Brevet FR2478283A1 — publié le 19810918

Capteur solaire notamment pour toiture L'invention concerne un capteur solaire notamment pour toiture. On sait qu'un tel capteur peut être disposé par exemple sur une toiture inclinée vers le sud, et permet de faire échauffer un fluide caloporteur par le rayonnement solaire. Ce fluide est ensuite utilisé de manière immédiate ou différée, pour chauffer des locaux d'habitation ou de bureaux, ou pour fournir de l'eau chaude aux installations sanitaires de tels locaux. Un tel capteur présente la forme d'un panneau épais dont la face supérieure est exposée au soleil, la direction longitudinale du panneau étant généralement disposée-selon une ligne de plus grande pente et sa largeur étant horizontale. Dans le cas ou le fluide caloporteur est gazeux, c'est-à-dire en pratique constitué par de l'air, le panneau comporte, à partir de sa face supérieure, - une vitre laissant passer le rayonnement solaire, - une lame de gaz stagnant constituant un isolant thermique, - une première paroi s'échauffant sous l'action du rayonnement solaire, - une veine de fluide caloporteur circulant et s'échauffant au contact de la face inférieure de cette première paroi, - et une deuxième paroi limitant ltépaisseur de la veine de fluide caloporteur. Dans un capteur connu la première paroi est constituée soit par une tôle métallique dont la face supérieure est noircie par un revêtement absorbant aoit par une plaque de matière plastique opaque. La deuxième paroi est métallique et munie, sur sa face inérieure, d'une couche thermiquement isolante. Ce capteur connu est décrit par exemple commercialisé par le Société américaine Solaron. Ce capteur connu présente l'inconvénient que, ladite première paroi étant fortement échauffée par le soleil, une quantité importante de chaleur stéehappe vers 1 'atmosphère extérieure par conduction, convection, et rayonnement à travers la lame d'air stagnant. Les pertes par rayonnement peuvent entre diminuées en choisissant un revetement absorbant ayant un coefficient spectral d'absortion et d'émission relativement faible dans les zones spectrales xnZrarouges correspondant à sa température effective. Un tel choix reste cependant d'une efficacité limitée et d'une mise en oeuvre difficile. La présente invention a pour but la réalisation d'un capteur solaire notamment pour toiture permettant d'obtenir d' une manière simple un abaissement important des pertes de chaleur vers l'atmosphère extérieure. Elle a pour objet un capteur solaire notamment pour toiture, ce capteur étant formé d'au moins un panneau épais dont une face supérieure est destinée à être exposée au soleil, et qui comporte à partir de cette face supérieure, - une vitre laissant passer le rayonnement solaire, - une lame d'air stagnant constituant un isolant thermique, - une première paroi s'échauffant sous l'action du rayonnement solaire, - une veine de fluide caloporteur circulant et s' échauffant au contact de la face inférieure de cette première paroi, - et une deuxième paroi limitant l'épaisseur de la veine de fluide caloporteur, caractérisé par le fait que ladite première paroi est constituée d'un matériau semi-absorbant de manière à absorber seulement une fraction minoritaire de l'énergie solaire qui lui parvient et à transmettre une fraction majoritaire de cette énergie, - ladite deuxième paroi étant une paroi absorbante propre à absorber sensiblement la totalité de l'énergie solaire qui lui parvient. L'invention s'applique plus particulièrement au cas ou ce fluide caloporteur est un gaz, c'est-à-dire le plus souvent l'air tiré de l'atmosphère. A l'aide de la figure schématique unique ci-jointe, on va décrire ci-après à titre non limitatif, un mode de mise en oeuvre de l'invention. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. La figure représente une vue en coupe transversale partielle d'un mode de réalisation d'un capteur selon l'invention. Le capteur selon ce mode de réalisation est disposé sur une toiture inclinée orientée au sud et il est constitué par la juxtaposition de panneaux plans, épais, coplanaires, rectangulaires, et de mêmes dimensions. La longueur de ces panneaux épais est disposée selon la ligne de plus grande pente de la toiture, et leur largeur est horizontale. Ces panneaux se rejoignent par leurs bords latéraux, c'est-à-dire que leurs largeurs s'additionnent. Le plan de coupe de la figure est transversal c'est-à-dire parallèle à la largeur des panneaux. Chaque panneau comporte les éléments suivants à partir de sa face supérieure exposée au soleil - une vitre 2 laissant passer le rayonnement solaire, - une lame 4 d'air stagnant constituant un isolant thermique, - une première paroi 6 s'échauffant sous l'action du rayonnement solaire, - une veine 8 d'air circulant et s'échauffant au contact de la face inférieure de cette première paroi 6, - et une deuxième paroi 10 limitant l'épaisseur de la couche 8 de fluide caloporteur. Selon l'invention la première paroi 6 est constituée d'un matériau semi-absorbant de manière à absorber seulement une fraction minoritaire de l'énergie solaire qui lui parvient et à transmettre une fraction majoritaire de cette énergie, et la deuxième paroi 10 est une paroi absorbante propre à absorber sensiblement la totalité de l'énergie solaire qui lui parvient. De préférence la première paroi et une paroi semi absorbante 6 qui absorbe une fraction comprise entre 10% et 50% de l'énergie solaire qui lui parvient. Une couche thermiquement isolante 20 est disposée sous la paroi absorbante 10 pour éviter le refroidissement