Brevet FR2488377A1 — publié le 19820212

La présente invention concerne le. dispositifs de captation d'énergie solaire. Plus particulièrement, l'un des buta de l'invention est de réaliser un capteur de chaleur solaire sous une forme modulaire de bas prix de revient et d'efficacité au moins égale aux réalisations antérieures. Le principe de captation de la chaleur de rayonnement solaire est connu. De nombreuse. réalisations industrielles donnent satisfaction, tant au point de vue efficacité qu'a celui de rendement énergétique. Cependant ces matériels sont composés d'éléments métalliques dont le poids est important ce qui représente un inconvénient majeur dans les cas de montage sur toitures dont on est généra liement obligé de consolider la charpente. L'emploi de métaux de forte densité, comme le cuivre par exemple, augmente encore le prix de revient qui peut devenir prohibitif.Il est bien connu que l'emploi de métaux bons conducteur de la chaleur exige une grande dépense d'énergie pour leurs soudures, d'une part, et que le prix du transport en est également très élevé, d'autre part. La présente invention se propose d'apporter des solutions à ces inconvénients. Dans celle-ci, en effet, on a supprimé toute. les parties métalliques et, en se basant sur la théorie connue des corps noirs, on a pu réaliser un capteur léger et d'efficacité de rendement énergétique au moins égal aux réalisations métalliques antérieures. Le prix de revient étant parfaitement compétitif cos parés à celui des réalisations métalliques antérieures connues. Le capteur dténergie solaire, objet de l'invention, est entiérement ó- posé de matière. plastiques usuelles choisies dans des matériaux suceptibles de présenter les qualités nécessaires aux emplois, soit d'accumulateur de calories, soit de la rigidité de l'ensemble ou de la transparence aux radiations solaires. La fabrication des modules s'opére, soit par injection ou par formage sous vide, elle n'exige que peu d'énergie,qui n'est que celle employée pour les réalisations courantes du mème genre. On a remarqué que certaines matières plastique., comme les polycarbonates noirs, par exemple, exposées au rayonnement solaire, emmagasinaient treks bien et tras vite une grande quantité de calories. C' est précisément sur cette observation que le capteur d'énergie solaire a pu ètre réalisé de façon pratique. Les paragraphes suivants apporteront toutes présisions sur la présente invention, en nous référant aux dessins: La figure 1 , représente une coupe du capteur d'énergie solaire conforme & l'invention. La figure 2, représente une vue en plan partiel du capteur avec une fenè- tre qui laisse voir la disposition des composants, les uns en regard des autres. La figure 3 , représente schématiquement un exemple d'association de trois modules montés en série. La conception mème du capteur d'énergie solaire qui va ètre décrit ne per met pas l'emploi de circuits d'eau sous pression importante, ce qui n'est pas un inconvénient. On effectuera donc un simple remplissage dé l'ensemble des éléments capteurs par la partie supérieure d'un vase d'expansion qui sera muni d'une arrivée d'eau de distribution du lieu ,dont le niveau sera maintenu par une soupape à flotteur. L'eau chaude étant stockée dans un ou plusieurs r6ser- voirs calorifugés. La figure 1, à laquelle on se reportera, représente le module de capteur d'énergie solaire vu en coupe. Le module se compose d'un chassie rigide 4' en polyester de couleur noire, armé de fibre de verre ou tout autre fibre remplis- sant le mème rible. Ce chassie 4 est encadré par une aile périphérique 4, de faible épaisseur faisant saillie et dont l'utilité sera démontrée â la suite des explications qui vont suivre.La partie du module destinée à accumuler les Ca- lories est représenté en I , elle est constituée par une plaque,d'épaisseur et de volume convenable, en polycarbonate de couleur noire, par exemple, dont les deux faces seront dépolies. L'eau de remplissage 3 circule en lame de faible épaisseur entre la plaque accumulatrice de calories 1 et le fond du chaseis 4'. Pour que la plaque(corps noir) 1, soit protégée des intempéries, elle est sur montée d'une paroi transparente aux radiations solaires 9, cette paroi est ondulée de façon