Brevet FR2476813A1 — publié le 19810828

Capteur solaire à panneau autoporteur formant couverture étanche d'un bâtiment La présente invention concerne un capteur solaire à panneau autoporteur formant couverture étanche. On connaît des capteurs d'énergie solaire destinés à faire échauffer par le rayonnement solaire un fluide caloporteur qui permet ensuite, de manière immédiate ou différée, de chauffer des locaux d'habitation ou de l'eau utilisée dans les appareils sanitaires de tels locaux. Le capteur a généralement la forme d'un panneau, et le fluide caloporteur utilisé est l'eau. Il est également connu, notamment par la demande de brevet français nO 2 404 816, de fabriquer de tels capteurs à partir de bardages thermiquement isolants qui sont fabriqués industriellement par ailleurs pour constituer à bas prix des couvertures étanches à l'eau sur les toits inclinés ou les murs de locaux divers. De tels bardages sont généralement constitués par une couche de mousse rigide isolante formée entre deux tôles et comportant des nervures longitudinales destinées à être disposées dans le sens de plus grande pente. Ces nervures rigidifient le bardage de manière à le rendre autoporteur, c'est-à-dire qu'il peut être fixé, sans risque de déformation sur des poutrelles disposées à écartement normal, par exemple 3 ou 4 m, perpendiculairement aux nervures. Outre leur bas prix de revient, de tels bardages présentent l'avantage de permettre de constituer facilement des couvertures étanches à l'eau de pluie, ceci grâce à un recouvrement convenable des tôles pliées disposées sur les nervures longitudinales à la jonction entre deux panneaux contigus. Pour réaliser un capteur solaire à partir d'un tel bardage il faut disposer, au-dessus de la surface absorbant le rayonnement (tôle noircie par exemple), une surface vitrée qui peut prendre appui sur les nervures du bardage, et qui est nécessaire pour isoler le capteur thermiquement de l'atmosphère extérieure. Il faut de plus permettre la circulation du fluide caloporteur au contact thermique d'une aire de surface absorbante aussi grande que possible. Pour cela il faut constituer la quasi totalité de l'aire du bardage de manière à permettre cette circulation selon un trajet convenable, qui est sinueux si le fluide caloporteur est de l'eau. Les capteurs connus ne permettent pas d'obtenir à la fois ces résultats et une couverture étanche dans des conditions satisfaisantes de prix de revient. La présente invention a pour but la réalisation d'un capteur solaire à panneau autoporteur formant couverture étanche d'un bâtiment permettant d'obtenir d'une manière simple une étanchéité suffisante de la couverture constituée par le panneau. Elle a un capteur solaire à panneau autoporteur formant couverture étanche d'un bâtiment, ce capteur présentant la forme de panneaux avec une face supérieure destinée à être exposée au soleil, et des nervures longitudinales formant des saillies vers le haut et destinées à être disposées selon des lignes de plus grande pente, ce capteur comportant, entre les nervures, à partir de la face supérieure - une vitre laissant passer le rayonnement solaire, - une couche d'air stagnant constituant un isolant thermique, - une paroi absorbante absorbant le rayonnement solaire sur sa face supérieure et s'échauffant sous l'action de ce rayonnement, - une couche de fluide caloporteur circulant au contact de la face inférieure de cette paroi absorbante pour être échauffée par cette paroi, - et un panneau thermiquement isolant comportant des nervures longitudinales formant saillies vers le haut et conférant au capteur une rigidité suffisante pour le rendre autoporteur, - la vitre et la paroi absorbante s'appuyant sur certaines au moins de ces nervures, caractérisé par le fait que des moyens de serrage compriment des joints élastiques entre les bords latéraux de la paroi absorbante et des éléments desdites nervures de manière à assurer l'étanchéité de la surface de couverture constituée par cette tôle et ces nervures, - la paroi absorbante étant revêtue sur sa face supérieure d'un revêtement absorbant l'énergie lumineuse et capable de conserver ses propriétés absorbantes en présence d'infiltration d'eau entre les bords latéraux de ladite vitre et lesdites nervures, - ladite couche de fluide caloporteur circulant étant constituée par un ensemble de canaux d'air circulant longitudinalement, chaque canal étant compris, latéralement entre deux dites nervures, et, verticalement entre ledit panneau isolant et ladite paroi isolante. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. 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 memes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue en perspective éclatée d'une partie d'un capteur selon l'invention. La figure 2 représente une vue en coupe transversale du capteur de la figure 1 et d'une poutrelle supportant ce capteur. La figure 3 représente une vue de dessous du meme capteur à plus petite échelle. La figure 4 représente une vue de côté du capteur de la figure 3. La figure 5 représente une vue en coupe longitudinale de l'extrémité supérieure du capteur de la figure 1. Le capteur décrit est constitué de panneaux plans identiques 70, 71 et 72 dont la longueur peut atteindre par exemple jusqu'à 10 m et dont la largeur peut être de l'ordre de 1 m. Ces panneaux sont rigidifiés par des nervures longitudinales sur leurs bords latéraux. Quoique cela ne soit pas représenté plusieurs nervures longitudinales peuvent être formées entre les bords latéraux pour améliorer la rigidité ou faciliter les échanges thermiques. La juxtaposition de tels panneaux peut constituer la couverture inclinée d'un local d'habitation, la longueur des panneaux étant disposée selon la direction de plus grande pente, voire verticalement. Dans l'intervalle entre les nervures le capteur comporte les éléments suivants, à partir de sa face supérieure exposée au soleil - une vitre 2, épaisse par exemple de 4 mm, laissant passer le rayonnement solaire et isolant de l'atmosphère une couche d'air stagnant 4 qui est épaisse par exemple de 3 cm et constitue un isolant thermique. - une paroi absorbante (6) constituée d'une tôle d'acier, épaisse par exemple de 0,5 mm et dont la face supérieure a été noircie de manière à absorber au mieux le rayonnement solaire tout en ne ré émettant que peu de rayonnement thermique susceptible de retraverser la vitre 2. Le revêtement noir est choisi de manière à conserver ses propriétés absorbantes en présence d'infiltrations d'eau qui l'atteindraient à partir des bords de la vitre 2. La face inférieure de cette paroi absorbante est léchée par une couche (8) d'air circulant longitudinalement et constituant le fluide caloporteur. Cette couche est par exemple -épaisse de 1,5 cm, - un panneau isolant constitué essentiellement par une couche de mousse rigide 10 épaisse par exemple de 5 cm, qui est autoporteuse avec l'aide d'une paroi inférieure 12 constituée d'une tôle épaisse par exemple de 0,5 mm qui, quoique cela ne soit pas représenté, peut être nervurée avec des nervures de faible hauteur (moins d'un centimètre par exemple).Cette couche de mousse peut être fabriquée en usine avec l'aide des tôles 12 et 6, et d'éléments séparateurs insérés temporairement entre la tôle 6 et le matériau formant la mousse. Une telle fabrication peut être faite à un coût d'autant plus bas qu'elle est presque identique à celle des bardages isolants fabriqués actuellement en grande série et constitués d'une couche de mousse entre deux tôles nervurées. Sur les bords latéraux sont disposées des nervures longitudinales qui permettent le raccordement mécanique et d'étanchéité des panneaux contigus tels que 70 et 71. Ces nervures prennent une forme différente selon qu'elles sont sur le bord droit ou gauche du panneau, de manière à ce que la nervure de droite du premier panneau 70 coopère avec. la nervure de gauche d'un second panneau 71 situé à droite du premier. La nervure de droite comporte tout d'abord, en allant de gauche à droite, un méplat 20, large par exemple de 5 cm, et portant l'épaisseur de la couche de mousse par exemple à 8 cm. Sur ce méplat s'appuient une bande de bordure droite