Brevet FR2478802A1 — publié le 19810925

a présente invention concerne les capteurs solaires et accessoirement accoustiques par lesquels les rayons lumineux visibles sont absorbés en vue c'une utilisation thermique ou électrique. Yuans des dispositifs connus de ce genre, comme par exemple les capteurs plans (fig.30.) constitués d'un absorbeur plan 1., faisant également fonction 'échangeur, d'un isolant thermique 2. sur la face arrière et d'une paroi transparente 2., il apparaît clairement que l'angle de rémission directe suivant fig.30; est pratiquement de 1800. Il en résulte que, si ce type de capteur est acceptable pour des températures d'absorbeur très basses, son rendement diminue rapidement avec l'élévation de température.Par ailleurs, lte- légation de température accélère le mouvement de convection de l'air, mouvement proportionnel à la 5eme puissance de l'écart de température entre l'air et l'absorbeur, proportionnel à la surface de contact entre l'air et l'absor beur et inversement proportionnel à la résistance du circuit air (fig.31.). Le capteur plan classique constitue malheureusement un excellent échangeur par corvection avec l'air ambiant extérieur. n autre dispositif de ce genre est constitué par un capteur à concentration avec miroir reflecteur (fig.37.) oû la lumière visible est concentrée sur '.acsorbeur axial mais où la réemission parcourt sensiblement le même trajet sans nterposition d'aucun obstacle. Pour obtenir des températures élevées, ce type ce capteur nécessite une grande concentration. Son rendement ne peut être que faible. 'invention concerne un ensemble d'éléments de capteurs;solaires et accoustiques composés d'une structure réceptrice et de différents absorbeurs et réflecteurs adaptables à la structure réceptrice ou à d'autres structures. La structure receptrice, les absorbeurs et les réflecteurs peuvent être du type cellulaire (fig.16.) ou lamellaires à ailettes parallèles- fig.17. Les différents é ements sont susceptibles d'avoir toutes les formes géométriques possibles conservant les caracteristiques genérales décrites ci-après. Sauf spe dification contraire, les capteurs énumérés sont supposés sans couverture transparente (vitrage) et sans revêtement sélectif pour l'absorbeur.Sauf specifica tio contraire, les sections transversales à l'axe des cellules proposées sont circulaires. e premier élément de l'invention concerne la structure réceptrice (fig.1.) qui ì se compose - cour; convergent 1., à paroi intérieure réfléchissante, formant réflecteur ; - d'un oivergent 2., à paroi interieure réfléchissante (ou éventuellement absor tante) formant récupérateur - c un absorbeur quelconque 3. La figure 2. visualise le trajet des rayons lumineux dont une partie abou tit directement sur l'absorbeur, l'autre indirectement après reflection sur le divergent récupérateur2. ta figure 3. indique que l'angle de réémission est faible (à comparer avec celui du capteur plan -fig.30-) du fait de l'étranglement au niveau de la jonction convergent-divergent. Les fig. 4. et 6. visualisent les trajets de deux rayons partant de l'absorbeur suivant des angles différents. Le divergent-récupèrateur ramène ces rayons vers l'absorbeur. Un rayonnement emis depuis le divergent (fig.5.) se dirige sers l'absorbeur suivant la loi de LAMBERT. Les fig. 7. et 8., 9. et 10., 11. et 12. constituent une étude comparative entre la structure convergent-divergent selon l'invention et la structure connue dite à "nids d'abeilles". Elles démontrent clairement les avantages de la première structure par rapport a la deuxième. Un complément indispensable à la structure convergent-divergent est cons titube par l'absorbeur convergent, concave (fig.13), convexe (fig.14) ou en Gents de scie (fig.15.) dont l'avantage, par rapport à l'absorbeur plan, est de raccourcir les trajets des rayons réémis et de concentrer encore davantage l'er.ercie captée au niveau de l'absorbeur. ne première variante d'absorbeur-reflecteur est présentée sous la forme ctun absorbeur axial avec réflecteur à la partie supérieure suivant figures 23. 24., 25. et 26. Il apporte une sensible amélioration, par exemple au capteur à "nids d'abeilles" (fig.23. et 24. et fig. comparatives 10. et 12.). 2 absorbeur axial avec réflecteur peut être utilisé en accoustique et er. parallèle avec un absorbeur convergent thermique (fig. 25 et 26). Selon une deuxième variante, il est possible d'adapter un réflecteur a structure décalée (concentrique, lamellaire ou autre) à la plupart des absor eurs. Les lamelles ou ailettes du réflecteur 1. (fig.28.) sont décalées en nauteur l'une par rapport à l'autre et renvoient les rayons émis par l'absor 5eur sur les parois latérales du capteur (divergent-récuperateur dans le cas ces fic.29.). La fig 28. montre nettement que l'angle de réémission directe est lir.té à la fois par l'écartement des ailettes ou lamelles et par l'etran- glement situé au niveau de la jonction, entre convergent et divergent. Selon une troisième variante, il esttpossible d'augmenter le rendement atun capteur en le complétant par un réflecteur "piège à rayonsH qui a pour principale caracteristique d'elimiCer complètement toute rémission directe (fig. 33). Il se compose essentiellement d'un té à branche principale et bran che latérale courbée débouchant sur la branche principale. Les rayons lumineux visitles arrivent dans la branche latérale en A., sont réfléchis et se dirigent vers l'absorbeur en C. La réémission indirecte depuis l'absorbeur en -C. est dirigée vers un deuxième absorbeur placé en B. L'ensemble des inventions décrites ci-devant dérivent toutes du même principe a savoir : réduire au minimum les réémissions directes et indirectes en utilisant astucieusement les lois de réfection et d'émission. Les différentes solutions presentées ne sont, l'une par rapport à l'autre, qu Lune variante du rremeprincipe avec l'avantage suivant : chaque invention peut être indépendante l'une de l'autre, s'adapter à des dispositifs connus, s'assembler en série et en parallèle (absorbeur thermique et accoustique) Un exemple d'assemblage est donné par la figure 34 comportant - le convergent 1. - les divergents 2. - les absorbeurs convergents convexes 3. - les réflecteurs a structure décalée 4. les réflecteurs "pièges à rayons" 5. - les echangeurs a. et b. une solution simplifiée est representée par la figure 35. Une application intéressante de l'invention de la cellule de base convergent-reflecteur9 divergent-récupErateur et absorbeur convergent concerne le capteur plan (fig.32.). La cellule de base, cellulaire ou lamellaire superpose a l'absorbeur plan réduit très sensiblement l'angle de réémission directe et diminue, d'une façon importante, le mouvement de convection de l'air (basse température de la structure cellulaire ou lamellaire, surface de contact ramené a celle des arêtes vives, résistance accrue du circuit d'air du fait des arêts vives successives de la structure. Application possible par simple rem-. placement de l'absorbeur, du capteur à concentration et miroir parabolique par une cellule de base convergent-réflecteur, divergent-récupérateur et absorbeur axial avec réflecteur (fig.38. et 39. ainsi que figure comparative 37.). L'application la plus intéressante consiste dans la confection de matelas souples, semi-rigides ou rigides par une juxtaposition de cellules de base convergent, divergent et absorbeur-convergent wus forme cellulaire (fig.16.) ou lamellaire (fig.17.). Ce type de capteur constituant également un isolant thersiique, posé à même le sol, avec absorbeurs percés à la partie inferieure (libre écoulement des eaux) permet de réchauffer le sol et trouve son appli cation - dans l'horticulture (fig.18.) - accélération de la tltmifitRfau printemps et protection contre les effets du gel ; - pour le recouvrement des capteurs de sol utilisés dans le chauffage central par pompe a chaleur (fig. 18.) ; ; - a la fois comme élément de façade, fond de coffrage et capteur solaire dans la construction d'immeubles (fig:20. 21. et 22.) ; - la fois comme paroi absorbante de bruits en bordure des autoroutes et pour le préchauffage de l'eau chaude sanitaire (ou le chauffage) des immeubles (fisc. 26). Enfin, un ensemble de cellules suivant figure 34. permet de réaliser une cnaudiére solaire compacte. REVENDICATIONS . Structure réceptrice de capteur solaire ou accoustique, cellulaire ou lagielidire, a parois intérieures réfléchissantes, caractérisée par un élément Xonvergent-reflecteur du côté des rayons solaires lumineux visibles indicents (Ou ondes sonores), un élément divergent-récupérateur placé à la suite de l'élémenent convergent, ainsi que d'un absorbeur. L'ensemble de forme géométrique quelconque (fig. 1.). 2. Structure selon revendication 1. caractérisée par le remplacement de l'acsorbeur quelconque par un absorbeur convergent-convexe, concave ou en "sentis de scie", a parois intérieures absorbantes (fig.13. 14. et 15.). 3. Absorbeur axial, ligne ou plan axial, thermique ou accoustique, carac prise par un absorbeur axial surmonté d'un réflecteur (fig.23. 24. 25. et 25.). 4. Réflecteur a structure décalée, constitue par une structure selon la revencication 1. ou par des ailettes à surfaces réfléchissantes, caractérisé par le fait que chaque structure ou ailette se trouve décalée par rapport à 1 afi , vers l'extérieur ou l'intérieur du capteur (fig.27. 28 et 29.). keflecteur "piège à rayons" constitue d'un té à 2 branches à parois refléchissantes, une branche principale et une branche latérale courbe aboutissant dans la branche principale, de section géométrique indifférente et caracterisé par le fait que la lumiere incidente visible pénètre par la branche latérale et que toute réémission directe vers l'extérieur est impos sigle depuis les deux côtés de a branche principale. c. Chaudière solaire constituée d'éléments selon les revendications 1., 2., 4., et 5., caractérisé par l'assemblage d'un certain nombre de capteurs constitues suivant les revendications 1., 2., 3., 4. et 5. à ensoleillement cirect et indirect par l'intermédiaire de réflecteurs, l'ensembl-e formant un assemblage rigide et monobloc, articulé et dirigé vers le soleil.