus de deux éléments. Dans ce dernier cas on peut d'une manière connue constituer ces cadres multiples par une construction modulaire à l'aide de demi-cadres d'extrémités et d'éléments intermédiaires s'assemblant entre eux en nombre voulu. Par ailleurs, on voit sur les fig. 2 et 3 que le bac comporte dans au moins un de ses angles une petite face 15 inclinée de préférence à 45 vers le bas et située à distance de l'enveloppe parallélépipédique constituée par les faces latérales 16 et-le fond 17 du bac. Pour la réalisation d'une installation de capteur solaire sur une toiture déterminée, on remarque tout d'abord que dans les régions méridionales, où le soleil est haut au zénith, les toits sont faiblement pentus, alors que dans les régions nordiques où le soleil est plus bas au zénith les toits sont généralement assez pentus. Cependant, on remarque que la variation de pente des toits varie beaucoup plus que la variation de latitude. Pour cette raison dans les régions méridionales, comme illustré par la fig. 4, on pourra compenser la faible pente du toit en plaçant le cadre selon l'invention dans la position représentée, c'est-à-dire avec l'angle dièdre en position inférieure. Au contraire dans les régions nordiques, comme illustré par la fig. 5, on aura intérêt à compenser l'excès de pente du toit en plaçant le cadre dans la disposition inverse, c'est-à-dire avec son angle dièdre à la partie supérieure. Enfin, pour certains toits de pente moyenne à une latitude moyenne il se peut que la pente du toit corresponde à peu près à l'optimum désiré mais qu'on ait intérêt à corriger l'orientation de ce toit par rapport au sud en plaçant le cadre selon l'invention dans la position illustrée par la fig. 6, c'est-à-dire avec l'arête du dièdre selon la ligne de pente du toit du côté le plus au sud, soit de la manière illustrée sur la fig. 6, soit dans la position symétrique non représentée. Pour assurer le raccordement étanche des quatre bords du cadre avec la couverture on réalise d'une manière habituelle un recouvrement de ces bords par les éléments de couverture, sauf pour le bord inférieur qui lui doit passer par dessus les éléments de couverture. Ceci est obtenu habituellement par une forme spéciale de ce bord lorsque l'on sait d'avance quel est le bord qui va se trouver en position inférieure, comme c'est le cas avec les cadres habituels. Au contraire, dans le cas de l'invention ce sont les quatre bords 11, 12, 13 et 14 qui tour à tour se trouvent en position inférieure selon les position d'utilisation. Celui de ces bords qui est en position inférieure, c'est-àdire le bord 11 dans le cas de la fig. 4, le bord 13 dans le cas de la fig. 5 et le bord 12 dans le cas de la fig. 6, ou encore 14 pour la position symétrique, est alors muni d'une bavette flexible constituée de préférence par une bande de feuille de plomb 21 qui est fixée de préférence sous le bord considéré par tous moyens appropriés et qui passe par dessus les éléments de couverture. Les panneaux capteurs préfabriqués du type décrit sont alors simplement posés en place par emboîtement sur ces cadres et on procède ensuite au raccordement hydraulique. Pour celui-ci on utilise des tube flexible 18 ou des coudes qui partent chacun d'un raccordement 19 perpendiculaire à ladite face 15 et n'ont par conséquent à s'infléchir que de 45O pour se trouver à la perpendiculaire au plan de la couverture ou à la verticale afin de raccorder le panneau avec l'installation d'utilisation. Lorsque deux panneaux voisins ont a être raccordés entre eux on peut passer par ce procédé par l'intérieur de la toiture lorsque ces panneaux appartiennent à des cadres distincts.Par contre,.dans le cas de cadres jumelés comme représentés sur la fig. 1 il est plus simple et plus économique de passer directement d'un panneau à l'autre en infléchissant le tube égarement à 45 mais dans l'autre direction comme représenté en 18a pour arriver dans la direction parallèle au plan de la toiture afin d'accéder par une connexion courte au panneau suivant non représenté. Ce passage peut se faire à travers un manchon désigné par 20 sur la fig. 1 et raccordant entre eux deux orifices se faisant face dans les deux parois médianes parallèles 9a et situées indifféremment en position supérieure ou inférieure selon les besoins. Outre le raccourcissement des connexions, on voit que ce dispositif permet un gain de place appréciable par le jumelage de deux panneaux qui peuvent être très rapprochés. On voit ainsi que l'invention permet avec un type unique de panneaux capteurs, et un type unique de cadres ou en petit nombre, simples ou jumelés, de réaliser des installations de captage solaire dans des conditions optimum à frais réduit et en sauvegardant l'esthétique. Bien entendu dans le cas de toiture dont la pente et l'orientation seraient à la fois optimum il demeure possible d'utiliser un cadre classique à faces parallèles. REVENDICATIONS 1. Capteur solaire de toiture du type comportant d'une part des panneaux capteurs formés chacun par un bac parallé lépipédique de faible profondeur fermé à sa partie supérieure par un vitrage et contenant une surface absorbante avec en dessous un échangeur tubulaire et un calorifuge, avec sur ses quatre bords supérieurs un profilé à recouvrement, et d'autre part des cadres de support et de raccordement de ces panneaux capteurs avec la couverture du.toit, comprenant quatre parois épousant les quatre faces latérales d'un prisme enveloppant ledit bac et se terminant sous les bords des profilés à recouvrement, et quatre bords inférieur situés dans le même plan pour se raccorder avec la toiture, caractérisé par le fait que chacun de ces cadres est réalisé de manière que le plan des bords supérieurs desdites parois et le plan desdits bords inférieurs fassent entre eux un angle dièdre défini. 2. Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit angle dièdre est compris entre 15 et 200 et de préférence égal à 170 30'. 3. Capteur solaire selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que certains des cadres comportent au moins deux ensembles desdites parois latérales pour recevoir autant de panneaux capteurs, les parois médianes parallèles étant traversées par un manchon tubulaire de raccordement. 4. Capteur solaire selon lrune quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le panneau capteur comporte dans un au moins de ses angles une petite face inclinée environ à 450 vers le bas et située en retrait par rapport à l'enveloppe parallélépipédique du bac, les embouts de raccordement hydrauliques de l'échangeur tubulaire se raccordant perpendiculairement à cette petite face. 5. Procédé de réalisation d'une installation de captage solaire sur toiture à l'aide des capteurs solaires selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'en fonction de la latitude du lieu, de la pente et de l'orientation du toit, on sélectionne pour les cadres simples ou multiples une des quatre positions pour lesquelles un de quatre bords plans est en position inférieure, on fixe sous ce bord une bavette flexible constituée par une feuille de plomb ou similaire, on place chacun de ces cadres à l'emplacement prévu sur la toiture à la place des éléments de couverture correspondants, on fait passer ladite bavette par dessus les éléments de couverture situés sous le bord inférieur, tandis que les éléments de couverture adjacents aux trois autres bords passent par dessus ces bords, enfin on procède au raccordement hydraulique. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit raccordement hydraulique est réalisé à l'aide de tuyaux flexibles ou de coudes s'infléchissant chacun depuis ledit raccord perpendiculaire à ladite petite face inclinée d'environ 45 vers le bas pour se diriger vers l'espace sous toiture, ou d'environ 45 vers la perpendiculaire à l'une des parois du cadre correspondant afin de passer à travers ledit manchon tubulaire de raccordement s'il y a lieu.