surélevée de la tôle 6, et le bord droit de la vitre 2. Cette bande de bordure étant former par deux plis longitudinaux 90 et 92. L'ensemble des deux bords est entouré par un joint élastique isolant 22, épais par exemple de 0,5 cm et s'étendant, sous la face inferieure de la tôle 6, sur toute la largeur du méplat 20, et, sur la face supérieure de cette tôle et sur la vitre 2 sur une largeur de 8 cm. L'épaisseur de ce joint est augmentée sur cette vitre, par exemple triplée, de manière à éviter une conduction thermique de court-circuit excessive par l'intermédiaire de cette vitre entre l'atmosphère et la tôle 6. La nervure comporte ensuite une saillie 24 revêtue d'une tôle supérieure 26 s'étendant jusque sur le méplat 20, et comportant, à partir de son bord gauche situé sur la largeur du méplat 20, un retour vertical 27 assurant un ancrage dans la mousse isolante 10 sous le méplat. Cette tôle constitue, sur la nervures une ar atuPi supérieure d'une poutre dont l'amie est constituée par la mousse 10 et dont l'armature inférieure est constituée par la tôle 12. La tôle 26 présente de plus une rigidité propre importante. Le retour 27 est isolé de la tôle 12 par 5cm de mousse, et de la couche d'air. circulant 8 par 2 an de mousse, correspondant par exemple à la moitié de la largeur du méplat 20, de manière à ne pas constituer un pont thermique gênant. La saillie 24 et la tôle 26 s'étendent vers le haut au-dessus de la vitre 2. La tôle 26, le joint 22, la tôle 6 et par l'intermédaire @@ méplat 20 par des rivetq 28 qui com@@@@@ réaliser une bonne étanchéité entre la tôle 6 et la nervure. La nervure comporte enfin un méplat 30 de très faible épaisseur et recouvert par un retour de la tôle 12 pour permettre pendant le montage grâce à des vis non représentée, une fixation au moins tempo- raire du panneau sur une poutrelle 32, qui est représent'eo-e disposée longitudinalement pour faciliter la compréhension du dessin, mais est avantageusement disposée transversalement pour permettre de profiter de la rigidité apportée par les nervures longitudinales. La nervure de gauche comporte en saillie sur sa face supérieure, un méplat 40 identique au méplat 20 et sur lequel la tôle 6 et la vitre 2 sont fixées de la même manière, ainsi qu'une tôle 44 de forme analogue à celle de la tôle 26, et comportant à partir de son bord de droite, un retour vertical 45 assurant un ancrage dans la mousse isolante 10. En face inférieure la nervure forme un retrait 42 revêtu par la tôle 12 et permettant de prendre appui sur le méplat 30 du panneau de gauche 70. La forme de la tôle 44 lui permet de recouvrir la tale 26 en emboîtant la saillie 24 du panneau de gauche. Ces deux tôles sont fixées sur la poutrelle 32 par des boulons 46 qui traversent toute la hauteur de la saillie 26, un joint annulaire en caoutchouc étant comprimé par une rondelle pour assurer l'étanchéité à l'eau au niveau du trou percé pour le passage de chacun de ces boulons. La couche d'air stagnant est obturée aux extrémités inférieure et supérieure de chaque panneau, par un bouchon de mousse isolante tel que 52 (figure 5). La couche d'air circulant 8 est obturée à l'extrémité supérieure par un bouchon analogue 54. Elle peut l'entre aussi à l'extrémité inférieure si on prévoit, comme représenté sur les figures 3 et 4 un distributeur d'entrée 56. il est cependant souvent plus simple de ne pas prévoir un tel distributeur et d'alimenter cette couche par l'air atmosphérique. L'air s'échauffe dans le capteur en circulant dans le canal qui est formé par la couche 8 entre les nervures il en sort par des ouvertures telles que 58 percées dans la couche de mousse 10 et la tôle 12, et débouchant directement dans un collecteur de sortie 60. Ce collecteur est constitué par une goulotte dont les parois sont épaisses et constituées de mousse thermiquement isolante 60 revêtue d'une tôle 62. Ces parois sont au nombre de 3 formant en section trois côtés d'un rectangle ouvert vers le haut sur toute la longueur du collecteur. Cette longueur est représentée perpendiculaire à celle des panneaux tels que 70, 71 et 