Brevet FR2462670A1 — publié le 19810213

L'invention concerne les dispositifs utilisant énergie solaire et se rapporte plus précisément à un collecteur d'énergie solaire du type plan. Les collecteurs d'énergie solaire du type plan sont utilisés essentiellement pour le réchauffage des liquides caloporteurs notamment de l'eau jusqu'à des températures voisines de 60 à 80 OC et sont largement employés dans les circuits d'alimentation en eau chaude des locaux industriels et des habitations. L'exécution des collecteurs d'énergie solaire du type plan est assez simple. Ils comportent un absorbeur de rayonnement du soleil monté dans un corps calorifugé dont 1'une des paroisest en une matiereoptiquement transparente. L'absorbeur de rayonnement solaire entre en contact avec le caloporteur et, en sséchauffant, lui transmet l'énergie di rayonnement solaire Entre la paroi en matiere optiquement transparente et l'absorbeur il y a un intervalle ou lame dtair. Les principaux impératifs imposés aux collecteurs de ce genre sont un coat modéré, la commodité en service, une fiabilité et une efficacité suffisamment élevées. L'efficacité d'un collecteur d'énergie solaire du type plan dépend dans une large mesuré de la réduction extrême des déperditions de.chaleur par convection, par transmission et par rayonnement. Voilà pourquoi on attache au calorifugeage du corps la plus grande attention : la partie opaque du corps est fabriquée en matière calorifuge, par exemple en polyuréthanne, alors que la paroi optiquement transparente est réalisée en règle générale en verre avec un intervalle d'air pour calorifugeage. Afin de réduire les pertes de chaleur par convection on pratique iréquemment des vitrages doubles, autrement dit on met en oeuvre pour le calorifugeage deux lames d'air.Au cours de l'exploitation dans un collecteur d'énergie solaire, sur la face intérieure de la couche de verre il y a périodiquement condensation de vapeur d'eau ce qui diminue ltefficacité du collecteur, suivant les évaluations, de 10 à 15 %. Il est possible d'éviter la condensation de l'humidité atmosphérique en utilisant un collecteur entièrement étanche. Toutefois un collecteur étanche est assez onéreux étant donné qu'il exige la mise en oeuvre de matériaux spéciaux et, en outre, ltétanchéité du collecteur entrain une complication additionnelle de son exécution car l'échauffement du collecteur entraîne une élévation de pression à l'intérieur du corps du collecteur qu'il importe d'égaliser avec la pression atmosphérique. I1 est plus judicieux de prévenir la formation de buée (éviter la condensation de I'humidité atmosphérique) sur la paroi optiquement transparente du corps par utilisation de matériaux absorbeurs d'humidité. On connaît déjà un collecteur d'énergie solaire du type plan comprenant un absorbeur de rayonnement solaire disposé dans un corps calorifugé avec une paroi en matière optiquement transparente et monté avec un intervalle relativement à ladite paroi ainsi qu'un conteneur d'une matière absorbant lthumidité qui peut etre régénérée par chauffage, au moyen duquel le volume compris entre l'absorbeur de rayonnement solaire et la paroi du corps en matière optiquement transparente communique avec l'atmosphère. Le conteneur de matière absorbant l'humidité est disposé à même l'absorbeur de rayonnement solaire dans le corps. L'absorbeur de rayonnement solaire réchauffe la matière absorbant l'humidité jus qu'a' une température qui garantit sa régénération.On sait en effet que le processus d'absorption de l'humidité par la ma tière absorbant l'humidité s'accompagne d'un dégagement sensible de chaleur ce qui dans les conditions d'un calorifugeage efficace conduit à un accroissement sensible de la température de régénération de la matière absorbant lthumidi- té. Par ailleurs la température de régénération est limitée par la température de service du collecteur c'est-à-dire par la température du caloporteur. En d'autres termes, dans un tel collecteur d'énergie solaire du type plan la-régéneration totale de la matière absorbant l'humidité est impossible et il faut changer périodiquement la matière absorbant l'humidité en démontant partiellement ou totalement le collecteur. Tout cela conduit à des frais d'exploitation additionnels. L'invention se propose donc de créer un collecteur d'énergie solaire du type plan avec une localisation telle du conteneur de matière absorbant l'humidité qu'elle permette de simplifier et d'accélérer les rechanges de matière absorbant l'humidité au cours de 11 utilisation du collecteur. Le problème ainsi posé est résolu par le fait que dans un collecteur d'énergie solaire du type plan comportant un absorbeur de rayonnement solaire localisé dans un corps calorifugé avec une paroi en matière optiquement trans parente et monté avec an intervalle relativement à ladite