Brevet FR2479432A1 — publié le 19811002

La présente invention a essentiellement pour objet un dispositif de captage d'énergie solaire qui utilise un ou plusieurs capteurs solaires Elle vise également un bâtiment quelconque comportant application d'un tel dispositif. On a déjà proposé des capteurs solaires qui se présentent sous la forme d'un caisson relativement plat muni d'une couverture transparente au rayonnement solaire et contenant un corps absorbant séparé de ladite couverture par un espace ou volume intermédiaire destiné à être traversé par un fluide caloporteur liquide ou gazeux en écoulement continu . Le rayonnement solaire incident traverse par conséquent la couverture transparente et va chauffer le corps absorbant situé derrière celle-ci et qui peut être constitué, par exemple, par une multiplicité d'anneaux de mélange, comme cela a été décrit dans- la demande de brevet française n0 790110148 déposée le 3 mai 1979 et appartenant à la demanderesse. Dans ce type de capteurs connus, le fluide caloporteur traverse le capteur le plus souvent en circuit ouvert et s'échauffe au contact notamment du corps absorbant puis est évacué vers l'extérieur en constituant ainsi un vecteur permettant de véhiculer l'apport de chaleur reçu vers tout lieu d'utilisation choisi, Toutefois, les capteurs solaires que l'on connais actuellement présentent un certain nombre d'inconvénients. Ils sont croûteux en raison notamment des exigences d'étanchéité et de calorifugeage, et en raison également du fait qu'ils doivent être pré-assemblés avec beaucoup de soin, ce qui évidemment entrain un coflt de maind'oeuvre élevé. Au surplus, lorsqu'on utilise une batterie de tels capteursSil se produit une mauvaise répartition de l'air dans chaque capteur, de sorte qu'au moins 30% de la surface utile et chauffante des capteurs n'est pas utilisée, Cela est dû notamment au fait que les angles du caisson de chaque capteur, enraisan de leur structure, ne sont pas correctement balayés ou léchés par le fluide caloporteur. Par ailleurs, dans les capteurs à air actuellement connus, l'arrivée de l'air à chauffer s'effectue en partie basse du-capteur, et le départ d'air chaud se fait en partie haute, ce qui nécessite l'emploi de deux gaines séparées respectivement en partie basse et en partie haute du capteur pour l'alimentation et le retour du fluide caloporteur. Dès lors, l'installation d'une batterie de capteurs, avec gaines de part et d'autre de ladite batterie) constitue quelque chose de compliqué et d'encombrant qui, comme on le comprend, n'est pas sans poser de problèmes aux architectes et aux constructeurs de bâtiments. La présente invention a donc pour but de remédier notamment à tous les inconvénients précités en proposant un nouveau dispositif de captage d'énergie solaire qui non seulement présente un en ml}nt miVeet et est face à insSr, nais est particulièrement simple et peu coûteux, et permet en outre de réaliser une répartition uniforme de l'air dans tous les capteurs, quel que soit leur nombre. A cet effet, lsinvention a pour objet un dispositif de captage d'énergie solaire comprenant un ou plusieurs capteurs solaires, chacun étant formé d'un caisson muni d'une couverture transparente au rayonnement solaire et contenant un corps absorbant séparé de ladite couverture par un volume intermédiaire alimenté par un fluide à chauffer susceptible de passer également au travers dudit corps absorbant, caractérisé en ce que l'alimentation en fluide à chauffer dans ledit volume intermédiaire et le retour du fluide chauffé après passage au travers dudit corps absorbant s'effectuent par une gaine unique agencée le long d'un seul et même côté des capteurs et comportant des moyens permettant une distribution équilibrée du fluide dans lesdits capteurs0 On comprend donc déjà que l'utilisation d'une gaine unique rapportée sur un seul et même côté du capteur et jouant le rôle d'un répartiteur d'air dans tous les capteurs représente des avantages de simplicité considérables tant sur le plan de la construction des bâtiments que sur celui de l'efficacité et de la fiabilité de fonctionnement des capteurs Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moyens précités de distribution équilibrée du fluide sont constitués par une cloison, dé préférence calorifugée, inclinée sur l'axe longitudinal de la gaine précitée, de façon à présenter une partie longitudinale à section décroissante par où arrive le fluide à chauffer dans le volume intermédiaire précité, et une partie longitudinale à section croissante par où sort le fluide chauffé après passage au travers du corps absorbant précitée On maintiendra ainsi une perte de charge sensiblement identique dans tous les capteurs solaires, ce qui assurera en quelque sorte un auto-équilibrage des débits d'air sur chaque capteur Selon encore une autre caractéristique de ltinvention, la gaine précitée comporte au moins deux rangées