Brevet FR2492066A1 — publié le 19820416

Capteur solaire auto-orientable à film d'eau. La présente invention concerne les capteurs et panneaux solaires destinés à être, soit utilisés en complément d'installations de réchauffage d'eau sanitaire, de chauffage de locaux par air ou eau, soit monté en batterie, pour le chauffage de'l'eau des piscines ou autre, avec dispositif d'orientation et de régulation différentielle communs, le premier capteur assurant l'orientation, la régulation et la circulation du fluide de l'ensemble des autres capteurs. Le capteur à pour rôle essentiel, d'assurer une récupération rapide, voire instantannée de l'énergie solaire reçue, avant tout refroidissement éventuel par chute solaire, successives et rapprochées par ciel nuageux. La solution n'existe apparemment pas pour ce qui concerne les capteurs et panneaux solaires connus à ce jour. Le capteur a également pour rle, de recevoir les rayons solaires quelle qu'en soit leur répartition durant la journée. Le film d'eau du capteur, en raison de sa surface d'échange exposée, et de sa très faible inertie, permettra la récupération éventuelle de l'énergie en fin de journée, bien que l'intensité des rayons soit très diminuée. Pour favoriser cette récupération, et afin que les pertes par transmission soient moindre, la priorité est donnée au volume du stockage lui-même, portée à température moyenne compatible avec une installation de chauffage, de préférence à un stockage à température maximum, mais proportionnellement plus réduit. D'autre-part, la surface centrale exposée ne représentant que 30 Z de la surface totale du capteur, les pertes dues au refroidissement de l'énergie captée par l'influence de l'air extérieur,-froid en demi saison, très froid en hiver, seront considérablement réduites. Le capteur, associé à un ballon à trois réserves d'accumulation à température auto-équilibrée, permet d'assurer le fonctionnement simultané du réchauffage de l'eau sanitaire et du chauffage des locaux ou autres, chacun des réseaux bénéficiant de l'inertie de leur propre réserve. Le capteur est équipé d'un dispositif de télécommande, lui permettant de se placer en position basse d'attente solaire, lui évitant ainsi toute inondation éventuelle en cas de pluie ou autre, bien que des orifices d'évacuation soient prévues à cet effet. Le dessin 1/7 est une vue de droite du capteur, le dessin 2/7 est une vue de dessus, le dessin 3/7 est une vue de face, le dessin 4/7 est une vue sur la surface centrale à film d'eau avec coupes, le dessin 5/7 est un dessin de la télécommande et des différents dispositifs électriques. Le dessin 6/7 est un dessin montrant le principe de fonctionnement des différents circuits du ballon d'accumulation. Le dessin 7/7 est un dessin concernant les plages de fonctionnement cellules - temporisations. Un ensemble de miroirs plans dispos8s concentriquement et selon une inclinaison par rapport à l'axe du capteur, selon dessin 3/6, de 3 pour les miroirs latéraux 1 et 2, et de 350 pour les miroirs horizontaux 3 et 4, complétés par des dispositifs d'angles multi-miroirs 5-6-7-8 inclinés à 35 et 360, réflectorisent 70 Z des rayons reçus sur une surface centrale réceptrice 9 à film d'eau, solidaire des miroirs précités. les miroirs 1 à 8 ont chacun pour ralle de répartir par réflectorisation les rayons reçus sur toute la surface centrale 9. Sous l'effet des superpositions successives des rayons réflectorisés et des rayons directs, toute la puissance du capteur sera réceptionnée par la surface centrale 9. Un film d'eau l9de l'ordre de 2 mm, circulant à 1'in- térieur et sur toute l'étendue de la surface 9, en raison de très faible inertie et de sa surface d'échange exposée absorbera et véhiculera en un temps relativement court, voire instartannément, toute l'énergie reçue vers un ballon accumulateur. Les miroirs plans 1 à 8 sont montés sur un support 10 en Polyester armé nervuré, muni d'une chicane de passage d'air 11. limitant la prise au vent, bien que les capteurs doivent être installés dans une zone relativement protéide en général. Le support 10 d miroirs est rendu solidaire d'un boitier central 12 en Polyester armé par l'intermédaire d'un cadre métallique 13, assurant l'assemblage et l'assise équilibrée de l'ensemble sur les deux pivots transversaux 14 et 15 du bati 16 (selon dessins 1/7 - 2/7 et 3/7). Le boitier central 12 comporte (selon dessin 4/7) - la surface centrale 9 , dépourvue de tout relief et de couleur noire anthracite mate, munie d'une face arrière 17 comportant de multiples lignes de poin çonnage 18 ( par emboutissage) assurant le libre passage du film d'eau 19, et destinée à recevoir les points de soudure nécessaires à son. raidissement et à sa bonne tenue à la pression. La partie périphérique pourra être sertie ou ~ brasée après rapprochement des parois - d'un piquage 20 situé à la partie basse de la face arrière, muni d'un tube de purge secondaire 21} assurant l'entrée du fluide, - et de deux piquages 22 - 23 situés à la partie supérieure reliés par un col lecteur 24 muni d'un dispositif de purge automatique 25assurant la sortie du fluide. d'une injection sous pression de mousse i sl~s.