à en augmenter la rigidité, elle est collée de façon intime sur sa périphérie au chassie rigide 4', comme en 8. Ta partie inférieure du chassie rigide 4' est remplie de fibres synthétiques thermo-isolante 10. Toujours figure 1 on remarquera les ouvertures 5 destinées & assurer l'équilibre de pression entre l'air contenu dans la cavité 15 et l'atmosphère extérieure. Une de. adduction d'eau de circulation est représentée en 7. On reviendra à la figure 7 à la suite des explications qui vont suivre. La figure 2, à laquelle on se reportera, représente le capteur d'énergie solaire de la figure 1, vu en plan partiel.Une fenêtre est réservée pour lais- ser voir l'organisation intérieure des éléments constitutifs. On peut voir la paroi de protection transparente aux radiations solaires 9, et son joint de silicone 8 qui la rend intimement solidaire du chassie rigide 4' et son aile périphérique 4 .On peut voir ensuite les éléments observables par la fenêtre réservée, une des arrivée (ou sortie) de l'eau de circulation 7 disposée à la partie inférieure du chassie rigide 4'. L'espace lamellaire de circulation de l'eau 3 et, superposée à ce dernier, la plaque 1 qui accumule les calories du rayonnement o solaire. On remarquera ensuite la disposition d'une des clisons 6 destinées à canaliser liteau de circulation,en lui faisant parcourir le plus grand chemin possible, dans le but de récupération maximum de calories sur la surface léchée et sur la presque totalité de la surface de la plaque accumulatrice de calories 1 . Cette disposition à pour but le plus grand échange de calories entre l'accu mutateur calorifique 1 et liteau de circulation dans l'espace lamellaire 3. FONCTIONNEMENT : Pour que les explication qui vont suivre soit parfaitement comprises on se reportera conjointement aux figure. 1 et 2 L'eau de circulation entre par la tubulure 7 dans le sens de la flèche. Le rayonnement solaire est représenté par les flèches 2, il traverse la paroi transparente 9 et vient frapper la plaque 1, qui fait office de corps noir. Non seulement les calories s'accumulent dans 1, mais"l'effet de serre" développé entre 9 et 1 retient le rayonnetent infra-rouge lointain dans l'espace 15, ce qui a pour conséqence une augmentation de température entre 9 et 1 et qui sera très supérieure & la température extérieure à l'ensemble.Les calories accumulées dans la plaque-accumulateur 1 se transmettent à l'eau qui circule librement dans l'es- pace lamellaire 3, autour des cloisons 6 et dans le sens des flèches, pour ressor- tir par une tubulure diamétralement opposée & à (non indiquée). Le revêtement isolant thermique 10 , contenu dans la partie inférieure du chassis 4' permettra de réduire au minini les pertes par rayonnement à la partie inférieure du module. On remarquera ensuite sur les deux figures 1 et 2, représentée en traits interrompus, une aile supposée d'un autre module de capteur, identique å celui qui vient d'entre décrit, 4 et 14, qui assurent par leur superposition l'étanchéité entre modules en même temps qu'avec une toiture sur laquelle ils sont installés, on peut donc disposer et associer en série Ou en série-parallèle plusieurs modules sur une charpente de toit ou sur un bati au sol. La figure 3, représente schématiquement une installation de trois éléments modulaires de capteurs d'énergie solaire selon l'invention. On peut observer les sèmes composants que dans les figures 1 et 2, cependant on peut mieux suivre le processus de disposition d'éléments et la circulation de l'eau dans ces derniers. L' eau entre par le niveau bas en 7, parcourt les chicanes produites par les cloisons 6 des trois éléments pour sortir, au niveau supérieur on 7' . La liaison entre capteurs est assurée par les tubulures 71, diamétralement opposées entre-el les sur chacun des éléments modulaires rendus étanches par des manchons amovibles cerclés 11. La superposition des ailes 4 s'observent en 12, ce qui assure, en cas de pluie, l'étanchéité entre capteurs et la toiture 13. On peut également observer les parols transparentes de protection 9, dirigées vers le rayonnemet qu'il s'agit de capter ainsi que la partie inférieure des chassais 4' ,remplis de matière thermoisolante. L'originalité de l'invention réside dans l'emploi