de bouches, fentes ou analogues débouchant respectivement dans le volume intermédiaire précité et dans l'espace contenant le corps absorbant. On ajoutera encore que le volume intermédiaire et le corps absorbant précités sont séparé s par une cloison parieBe en verre ou analogue dont l'un des côtés est réuni de façon étanche à la gaine entre les deux rangées de bouches précitées, de sorte que le fluide caloporteur effectue un trajet en boucle dans chaque capteur0 Suivant encore une autre caractéristique, le corps absorbant précité, étant constitué par des anneaux de mélange, par exemple du type Bialecki, est maintenu entre la cloison p3SBe envers ou antogue et un panneau, de préférence calorifugé, formant la paroi de fond du caisson, et éventuellement l'une de ses parois latérales, Comme on le verra plus loin ceci constitue une simplification notable tant au niveau de la construction des capteurs que de celui de lZamènagement de ces capteurs sur un batimentO Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on prévoit avantageusement un ventilateur ou analogue à l'entrée et/ou à la sortie de la gaine précitée On pourra ainsi maintenir en pression ou en dépression le fluide passant dans les capteurs, ce qui, comme on le verra plus loin, permet de tirer avantage de l'environnement atmosphérique du site choisi pour installer les capteurs0 L'invention vise également un bâtiment équipé d'un dispositif repondant aux caractéristiques susmentionnées. Et il peut par exemple s'agir d'un bâtiment du type comprenant une toiture dont au moins une partie forme verrière et constitue elle-même la couverture transparente des capteurs, tandis que la gaine précitée est agencée le long du côté formant la partie basse de la verrière et des capteurs0 On comprend donc que, dans ce cas particulier et non limitatif, la paroi de fond du caisson formant chaque capteur peut être rapportée directement sous la verrière précitée0 Ainsi, l'invention permet-elle très avantageusement d'utiliser la couverture transparente traditionnelle d'un bâtiment, ce qui constitue une économie de matériau pour la réalisation des capteurs solaires, et en outre, l'arrivée et le retour d'air se faisant tous deux en partie basse des capteurs et de la verrière, cuanHpeon se truve en présence d'un endroit qui est bien sûr beaucoup plus facilement accessible qu'en faîtage de toiture0 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique et en coupe transversale d'un dispositif de captage d'énergie solaire conforme à l'invention - la figure 2 est une vue en coupe faite suivant la ligne II-II de la figure 1 ; et - la figure 3 est un schéma de principe illustrant le trajet du fluide passant dans la gaine et ses capteurs associés. Suivant un exemple de réalisation et en se reportant notamment aux figures 1 et 2, un dispositif de captage d'énergie solaire conforme à l'invention comprend essentiellement un ou plusieurs capteurs solaires 1 dont l'alimentation en fluide à chauffer et le retour du fluide chauffé s'effectuent par une gaine unique 101 agencée le long d'un seul et même côté des capteurs, comme cela est bien visible sur la figure 1,et en partie basse de ceux-ci. Le ou les capteurs solaires 1 sont formés chacun d'un caisson sensiblement plat muni d'une couverture 4 transparente au rayonnement solaire incident 5 et contenant un corps absorbant 7 séparé de la couverture 4 par un espace ou volume intermédiaire 13 alimenté en fluide à chauffer provenant de la gaine 101 qui est de préférence calorifugée comme on le voit bien sur les figures0 Le corps absorbant 7 est constitué par des anneaux de mélange, par exemple du type Bialecki, comme cela est décrit dans la demande de brevet française n079.11.148, appartenant à la demanderesse, e-t à laquelle on pourra se reporter, Ce corps absorbant 7 est séparé de l'espace intermédiaire 13 par une cloisonpartlese 102 envers ouanElogue dont l'un 102a des côtés est réuni de façon étanche à la gaine 101, et dont l'autre côté 102b est quelque peu éloigné de la paroi latérale 103 du capteur 1, de façon à permettre le passage du fluide entre le volume intermédiaire 13 et le volume contenant le corps absorbant 7, comme cela est matérialisé par des flèches sur la figure 10 Les capteurs 1 comprennent évidemment chacun un fond 2, lequel est avantageusement calorifugé, de même que la paroi latérale 103 des capteurs. Conformément à l'invention, la gaine unique 101 comporte une cloison 104, de préférence calorifugée, et inclinée sur l'axe longitudinal de la gaine 101, comme on le voit bien sur la figure 2o Suivant l'exemple représenté, la gaine 101 présente, en section transversale, une forme sensiblement parallèlèpipèdique, mais elle pourrait présenter toute autre forme, telle que circulaire, sans sortir du cadre de l'invention0 Ainsi, comme il apparat clairement sur la figure 2, la gaine 101 présente une partie longitudinale à section