^e 6, assure - sise de la surface centrale, et sa parfaite isolation thermique. . d'un verre 27 muni d'un joint caoutchouc d'étanchéité 28 assurant l'isolation de la surface réceptrice 9 avec l'air extérieur. . de deux douilles 29 - 30 destinées à recevoir les éléments de déshydratation de l'air contenu sous verre. d'une douille 31 destinée à recevoir la sonde de la régulation différentielle. . et de deux douilles 32 - 33 destinées à canaliser les eaux de pluie éventuelles vers llextérieur. Le bati 16 est réalisé en profilé métallique repose sur une plaque tournante 34 munie d'un rail circulaire porteur 35. La plaque tournante 34, ayant pour centre le pivot central 36 est en appui sur quatre roulements porteurs 37 - 38 - 39 - 40 étanches montés sur une embase 41. L'embase également en profilé métallique, repose, par l'intermédiaire de quatre barres filetées, permettant le réglage du niveau, sur quatre plots en béton 42 - 43 - 44 - 45 d'un poids approprié, destinée à être entérrés dans le sol, afin d'assurer le lestage et la bonne tenue du capteur. La rotation du capteur sur son pivot central 36, et sa rotation sur ses pivots transversaux 14 et 15 sont assurées par deux ensembles de transmission mécanique motorisés commandés par quatre cellules photo-électriques 46 - 47 - 48 - 49 et par un dispositif de télécommande électrique à relais temporisés. Le premier ensemble de transmission mécanique, permettant d'assurer le passage du capteur d'EST en OUEST et son retour par rotation sur son pivot central est assuré par - un micro-moteur 50, à double sens de rotation, monté sur un support 51 assure l'entrainement en rotation, après démultiplication appropriée d'une barre de transmission à filetage triangulaire, trapézotdal ou roi 52, agissant sur un tube de poussée 53, coulissant dans un fourreau de protection en plastique 54. Le tube de poussée 53muni à ses extrémités d'éléments filetés appropriés, et comportant en sa partie centrale une réserve pour lubrifiant, transmet le mouvement au bâti 16 par l'intermédaire d'un pivot vertical 55, solidaire de ce dernier. Cette transmission assure la rotation du capteur sur près de 1650. Le support moteur 51 est en assise sur un pivot vertical 56 solidaire de l'embase 41, permettant d'assurer la variation angulaire engendrée par la barre de transmission 52 lors du déplacement du tube de poussine 53. Un deuxième ensemble de transmission mécanique, permettant d'assurer le passage du capteur de l'axe horizontal à l'axe vertical et son retour, en rotation sur les deux pivots transversaux 14 - 15 est assuré par bis - un micro-moteur 50 à.double sens de rotation monté sur un support 57 assure l'entrainement en rotation après démultiplication appropriée, d'une barre de transmission à filetage triangulaire - trapézoidal ou rond 58, agissant sur un tube de poussée 59 coulissant dans un fourreau de protection en plastique 60.Le tube de poussée 59,muni à ses extrémités d'éléments filetés appropriés, et comportant en sa partie centrale une réserve pour librifiant, transmet le mouvement au cadre métallique 13 supportant l'ensemble des miroirs plans de 1 à 8 et le boitier central 12 par l'intermédiaire d'un pivot central 61 solidaire de ce dernier. te support moteur 57 est monté en rotation sur un pivot horizontal 62 solidaire du bati 16 permettant d'assurer la variation angulaire engendrée par la barre de transmission 58 lors du déplacement du tube de poussée 59. Une coquille 63 en Polyuréthane résinée, assure la protection des différents ensembles mécaniques et des micro-contacts de fin de course, selon positions 64 - 65 - 66 et 67. La circulation du fluide entre le boitier central et la coquille de protection 63 est assurée par un raccordement souple 68 équipé d'une gaine d'isolation thermique 69. La rotation des tubes 70 - 71 sous la coquille 63 est assurée par deux raccords tournants 72 - 73 axés sur le pivot central 36. L'orientation solaire est assurée par un ensemble de quatre cellules photoélectriques 46 47 - 48 et 49 protégées par un globe 74 en plastique translucide ou en verre associé à une télécommande électrique à relais t-emporisés. Chacune des cellules comporte un jeu de miroirs, inclinés selon un angle leur