de matières plastiques, tant pour accumuler les calories que pour assurer l'échange de ces dernières entre les éléments accumulateurs desdite. calories et leau de circulation qu'il s'agit de porter à une température très supérieure à l'ambiance. La circulation générale de l'eau se fera, soit par thermo-siphon soit encore par l'action d'une pompe dont M mise en marche et l'arret pourra étre fonction de la température atteinte par l'eau de circulation dans les capteurs, action qui pourra également limiter la temperature atteinte par l'eau dans le e de très fort rayonnement solaire. Corne déja dit, des réservoirs calorifugés, montés ea serine avec les éléments capteurs accumuleront la quantité d'eau chaude nécessaire aux besoins courants; ces réservoirs seront munis d'un vase d'expansion avec adduction d'eau commandée par régulateur de niveau. Le capteur d'énergie solaire qui vient d'etre décrit est réalisé en modu- les d'une surface de un mètre carré, son poids unitaire étant environ le quart - des éléments métalliques antérieurs, Son rendement permet, à la latitude de Paris par exemple, ou ltensoleille~ ment est, en moyenne de mille sept cent heures par an, une économie de cent soixante litres de fuel-année par mètre carré de capteur. La température de l'eau à la mème latitude peut règulièrement atteinre 80 degrés centigrades. De tels capteurs économiques et d'un prix de revient modéré seront utilement employés dans l'agriculture et l'élevage ou l'on consomme couramment 42 litres de fuel par an et par porc memé à maturité. I1 en est de mème dans les élevages de poulets et chacun sait qu'on peut hater d'une semaine le développement de ces derniers en chauffant leurs aliments, ce qui n'est, en aucune façon,tricher avec la Loi .La chauffe des locaux d'élevage permet, en outre, un meilleur rendement général. REVENDICATION. 1 - Capteur d'énergie solaire qui permet un bon rendement thermique d'un prix de revient très compétitif qui assure une grande économie d'énergie, tant pour sa fabrication que pour son transport, caractérisé par M conception générale et sa réalisation industrielle en matières plastiques universellement connues. 2 - Capteur d'énergie solaire selon la revendication 1 , caractérisé par l'utilisation de certaines matières plastiques pour l'accumulation de calories fournies par rayonnement eelaire, cette matière pouvant être un polyméthacrilate de teinte noire A surfaces dépolies. 3 - Capteur d'énergie solaire selon la revendication 2 , caractérisé en ce que les calories accumulées dans un organe en forme de plaque, sont cédées à l'eau de circulation par lèchage de cette dernière sur une ou deux des faces de la plaque -accumulateur de calories pendant sa circulation dans un espace lamellaire de faible épaisseur. 4 - Capteur d'énergie solaire selon les revendication 2 et 3 , caractérisé par la présence de deux parois parallèles, dont l'une est chargée d'accumuler les calories et l'autre d'empêcher que ces calories se perdent dans l'ensemble du module, l'eau circulant entre chacune de ces parois. 5 - Capteur d'énergie solaire selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait qu'un espace est réservé entre une paroi transparente aux rayonnements solaire et la plaque -accumulateur de calorie., espace qui forme une véritable serre ou s'accumulent les rayonnements d'infra-rouge lointain, ce qui a pour effet d'accroître le rendement calorifique de l'ensemble. 6 - Capteur d'énergie solaire selon la revendication 3 et 4 , caractérisé par la présence de cloisons qui forment des chicanes dans l'espace ou circule l'eau, de façon à assurer le léchage par cette dernière1sur la plus grande surface possible de la plaque-accumulateur de calories, l'échange thermique étant alors maxi, de plus la présence de ces cloisons permet d'assurer une très grande rigidité à l'ensemble du fait que ces dernières sont collées de façon intime, sur les deux surfaces en présence qui limitent l'espace lamellaire ou circule 1' eau. 7 - Capteur d'énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé par la présence de bordures planes périphériques qui, par superposition partielle, ou che vauchement, assurent l'étanchéité ,tant entre modules associés qu1 avec le toit ou ils sont installés.