Brevet FR2492954A1 — publié le 19820430

L'invention se rapporte à un matériau composite souple, à âme textile fabriqué en structure linéaire possédant des propriétés intéressantes d'absorption et de transfert de la chaleur qui permet de confectionner des capteurs solaires à haut rendement quelque soit le degré d'ensoleillement. Les capteurs solaires classiques sont constitués par une structure porteuse fermée, à face avant transparente, renfermant un noyau absorbeur baigné dans un milieu chauffant ou setrouvaiten contact avec un corps chauffé par le rayonnement solaire. On isole fortement la face arrière pour éviter les pertes. Le rôle de l'absorbeur consiste à apporter la chaleur qutil reçoit au fluide caloporteur circulant sans son volume intérieur. En raison de la presence d'un étage intermédiaire d'échange thermique, la température de ce fluide primaire doit dépasser le seuil des 40 - 500C pour permettre une exploitation dans un circuit de chauffage par éléments radiants. Afin d'améliorer le rendement de ces capteurs, on peint la surface de ltéchangeur en noir mat. Cette couleur permet de réduire à sa plus faible valeur la quantité de chaleur rayonnée par la masse même de l'absorbeur portée à des températures comprises entre 50 et 900C. Cette chaleur rayonnée ne se transmet pas au fluide caloporteur mais s'échappepourpartie à l'extérieur et contribue pour son autre partie à échauffer le milieu tampon entourant l'absorbeur. Pour augmenter le rendement des capteurs, il faut supprimer ou, tout au moins, diminuer cette émission secondaire de chaleur. On y parvient, jusqu'a un certain point, en interposant entre la face supérieuede l'absorbeur et le milieu chauffant une couche intermédiaire de transfert unidirectionnel. Tout se passe alors comme si l'absorbeur était habillé d'une jaquette thermiquement isolante pour la chaleur rayonnée par lui-même et totalement transparente à la chaleur venant de l'extérieur. Cette couche intermédiaire réalise la transmission de chaleur dans un seul sens entre la face expose du capteur et celle de l'absorbeur. Elle garantit une augmentation du rendement en limitant la transmission de la chaleur rayonnée par l'absorbeur. Si la couche de transfert présente un coefficient d'isolation intéressant en théorie, la pratique montre qu'il est difficile d'obtenir un rendement nettement supérieur aux capteurs de type traditionnel. En effet, les variations extérieures, le degré d'inclinaison et la qualité de son contact avec la paroi de l'absorbeur affectent grandement ltefficacité de cette couche de transfert. La présente invention vise à remédieràcet inconvénient en proposant un matériau composite souple à âme textile fabriqué en suites linéaires dont la production en grande série permettra la fabrication de capteurs à haut rendement d'un prix de revient largement inférieur aux capteurs traditionnels. L'investissement.de la partie solaire d'une installation de chauffage pourra des lors s'amortir sur une durée raisonnable et vraisemblablement sur une durée inférieure à toutes celles existant pour d'autres biens d'équipement. A cet effet, l'invention se rapporte à une structure linéaire, par exemple une bande,d'un matériau souple à âme textile caractérisé par-la succession transversale suivante : couche transparente de protection, couche de réception imprimée selon un reseau géométrique alvéolaire, une couche de transfert en un matériau textile tissé ou tout autre matériau poreux compartimentéeen bandes transversales et une couche mince de chauffe formant une des parois d'un volume plan appelé à contenir le fluide caloporteur. En variante, on peut prévoir une lame d'air ou plus généralement un volume d'air entre la couche de protection et la couche de réception pour exploiter l'effet de serre et augmenter ainsi l'inertie thermique du capteur. On comprendra mieux l'invention à la lecture de la description effectuée ci-après sur quelques exemples de réalisation à l'aide des dessins dans lesquels - la figure l est une vue en coupe transversale d'un déve loppement linéaire du matériau souple selon l'invention en variante de base. - Les figures 2a, 2b et 2c sont des vues en coupes transversa les d'un développement linéaire du matériau souple selon l'invention selon trois autres variantes. - La figure 3 est une vue en coupe transversale d'un exem ple de capteur à chauffage direct. - La figure 4 est une vue en coupe transversale d'un cap teur à effet de serre réalisé avec le matériau souple se lon l'invention. Le matériau composite souple 1 selon l'invention se présente en bande sous la forme d'une structure linéaire répétitive constituée par la succession de compartiments transversaux isolés par des soudures transversales parallèles entre elles. Dans la variante de base, le matériau selon l'invention est constitué par la succession en épaisseur des couches suivantes : une couche supérieure transparente de protection 2 en matière plastique souple suivie d'une couche de réception 3 en contact avec une couche de transfert 4,elle-même solidaire d'une couche mince 5 d'un matériau conducteur appelé à constituer une des parois de l'ab sorbeur La couche transparente 2 est rapportée sur la couche de réception 3. Cette dernière comporte une surface plane imprimée d'un réseau géométrique 6 tendant, par sa configuration générale, sa disposition et sa densité, à capter les rayons solaires et à leur imposer un trajet suffisamment long pour qu'ils perdent toute leur énergie. Ce réseau se présentera, par exemple, sous la forme de perforations telles que 7 conformées en nids d'abeilles de dimensions appropriées à la longueur d'onde du rayonnement porteur d'énergie calorifique. Ces perforations, au lieu de traverser toute la