permettant de réfléchir l'éclat solaire reçu,dans la phase finale de la visée!au centre de la partie sensible, et permettant d'assurer une rupture nette et précise de l'é- clat dès que l'axe d'arrêt-cellule est en position optimale (dessin pour l'abrégé 7/7) Le réglage de la sensibilité cellules pourra être assuré par la pose d'une pellicule appropriée au niveau des visières.La cellule 48 comporte un catche 75 pour que, se trouvant en OUEST ellene puisse être sollicité par les rayons d'EST avant que la cellule 47 ne se soit sensiblement rapprochée de l'axe solaire, évitant ainsi au capteur de monter inutilement pour redescendre ensuite. tes miroirs des cellules sont situés selon les positions 76 - 77 - 78 - 79. Chacune des cellules est équipée d'un système des réglage micro-métrique 80 permettant de les positionner,selon un angle le plus fermé possible, par rapport à l'axe optimum solaire, associée à une télécommande temporisée permettant le fonctionnement des moteurs après l'arrêt net des cellules, assurant une plage d'arrêt-moteur, compatible avec le bon rendement du capteur. (dessin pour l'abrégé 7/7). Pour se faire, les miroirs plans seront légèrement surdimensionnés afin qu'ils recouvrent en permanence toute la surface centrale malgré la variation angulaire de l'axe du capteur par rapport à l'axe optimum solaire. 81 Un dispositif temporisé assurera le retour en position basse du capteur pour toute interruption solaire de longue durée (voire de 15 mn ou plus), afin de limiter son exposition à la pluie ou autre. 82 Un thermostat de sécurité coupera l'alimentation générale 220 V 83 pour toute surchauffe éventuelle, stabilisant le capteur durant toute la durée de la surchauffe. Les micro-contacts 84 - 85 - 86 - 87 - 88 assureront l'arrêt immédiat des moteurs en fin de course. Les micro-contacts 89 - 90 assureront la coupure du circuit cellule en fin de course. Un jeu de fusibles protègera l'ensemble du dispositif électrique. Le capteur solaire est associé à un ballon d'accumulation 91 comportant trois réserves 92 - 93 - 94 d'égales capacité permettant le fonctionnement simultané de deux réseaux indépendants (eaux chaude sanitaire, chauffage ou autre). Les réserves des deux circuits indépendants comportent une paroi d'échange thermique commune permettant le passage d'un réseau sur l'autre de l'énergie accumulée par les deux autres réserves (celle du capteur servant au réchauffage et à l'accumulation)par auto-équilibrage des températures. La paroi commune d'échange peut être munie d'ailette afin d'en augmenter son rendement.Unerégulation différentielle 95équipée d'une sonde 96 en applique 17 sur la partie supérieure de la face arrière de la surface centrale 9, et d'une deuxième sonde située à la partie supérieure du ballon d'accumulation/ commande une pompe de circulation 98. Un by-pass 99 permet d'ajuster le débit au niveau du film d'eau 19. Un vase d'expansion 100, fonctionnant sous faible pressions absorbera la dilatation du fluide primaire. Il sera complété par une soupape 101 appropriée. Un thermostat différentiel 102, équipé d'une sonde 103 montéesur le circuit retour chauffage et d'une sonde 104 placée à la partie supérieure du ballon accumulateur commandera la vanne'motorisée 105 à trois voies et à action tout ou rien, montée en dérivation sur le retour chauffage, pour toute température à le sonde 103 supérieure ou égale à celle e la sonde 104, le thermostat différentiel isolera le circuit ballon du circuit chauffage par fermeture de la vanne 105. Eventuellement, un thermostat supplémentaire 106 pourra commander la fermeture de la vanne 105, et isoler également le circuit ballon du circuit chauffage lorsque la température au ballon ne sera plus que de 35 - 400 par exemple, afin de laisser une réserve suffisante pour l'eau chaude sanitaire.Une vanne motorisée 107 à action tout ou rien, commandée par un thermostat 108 isolera le circuit ballon du réseau général eau chaude sanitaire dès que la température d'accumulation ne sera plus que de 25 à 30". Le dispositif d'accumulation précité comportera tous les accessoires d' altmentation en eau froide, purge et autre. Les réseaux, après leur isolement reprendnat leur fonctionnement normal en passant par la chaudière existante 109.