de celle-ci. Le capteur selon l'invention peut avantageusement constituer une partie d'une toiture étanche à l'eau. Pour cela les parois semiabsorbantes 6 sont constituées par des plaques autoporteuses coplanaires présentant chacune une longueur et une largeur, chaque plaque 11 comportant, sur ses deux bords latéraux droit et gauche deux nervures latérales. La forme des nervures complémentaires des plaques voisines est choisie, comme bien connu, pour assurer par recouvrement l'étanchéité à l'eau de la couverture constituée par l'assemblage de ces plaques. L'eau arrivant sur ces nervures peut alors couler sur la partie centrale plane des plaques. C'est pourquoi ces plaques sont choisies de manière à résister à l'eau. Les vitres telles que 2 sont posées sur les nervures par l'intermédiaire de bandes souples 26, à l'aide de vis et d'étriers non représentés assurant en même temps la fixation des plaques telles que 11 et 16 sur des poutrelles non représentées. La pose des vitres 2 peut être réalisée d'une manière simple car elle ne doit pas nécessairement assurer une étanchéité parfaite à l'eau. De préférence la paroi absorbante 10 comporte des ailettes longitudinales 22 formant saillie vers le haut pour augmenter l'aire d'échange thermique avec la veine d'air circulant 8 et pour délimiter des canaux longitudinaux 24 dans cette couche. La présente invention permet d'obtenir une température relativement faible de la première paroi 6, et par conséquent de diminuer les pertes notamment par convection et rayonnement infrarouge à travers la lame d'air stagnant 4. Ces pertes se traduisant par un échauffement de la vitre 2 qui transmet la chaleur à l'atmosphère. Quant au rayonnement infrarouge provenant de la paroi absorbante 10, il est en grande partie arrêté par la première paroi 6. Cette absorption de rayonnement infrarouge et celle de lumière solaire visible provoquent un certain échauffement de cette première paroi 6 et augmentent ainsi la surface chaude au contact de l'air circulant dans la couche 8, ce qui favorise le transfert de chaleur à cet air. Dans le meilleur mode de réalisation qu'ils ont étudié les inventeurs ont adopté les choix suivants - vitre 2 - épaisseur : 5mm .................................... composition : verre blanc ........................... - lame d'air stagnant 4 - épaisseur ... 3 cm .......................... - paroi semi-absorbante 6 - composition de base : polyester armé de fibre de verre. - nature de la charge absorbante : noir de carbone - épaisseur îmm - veine d'air circulant 8 - épaisseur ........ 20 mm ................. La paroi semi-absorbante 6 est avantageusement revêtue, sur sa face supérieure, d'une couche d'un matériau transparent au rayonnement visible, et résistant à l'eau, par exemple le film vendu sous le nom de Tedlar par la firme Dupont de Nemours. Il convient, pour conserver les avantages de l'invention, d'assurer un bon refroidissement de la paroi 6 par l'air de la veine 8 circulant sous sa face inférieure, c'est-à-dire en pratique de donner à cet air une vitesse de circulation suffisamment élevée, de l'ordre de 1 mètre par seconde. REVENDICATIONS 1/ Capteur solaire notamment pour toiture, ce capteur étant formé d'au moins un panneau épais dont une face supérieure est destinée à être exposée au soleil, et qui comporte à partir de cette face supérieure, - une vitre (2) laissant passer le rayonnement solaire, - une lame (4) d'air stagnant constituant un isolant thermique, - une première paroi (6) s'échauffant sous l'action du rayonnement solaire, - une veine (8) de fluide caloporteur circulant et s'échauffant au contact de la face inférieure de cette première paroi (6), - et une deuxième paroi (10) limitant l'épaisseur de la veine (8) de fluide caloporteur, caractérisé par le fait que ladite première paroi (6) est constituée d'un matériau semi-absorbant de manière à absorber seulement une fraction minoritaire de l'énergie solaire qui lui parvient et à transmettre une fraction majoritaire de cette énergie, - ladite deuxième paroi (10) étant une paroi absorbante propre à absorber sensiblement la totalité de l'énergie solaire qui lui parvient. 2/ Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite première paroi absorbe une fraction comprise entre 10% et 50% de l'énergie solaire qui lui parvient, - ledit fluide caloporteur (8) étant gazeux. 3/ Capteur selon la revendication 2, comportant plusieurs dits panneaux épais et caractérisé par le fait que lesdites parois semi-absorbantes (6) de ces panneaux épais sont constituées par des plaques autoporteuses présentant chacune une longueur et une largeur, chaque plaque (11) comportant, sur ses deux bords latéraux droit et gauche deux nervures latérales longitudinales droite (12) et gauche (14) formant saillie vers le haut et constituée par un pliage de la plaque, la nervure droite (12) d'une plaque (11) coopérant avec la nervure gauche (15) de la plaque voisine (16) situé à droite pour réaliser une étanchéité à l'eau, - ladite vitre (2) s'appuyant sur ces nervures latérales, de manière à permettre de poser la vitre sans réaliser une étanchéité à l'eau. 4/ Capteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comporte une couche thermiquement isolante (20) sous la paroi absorbante (10). 5/ Capteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite paroi absorbante (10) comporte des ailettes longitudinales (22) formant saillie vers le haut pour augmenter l'aire d'échange thermique avec la veine de fluide circulant (8) et pour délimiter des eanaux longitudinaux (24) dans cette couche.