décroissante îOîa par où arrive le fluide à chauffer matérialisé par la flèche F1, et une partie longitudinale à section croissante 101b par où sort le fluide chauffé matérialisé par la flèche F2. Plus précisément, la cloison calorifugée 104 comporte deux rangées de bouches, fentes ou analogues 105 et 106 mettant respectivement en communication la section îOîa de gaine 101 avec le volume intermédiaire 13 des capteurs 1, et la section 101b de gaine 101 avec l'espace contenant le corps absorbant 7o Ainsi, le fluide à chauffer F1 passe par les bouches 105 dans l'espace intermédiaire entre la couverture transparente 4 et le vitrage 102, et revient, après passage au travers du corps absorbant 7, dans la section 101b de gaine 101 après être passé au travers des bouches 106o Bien évidemment, la cloison ou vitrage 102 aboutit à la gaine 101 entre les deux rangées de bouches 105 et 106 de manière que le fluide effectue un trajet en boucle dans les capteurs 1 comme on l'a décrit précédemment et comme cela est bien visible sur les figures 1 et 2 On comprend donc que, grâce à la disposition de la cloison 104 inclinée sur l'axe de la gaine 101, on obtiendra avantageusement un auto-équilibrage des débits de fluide sur chaque capteur îo En d'autres termes, on obtiendra, grâce à la gaine 101, une distribution ou une répartition avantageusement homogène de l'air dans les capteurs par le fait que les pertes de charge sur chaque capteur sont maintenues sensiblement identiques et constantes.Cela est illustré par le -schéma de la figure 3 qui montre les trajets en boucle 107, 108, 109 et 110 suivis par l'air passant dans une batterie de capteurs solaires, à savoir quatre capteurs suivant l'exemple représenté0 On a montré en 111 et 112 sur les figures 2 et 3 des ventilateurs ou analogues prévus respectivement à l'entrée et à la sortie de la gaine 101 L'un ou l'autre de ces ventilateurs 111, 112 peut être omis, sans sortir du cadre de l'invention. Le but de ces appareils sera explicité ultérieurement. Le dispositif qui vient d'être décrit s'applique bien sûr à des bâtiments quelconques, et il peut équiper une partie quelconque d'un tel estiment, tel qu'un mur ou une toiture Selon l'exemple illustré par la figure 1, le dispositif de captage selon l'invention s'applique à la toiture 113 d'un bâtiment, laquelle toiture comprend normalement une verrière qui constitue précisément la couverture transparente 4 des capteurs 19 tandis que la gaine unique 101 est rapportée ou agencée le long du côté formant la partie basse de la verrière 4 et des capteurs 1, comme on le voit bien sur la figure 1. On comprend donc tous les avantages surlegLan ducoftetdes modalités de construction résultant de l'utilisation de la verrière traditionnelle d'un bâtiment pour chauffer celui-ci à l'aide d'une batterie de capteurs solaires conformes à la présente invention En effet, les capteurs solaires 1 sont en quelque sorte intégrés au bâtiment et peuvent avantageusement être réalisés in-situO En d'autres termes, et brièvement parlant, il suffit de rapporter sous la verrière 4 le fond 2 qui forme éventuellement aussi la paroi latérale 103 des capteurs 1, de façon à emprisonner entre ledit fond 2 et la verrière 4 le vitrage 102 et le corps absorbant 7o Et l'association de la gaine unique 101 en partie basse des capteurs 1 ne posera aucune difficulté particulière, étant donné la simplicité de construction des capteurs Un tel montage permet de faire appel exclusivement à des matériaux et à des techniques de réalisation traditionnG11Ps dans le bâti- ment et, par conséquent, ne créera pas de difficultés particulières sur un chantier, En outre, un tel montage, du fait de sa compacitéjne ne peut pas poser de problèmes lors de la conception d'un bâtiment quelconque. Au surplus, la gaine située en partie basse de la toiture sera très facilement accessible, contrairement à ce qui était le cas auparavant, puisqu'on devait utiliser aussi une gaine en faîtage de toiture0 Une batterie de capteurs solaires réalisée conformément à la présente invention fonctionnera alors de la manière suivante.L'air à chauffer est insufflé entre la verrière 4et letgge ouanalogue intérieur 102 aprés passage aubxrs d'une bouche 105, et il récupèrera la chaleur du vitrage intérieur 102 que celui-ci perd normalement0 En partie haute de captage, comme on le voit bien par les flèches portées sur la figure 1, le flux d'air est dévié et redescend au travers des anneaux de mélange formant le corps absorbant 7 pour retourner dans la gaine 101 en passant au travers d'une bouche 106o On notera ici que le ventilateur 111 permet de mettre en surpression le volume 13 entre les deux vitrages 4 et 102, ce qui évitera avantageusement la pénètration d'air extérieur dans le volume 13, lequel air extérieur peut être, comme on le sait, éventuellement pollué.Tout dépend évidemment du site d'implantation du bâtiment. On peut aussi tirer