(Si la régulation chauffage agit sur le brGleur, elle devra être commutée sur la pompe de circulation de lsinstallation existante. Aucune incidence pour une régulation par vannes trois voies motorisées ou similaires). Le capteur solaire est d'autre-part muni d'un dispositif de centrale d'orientation fixe 110 comportant une tige montée sur une plaque support, surmontée d'une boule, préalablement réglée selon l'axe optimum du capteur. La longueur de la tige et le diamètre de la boule seront déterminés en fonction de la variation angulaire optimale dûe aux plages d'arrêt-moteurs pour que le pied de la tige précitée,au niveau de la plaque support, soit en permanence maintenue dans l'ombre engendrée par la boule, tout dépassement montrant le déréglage du système de guidage. Ce dispositif est nécessaire pour les capteurs montés en batterie à guidage commun. D'autre-part, le fluide primaire comportera un certain pourcentage de produit anti-gel - anticorrosif destiné à assurer sa protection contre le gel. REVENDICATIONS 1. Capteur solaire à surfaces réfléchisssntes, muni d'un dispositif d'orientation associé à un système de transmissions mécaniques motori sées avec ballon d'accumulation, caractérisé par le fait que les surfaces réfléchissantes sont des miroirs plans disposes concentriquement et selnn une inclnaison par rapport à l'axe du capteur de 360 pour les miroirs latéraux 1 et 2, et de 35 pour les miroirs horizontaux 3 et 4, complétés par des dispositifs d'angles multi-miroirs 5 - 6 - 7 et 8 inclinés également à 35 et 36 , conçus pour que chacun des miroirs plans 1 - 2 - 3 - 4 et dispositifs 5 - 6 - 7 et 8 puissent réflectoriser les rayons reçus sur toute l'étendue de la surface centrale 9. 2. Capteur solaire selon revendication 1 caractérisé par le fait que la surface centrale 9représentant 30 Z de la surface du capteur,comporte un film d'eau 19 de l'ordre de 2 mm d'épaisseur, circulant entre sa face 9 et sa face arrière 17, sur toute son étendue, qui, en raison de sa très faible inertie et de sa surface d'échange exposée, absorbera et véhiculera en un temps relativement court, voire instantanément, toute l'énergie reçue vers le ballon accumulateur 91. 3. Capteur solaire selon revendication 1 caractérisé par le fait que les miroirs plans comportent une chicane périphérique Il de passage d'air, limitant sa prise au vent, disposée selon une inclinaison permettant de ne pas porter préjudice au rayonnement des miroirs sur la surface centrale 9. 4. Capteur solaire selon revendication 1 caractérisé par le fait que le dispositif d'orientation comporte quatre cellules photo-électriques associées à une télécommande électrique à relais temporisés et à un ensemble de transmission mécanique motorisé. 5. Capteur solaire selon revendicatio l et 4 caractérisé par le fait que les cellules photo-électriques comportent chacune un jeu de miroirs 76-77-78-79incli selon un angle leur permettant de réfléchir l'éclat solaire reçu dans la phase finale de la visée au centre de la partie sensible, et permettant d'assurer une rupture nette et précise de l'éclat dès que l'axe d'arrêtcellule est en position optimale, 6. Capteur solaire selon revendication 4 et 5 caractérisé par le fait que la cellule 48 comporte un cache 75, pour que, se trouvant en OUEST, elle ne puisse être sollicitée par les rayons d'EST avant que la cellule 47 ne se soit sensiblement rapprochée de l'axe solaire, évitant ainsi au capteur de monter inutilement pour redescendre ensuite. 7. Capteur solaire selon revendication 1 caractérisé par le fait que le système de transmissions mécaniques motorisées permettant de faire passer le capteur d'EST en OUEST et son retour, sur près de 1650, en rotation sur son pivot central 36, et son passage de l'axe horizontal à l'axe vertical et son retour, ea rotation-sur ses deux pivots transversaux @@ @@@@, est caractérisé par le fait qu'il comporte deux moteurs à double sens de rotation assurant l'entrainement de barres à filetage trapézoSdal rond ou triangulaire agissant sur des tubes de poussées munies d'éléments filetés 16 appropriés, transmettant le mouvement au bâti pour ce qui concerne le pas- sage du capteur d'EST en OUEST et son retour, et au cadre métallique 13 pour ce qui concerne le passage du capteur de l'axe horizontal à l'axe vertical et son retour. 8. Le capteur solaire selon revendicatioss 1 et 7 caractérisé par le fait que les moteurs à double sens de rotation sont commandés par un ensemble de relais temporisés, et par des micro-contacts de fin de course selon positions 64 - 65 - 66 - 67. 9. Capteur solaire selon revendication 1 caractérisé par le fait que le ballon accumulateur comporte trois réserves d'égale capacité permettant le fonctionnement simultané ae deux circuits de puisage indépendants. 10. Capteur solaire selon revendications 1 et 9 caractérisé par le fait, que les réserves des circuits de puisage comportent une paroi d'échange thermique commune permettant le passage, d'n réseau sur l'autre,de l'énergie accumulée dans les deux autres réserves par auto-équilibrage des températures, chaque réseau bénéficiant de l'inertie de leur propre réserve.