paroi et un conteneur de matière absorbant l'humidité qui se régénère par chauffage, au moyen duquel le volume entre l'absorbeur de rayonnement solaire et la paroi du corps en matière optiquement transparente communique avec l'atmosphères suivant l'invention, le conteneur de matière absorbant l'humidité est disposé en dehors du corps et se trouve adapté an chauffage jusqu'a une température garantissant la régénération de la matière absorbant l'humidité. Il est avantageux que le collecteur d'énergie solaire suivant l'invention comporte une enveloppe calorifugée dont au moins une partie est réalisée en matière optiquement transparente et dans lequel est disposé un conteneur de matière absorbant l'humidité, réchauffé par le rayonnement solaire qui traverse la partie optiquement transparente de l'enveloppe. Il est avantageux que dans le collecteur d'énergie solaire suivant l'invention au moins une partie du conteneur orientée vers la partie de l'enveloppe en matière optique ment transparente soit exécutée de manière à absorber le rayonnement solaire. I1 est également souhaitable que le collecteur d'énergie solaire, suivant l'invention, contienne un réflecteur de rayonnement solaire disposé à l'intérieur du corps. La localisation du conteneur de matière absorbant l'humidité en dehors du corps permet de simplifier sensiblement la maintenance prophylactique du collecteur d'énergie solaire et améliore les conditions de régénération de la matière absorbant l'humidité. Dans ce qui suit l'invention est illustrée par la description détaillée de modes d'exécution et par des dessins détaillés dans lesquels - la Fig. 1 représente une vue générale du collecteur d'énergie solaire du type plan (vue en coupe longitudinale) suivant l'invention - la Fig. 2 représente un mode d'exécution du conteneur de matière absorbant l'humidité muni d'un réflecteur (vue en coupe longitudinale) suivant l'invention - la Fig. 3 représente un système de collecteurs d' énergie solaire du type plan communiquant avec 1' atmosphè- re par un conteneur de matière absorbant l'humidité, qui est commun, suivant l'invention. Le collecteur I d'énergie solaire (figure I) du type plan comporte un absorbeur 2 de rayonnement solaire localisé dans un corps calorifugé 3. L'une des parois 4 du corps 3 est réalisée en une matière optiquement transparente, étant entendu par ailleurs que l'absorbeur 2 est monté avec un intervalle 5 par rapport à ladite paroi 4. Le collecteur I comporte également un conteneur 6 rempli de matière absorbant l'humidité 7 par l'intermédiaire de laquelle le volume 5 com- munique avec l'atmosphère. L'élément vital du collecteur I est l'absorbeur 2 de rayonnement solaire. L'absorbeur 2 est réalisé par un procédé connu de l'homme de l'art. Dans le cas les simple l'absorbeur est constitué par un boîtier métallique 8 notamment en cuivre à surface noircie orientée vers le rayonnement solaire indiqué par des flèches A sur la figure. La couche noircie est en oxyde de métal, notamment en oxyde de cobalt. Un tel agent d'absorption du rayonnement solaire absorbe intensément le rayonnement solaire dont la longueur d'onde va de 0,2 à 1,5 microns et dans la partie infrarouge du spectre- Le rayonnement dont la longueur d'onde va de 3 à 5 microns. A l'intérieur du boiter 8 il y a écoulement du caloporteur 9, notamment de 11 eau. Le. boitier 8 comporte une pipe d'arrivée et une pipe de départ 10 et ll respectivement, en vue d'une connexion avec un système d'alimentation en eau chaude (n'est pas représenté sur la figure). Le corps calorifugé 3 du collecteur I est réalisé en une matière calorifuge qui peut être du bois, une matière plastique, etc.. Comme matière optiquement transparente de la paroi 4 on utilise du verre. Dans le corps 3 est ménagé un orifice 12 par lequel l'intervalle 5 communique avec le conteneur 6. Le conteneur 6 est un cylindre métallique à paroi mince 13 notamment en cuivre, garni de matière absorbant l'humidité 7, par exemple de gel de silice. Sur les faces terminales du cylindre 13 sont pratiqués des orifices 14 et 15. Par l'orifice 14 l'enceinte du cylindre 13 communique avec l'orifice 12 du corps 3 tandis que par l'orifice 15 elle communique avec l'atmosphère. En d'autres termes l'enceinte 3 communique avec l'atmosphère par l'intermédiaire de la matière absorbant l'humidité 7.Le cylindre 13 est disposé dans l'enveloppe 16, qui est exécutée sous forme d'un tube de verre aux faces terminales duquel il y a des diaphragmes métalliques 17, 18 en acier à faible conductibilité calorifique. Dans les orifices 14 et 15 sont montées des toiles métalliques (non représentées sur la figure) qui empêchent les pertes de la matière absorbant l'humidité 70 Le conteneur 6, peut avoir n'importe quelle forme géométrique, par exemple cylindrique ou parallélépipédique. L'enveloppe 16 en règle