avantage de cette surpression pour remplacer éventuellement un élément défectueux ou brisé de la verrière 4o Par contre, le ventilateur 112, apte à créer une dépression dans la section îOîb de la gaine 101, permettra au contraire, d'assurer une aspiration d'air neuf au travers de la verrière 4, si celle-ci n'est pas parfaitement étanche, comme c'est souvent le cas, Une telle aspiration d'air propre peut évidemment être intéressante dans le cas où le site d'implantation est situé en atmosphère non polluée, par exemple en montagne, Elle permet également de récupérer la chaleur des montants métalliques soutenant la verrière et qui forment en quelque sorte des ponts thermiques qui normalement rayonnent vers ltexterieuro Il est à noter ici qu'on peut utiliser les ventilateurs 111 et 112 séparément ou même simultanément en fonction des résultats recherchés.Par exemple, dans le cas d'un usage simultané des deux ventilateurs, on sera certain de récupérer pratiquement toute la chaleur rayonnée par les montants métalliques de la verrière 4o On a donc réalisé suivant l'invention un dispositif de captage, d'énergie solaire particulièrement simple, autorisant un calorifugeage commun des éléments extérieurs des capteurs le constituant, réalisant un encombrement minimum, et susceptible de s'intégrer à un bâtiment quelconque pour assurer par exemple son chauffage avec efficacité en utilisant de l'air provenant d'une source extérieure ou même en recyclant l'air de ce bâtiment Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple C'est ainsi que les matériaux formant le fond du caisson de chaque capteur solaire peuvent etre quelconques, par exemple en bois ou en tôle Il en est de même en ce qui concerne la gaine uniquevainsi que pour le matériau de calorifugeage de cette gaine et du caisson des capteurs0 L'invention comprend donc tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont effectuées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection revendiquée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de captage d'énergie solaire comprenant un ou plusieurs capteurs solaires, chacun étant formé d'un caisson muni d'une couverture transparente au rayonnement solaire et contenant un corps absorbant séparé de ladite couverture par un volume intermédiaire alimenté par un fluide à chauffer susceptible de passer également au travers dudit corps absorbant, caractérisé en ce que l'alimentation en fluide à chauffer dans ledit volume intermédiaire et le retour du fluide chauffé après passage au travers dudit corps absorbant s'effectuent par une gaine unique agencée le long d'un seul et même côté des capteurs et comportant des moyens permettant une distribution équilibrée du fluide dans lesdits capteurs 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens précités sont constitués parune cloison, de préférence calorifugée, inclinée sur l'axe longitudinal de la gaine précitée de façon à présenter une partie longitudinale à section décroissante par où arrive le fluide à chauffer dans volume intermédiaire précité, et une partie longitudinale à section croissante par où sort le fluide chauffé après passage au travers du corps absorbant précité 3o Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la gaine précitée comporte au moins deux rangées de bouches, fentes ou analogues débouchant respectivement dans le volume intermédiaire précité et dans l'espace contenant le corps absorbant. 4D Dispositif selon lsune des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le volume intermédiaire et le corps absorbant précités sont séparés par une cloisonpartii1enverxe ouanssogue dont l'un des côtés est réuni de façon étanche à la gaine entre les deux rangées de bouches précitées de manière que le fluide précité effectue un -h-ajet en boucle dans le ou les capteurs0 5.Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps absorbant précité étant constitué par des anneaux de mélange,par exemple du type Bialecki, est maintenu entre la cloison en verre partielle précitée et un panneau, de préférence calorifu-é, formant la paroi de fond du caisson et éventuellement l'une de ses parois latérales 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on prévoit un ventilateur à l'entrée et/ou à la sortie dela gaine précitée0 7o Bâtiment dont au moins une partie, telle que par exemple mur, toiture ou analogue est équipée d'un dispositif selon l'une des revendications n à 6o 8 Bâtiment selon la revendication 7 et du type comprenant une toiture dont au moins une partie forme verrière, caractérisé en ce que ladite verrière constitue la couverture transparente précitée du ou de chaque capteur, tandis que la gaine précitée est agencée le long du côté formant la partie basse de la verrière et des capteurs0 9. Bâtiment selon la revendication 8, caractérisé en ce que la paroi de fond du caisson formant le ou les capteurs est rapportée sous la verrière précitée0