72, mais l'angle entre ces longueurs pourrait être différent de 900, par exemple 450 ou 600. La forme générale de la section est celle d'un U avec une branche intérieure 64, une base 66 et une branche extérieure 68, de même constitution et de même épaisseur, les extrémités des branches venant s'appliquer contre le panneau. La mousse isolante contenue dans ces parois peut être choisie suffisamment souple pour assurer une étanchéité convenable à l'air lorsque les tôles telles que 62 sont fixées au panneau, ceci malgré les nervures ou les inégalités que présente la surface du panneau. On peut préférer une mousse rigide complétée, aux extrémités des branches du U, par une bande de mousse souple collée. La branche extérieure 68 monte plus haut que la branche intérieure 64 de manière à venir s'appliquer contre le bord supérieur du panneau et elle est repliée au-dessus du panneau pour être fixée, sur une nervure par un boulon tel que 46 au sommet du panneau. Cette disposition facilite la fixation du collecteur et améliore l'étanchéité, un joint étant prévu entre la partie de la tôle 62 située au-dessus du panneau et la surface supérieure de celui-ci, entre les nervures. La figure 5 est une coupe passant par l'axe d'une unique ouverture de sortie 74 du collecteur 60. Les ouvertures 58 peuvent être circulaires ou rectangulaires. Leurs dimensions sont choisies de manière à équilibrer les débits dans lesdits canaux d'air. il est généralement avantageux de réaliser cet équilibrage à l'aide d'un diaphragme ajustable. Une feuille de matière plastique rigide et convenablement pliée pourrait bien entendu être utilisée à la place des diverses tôles mentionnées ci-dessus, notamment de la tôle 62. REVENDICATIONS 1/ Capteur solaire à panneau autoporteur formant couverture étanche d'un bâtiment, ce capteur présentant la forme de panneaux avec une face supérieure destinée à être exposée au soleil, et des nervures longitudinales formant des saillies (24) vers le haut et destinées à être disposées selon des lignes de plus grande pente, ce capteur comportant, entre les nervures, à partir de la face supérieure, - une vitre (2) laissant passer le rayonnement solaire, - une couche (4) d'air stagnant constituant un isolant thermique, - une paroi absorbante (6) absorbant le rayonnement solaire sur sa face supérieure et s'échauffant sous l'action de ce rayonnement, - une couche (8) de fluide caloporteur circulant au contact de la face inférieure de cette paroi absorbante pour être échauffée par cette paroi, - et un panneau thermiquement isolant (10) comportant desnervures longitudinales formant saillies vers le haut et conférant au capteur une rigidité suffisante pour le rendre autoporteur, - la vitre et la paroi absorbante s'appuyant sur certaines au moins de ces nervures, caractérisé par le fait que des moyens de serrage 28 compriment des joints élastiques (22) entre les bords latéraux de la paroi absorbante (6) et des éléments (20,40) desdites nervures de manière a assurer l'étanchéité de la surface de couverture constituée par cette tôle et ces nervures, - la paroi absorbante (6) étant revêtue sur sa face supérieure d'un revêtement absorbant l'énergie lumineuse et capable de conserver ses propriétés absorbantes en présence d'infiltrations d'eau entre les bords latéraux de ladite vitre et lesdites nervures, - ladite couche (8) de fluide caloporteur circulant étant constituée par un ensemble de canaux d'air circulant longitudinalement, chaque canal étant compris, latéralement entre deux dites nervures, et, verticalement entre ledit panneau isolant et ladite paroi isolante. 2/ Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite paroi absorbante présente, lorsqu'on approche de chacun de ses bords latéraux, un premier pli (90) faisant remonter la paroi vers le haut et un deuxième pli (92) en sens inverse la ramenant parallèle à l'ensemble de la paroi pour constituer une bande de bordure plate surélevée venant prendre appui sur un méplat (20, 40) de la nervure, ledit joint (22) entourant cette bande de bordure en contournant le bord de la paroi absorbante.