générale a la même forme que le conteneur 6, c'est-à-dire dans la version décrite elle est cylindrique. Dans ce cas il est avantageux de réaliser toute la partie laterale de l'enveloppe 16 en matière optiquement transparente. La figure 2 représente un conteneur 6 ayant la forme d'un parallélépipède. Dans cette version seule la paroi 19 de l'enveloppe est exécutée en matiere optiquement transparente alors que la partie restante de l'enveloppe 20 est en acier. Pour élever la température d'échauffement de la matière absorbant l'humidité 7 à l'intérieur de l'envelop- pe 20 est prévu un réflecteur 21 de rayonnement solaire exécuté dans la version décrite sous forme d'un revêtement spéculaire formé sur la surface intérieure de l'enveloppe 20, en face de la paroi 19. I1 est possible également de réaliser le réflecteur 21 sous forme d'une tôle séparée en aluminium dont la surface aura été polie. I1 est avantageux de réaliser au moins une partie du conteneur 6 orientée vers la partie de l'enveloppe 20 en matière optiquement transparente, c'est-à-dire orientée vers la paroi 19 de manière qu'elle absorbe le rayonnement solaire par un procédé quelconque connu de 1'homme de l'art, notamment par noircissement de la surface du conteneur 6 ou en prévoyant des nervures sur cette surface. Dans un circuit d'alimentation en eau chaude comportant un groupe de collecteurs I (figure 3) d'énergie solaire du type plan, on peut utiliser un conteneur commun 6 rempli d'une matière absorbant l'eau 7. Dans ce cas les intervalles 5 (figure I) des collecteurs I sont réunis entre eux en série par une tuyauterie 22 (figure 3), les pipes 10 sont réunies à la tuyauterie 23 servant à l'adduction du caloporteur alors que les pipes II sont connectées à la tuyauterie 24 pour l'évacuation du caloporteur. Les avantages d'un circuit d'alimentation en eau chaude comportant un groupe de collecteurs d'énergie solaire avec un seul conteneur commun 6 qui sont liés à l'accélération et à la simplification des rechanges de la matière absorbant l'humidité 7 sont évidents. Le fonctionnement du collecteur d'énergie solaire du type plan se déroule de la manière suivante. Pendant la nuit l'air humide de l'atmosphère arrive dans l'enceinte du collecteur I (figure I), c'est-à-dire dans le volume 5 en traversant le conteneur 6 de matière absorbant l'humidité 7. Par ailleurs la matière absorbant l'humidité 7 dessèche l'air en absorbant son humidité. Pendarit la journée en présence de rayonnement solaire il y a dilatation de l'air à l'intérieur du collecteur I et échauffement de la matière absorbant lthu- midité 7 ce qui provoque la régénération de la matière absorbant l'humidité 7, l'humidité dégagée étant entratnée vers l'atmosphère. Dans ce cas la régénération de la matière absorbant l'humidité 7 intervient à la température de service du conteneur 6 qui dépasse la température de service de l'ab- sorbeur 2 de l'énergie solaire grâce à l'exécution du conteneur 6 sous forme d'un collecteur autonome d'énergie solaire exempt de contact avec le caloporteur 9. En outre dans le collecteur d'énergie solaire décrit la température de service est indépendante des conditions de régénération de la matière absorbant l'humidité 7, et de plus les rechanges de matière absorbante 7 du conteneur 6, n'exigent pas de démontage important du collecteur I. REVENDTCATI0NS 1 - Collecteur d'énergie solaire du type plan comportant un absorbeur de rayonnement solaire abrité dans un corps calorifugé avec une paroi en matière optiquement transparente et monté avec un intervalle par rapport à ladite paroi et un conteneur de matière absorbant l'humidité qui est régénérée par chauffage, au moyen de laquelle le volume compris entre l'absorbeur de rayonnement solaire et la paroi du corps en matière optiquement transparente communique avec l'atmosphère, caractérisé en ce que le conteneur (6) de matière absorbant l'humidité (7) est disposé en dehors du corps (3) et est adapté pour être réchauffé jusqu'a une température garantissant la régénération de la matière absorbant l'humidité. 2 - Collecteur d'énergie solaire suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe calorifugée (16) dont une partie au moins est en une matière optiquement transparente et dans laquelle est abrité un conteneur (6) de matière absorbant l'eau réchauffée par le rayonnement solaire traversant la partie optiquement transparente de ltenveloppe. 3 - Collecteur d'énergie solaire suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une partie du conteneur (6) orientée vers la partie. de l'enveloppe (16) en matière optiquement transparente est réalisée de manière à absorber le rayonnement solaire. 4 - Collecteur d'énergie solaire suivant l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte à l'intérieur de l'enveloppe (16) un réflecteur de rayonnement solaire (21).