Brevet FR2476812A1 — publié le 19810828

Capteur solaire à panneau autoporteur La présente invention concerne un capteur solaire à panneau autoporteur 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 lteau utilisée dans les appareils sanitaires de tels locaux. Le capteur a généralement la forme d'un panneau, et le fluide caloporteur utilisé est liteau. 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. Il faut d'autre part prévoir des raccordements en parallèle et/ou en série pour introduire le fluide caloporteur en entrée et le recueillir en sortie. Il faut enfin prévoir une étanchéité suffisante pour que l'eau de pluie ne vienne pas détériorer la surface absorbante. Les capteurs connus ne permettent pas d'obtenir ces résultats dans des conditions satisfaisantes de prix de revient. La présente invention a pour but la réalisation d'un capteur solaire à panneau autoporteur de fabrication particulièrement simple Elle à pour objet un capteur solaire à panneau autoporteur 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 solaire1 - 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 ladite couche de fluide caloporteur circulant est constituée par un ensemble de canaux d'air circulant longitudinalement, chaque canal étant compris, latéralement entre deux dites nervures, et verticalement entre ladite paroi absorbante, et ledit panneau isolant. te fait que le fluide caloporteur soit l'air permet non seulement de simplifier le circuit de ce fluide sur la surface du capteur, mais aussi, dans certains cas, de réaliser très simplement le raccordement d'entrée, par simple ouverture des canaux d'air sur l'atmosphère à leur extrémité inférieure. Quant au collecteur de sortie, son prix de fabrication et de mise en place est également fortement abaissé. 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. tl 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. 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 même 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'extré- mité supérieure du capteur de la figure 1. La figure 6 représente une vue en perspective de la paroi absorbante 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 rayonne ment 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 réémettant que peu de rayonnement thermique susceptible de retraverser 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. Le contact thermique entre cette paroi et cette couche peut être amélioré par des nervures, des ailettes ou des reliefs divers sur la face inférieure de cette paroi - 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 consti-tués 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 le bord droit surélevé de la tôle 6, et le bord droit de la vitre 2. L'ensemble de ces deux bords est entouré par un joint élastique isolant 22, épais par exemple de 0,5 cm- et s'étendant, sous la face inférieure 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 nervure, une armature supérieure d'une poutre dontl'âme 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 cm 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'intermédiaire du joint 22, la vitre 2 sont fixés sur le méplat 20 par des rivets 28. 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 représentées, une fixation au moins temporaire du panneau sur une poutrelle 32, qui est représentée comme 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 tôle 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. Un couvre-joint d'étanchéité 50 (figure 2) est également fixé par le boulon 46 avec joint annulaire caoutchouc et rondelle de manière à recouvrir l'ensemble des nervures complémentaires des deux panneaux contigus, les bords de ce contre joint venant s'appuyer sur les joints tels que 22. 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'être aussi à ltextrémité 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 45 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 de diaphragmes ajustables non représentés. Une feuille de matière plastique rigide et convenablement pliée pourrait bien entendu être utilisée à la place des diverses tôles mentionnés ci-dessus, notamment de la tôle 62. La figure 6 représente la tôle absorbante 6 de manière plus détaillée que les figures précédentes. On y voit, sur chaque bord latéral de la tôle, un premier pli 90 faisant remonter la tôle vers le haut, et un deuxième pli 92 en sens inverse la ramenant sensiblement parallèle à la surface du capteur, ceci pour former un bord plat s'appuyant sur le méplat 20 ou 40 de la nervure du panneau isolant. Par ailleurs, sur toute sa surface entre ces plis, la tôle est munie de reliefs 94 formant saillies vers le bas pour améliorer l'échange thermique avec la couche d'air circulant 8.Ces reliefs peuvent être obtenus par pliage, ou par emboutissage, ou encore être constitués d'ailettes soudées. REVENDICATIONS 1/ Capteur solaire panneau autoporteur, 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 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 ladite couche (8) de fluide caloporteur circulant est constituée par un ensemble de canaux d'air circulant longitudinalement, chaque canal étant compris, latéralement entre deux dites nervures, et verticalement entre ladite paroi absorbante et ledit panneau isolant. 2/ Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite paroi absorbante est munie, outre lesdites nervures longitunales latérales, de reliefs formant saillies vers le bas pour faciliter l'échange thermique avec le canal d'air circulant (8) formé sous sa face inférieure. 3/ Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite paroi absorbante est constituée par une tôle métallique de captation (6) dont la face supérieure porte un revêtement absorbant, et qui est pliée, pour former des nervures longitudinales latérales comportant chacune, en allant vers le bord latéral de la tôle, un premier pli (90) faisant remonter la tôle vers le haut, puis un deuxième pli en sens inverse (92) la ramenant sensiblement parallèle à la surface du capteur pour former un bord plat, ce bord plat s'appuyant sur un méplat (20, 40) de la nervure dudit panneau isolant. 4/ Capteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite vitre (2) s'appuie par ses bords latéraux sur ledit bord plat de la tôle de captation (6). 5/ Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit panneau isolant (12, 10, 26) est constitué par - une mousse (10) formant desdites nervures (24) en bordure de panneau, - une tôle inférieure (12) fixée sur la face inférieure de la mousse (10), - et une tôle métallique supérieure (26, 44) recouvrant le sommet des nervures en débordant de chaque côté et en s'arrêtant latéralement à distance de la tôle inférieure (12), de manière à constituer une poutre ayant la mousse comme âme et ces tôles inférieure et supérieure comme armatures inférieure et supérieure, sans constituer de pont thermique parasite. 6/ Capteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite nervure (24) comporte du côté intérieur, un méplat (20, 40), bordant un dit canal d'air circulant (8), - ladite tôle supérieure (26, 44) recouvrant une fraction extérieure de la largeur de ce méplat et présentant sur son bord intérieur un retour (27, 45) pénétrant dans la mousse sous ce méplat de manière à réaliser un ancrage isolé du canal d'air circulant (8) par la fraction de la largeur du méplat située plus à l'intérieur du panneau que ladite fraction extérieure, - les bords de ladite vitre (2) et de ladite paroi absorbante (6) s'appuyant sur la tôle supérieure dans ladite fraction extérieure de la largeur du méplat. 7/ Capteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le bord de ladite paroi absorbante (6) s'appuie sur ladite tôle supérieure (26) par l'intermédiaire d'un joint (22) constituant à la fois un joint d'étanchéité et un isolant thermique.