couche, pourront aussi bien affecter la forme d'alvéoles 8. La couche de réception 3 est réalisée en matériau souple, par exemple en matière plastique textile non tissée. Il convient de remarquer, à cet effet, que pratiquement toutes les matières conviennent. On peut mentionner comme matière envisagée, par exemple, des résines époxy dans une application particulière. Dans ces conditions, bien entendu, le matériau ne présentera plus son caractère souple. La couche de réception 3 est solidarisée à une couche de transfert 4 en matière textile tissée ou en matériau poreux qui ferme les perforations 7 dans leur partie inférieure. Cette couche est imprégnée d'un liquide 9 fortement caloporteur et absorbant. Il présentera la propriété de changer d'état ou de viscosité en fonction de la température. Le liquide préféré est constitué par de l'huile noire chargée en poudre de graphite. Son rôle consiste à transférer la chaleur de la couche de réception 3 à la couche de chauffe 5 dans ce sens uniquement. Cette propriété découle des effets conjugués de changement de viscosité de l'huile en fonction de la température, d'absorption par capilarité et de la pesanteur. De façon schématique le fonctionnement peut s'expliquer ainsi : lthuile devient plus fluide au fur et à mesure que sa température augmente, elle traverse alors d'autant plus facilement les mailles de la structure tissée de la couche de transfert 4. Elle est appelée par gravitée vers le bas. Elle transmet sa chaleur au liquide contenu dans l'absorbeur par contact avec la couche de chauffe 5. L'huile remonte ensuite par capilarité pour se charger en calories au contact de la couche de réception 3. Les couches 3 et 4 sont formées de bandes individuelles transversales 10 délimitées, par exemple, par des lignes de pression 11 ou des soudures 12. La largeur de ces bandes ne dépassera pas, en principe, une dimension empêchant l'enroulement du matériau. Cette segmentation a essentiellement pour but d'éviter une trop forte diminution du phénomène de transfert et de recharge du liquide en calories lorsque le degré d'inclinaison du capteur deviendra important. C'est le cas des utilisations en intersaison. Dans une variante de réalisation de l'invention, représentée en figure 2, les alvéoles 8 sont réalisées par compression locale de la couche 3. On fera coïncider de préférence une ligne d'alvéoles 8 avec les lignes de pression 11 ou soudures 12 de façon à conformer les alvéoles 8 et les lignes 11 et 12 en une seule opération de fabrication (figure 2b). Selon une autre variante, les couches 3 et 4 sont constituées par un seul et même matériau. Dans ce cas, la densité en partie supérieure sera en principe plus importante. Les figures 3 et 4 illustrent, vus en coupe, deux exemples de réalisation de capteurs souples, d'une part, à chauffage direct et, d'autre part, à effet de serre. Dans ces capteurs, l'absorbeur 13 sera réalisé sous forme de poche par une enveloppe formée avec la couche mince de chauffe 5 en matériau conducteur souple, par exemple, par un film ou un papier d'aluminium de résistance suffisante. La face arrière de l'absorbeur 13 comportera classiquement une couche isolante 14. Selon une autre variante, on équipera le capteur souple, décrit ci-dessus, d'enveloppes supérieures 15 en poches de grande surface ou en canaux transversaux 16 séparés par des lignes de soudure 17 colncidant de préférence avec les lignes de soudure précédentes référencées 12. REVENDICATIONS 1. Matériau composite souple pour la confection de capteurs solaires à haut rendement quel que soit le degré d'ensoleillement caractérisé par la succession suivante en épaisseur : couche transparente de protection (2), couche de réception (3) imprimée selon un réseau géométrique à alvéoles (8) ou perforations favorisant la décharge thermique des rayons lumineux, couche de transfert (4) en un matériau absorbant, couche mince de chauffe (5) en un matériau conducteur. 2. Matériau composite selon la revendication 1 caractérisé en ce que la couche de transfert (4) est compartimentée en bandes transversales (10) isolées les unes des autres par des lignes de pression (11) ou des soudures transversales (12). 3. Matériau composite selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la couche de transfert (4) est en matériau textile tissé ou en matière poreuse ou alvéolaire souple. 4. Matériau composite selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce que la couche de transfert (4) est imprégnée de liquide (9). 5. Matériau composite selon la revendication 4 caractérisé en ce que le liquide est du type à degré de viscosité variable en fonction de la température. 6. Matériau composite selon la revendication 5 caractérisé en ce que le liquide est de l'huile noire (9) de préférence chargée de poudre de graphite. 7. Matériau composite selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les couches (3) et (4) sont remplacées par une seule couche dans laquelle les alvéoles (8) sont conformées par pression. 8. Capteur solaire réalisé avec le matériau souple selon les revendications précédentes caractérisé en ce que la couche mince de chauffe (5) constitue une des parois de l'absorbeur (13), l'autre paroi étant confectionnée dans un matériau identique ou analogue en contact avec une couche (14) de matière isolante formant une poche dans laquelle circule le liquide caloporteur. 9. Capteur solaire selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'on prévoit au-dessus de la couche de protection (2) des enveloppes (15) formant poches d'air délimitées par des bandes transparentes favorisant l'effet de serre 10. Capteur solaire selon les revendications 8 et 9 caractérisé en ce que les poches d'air sont individualisées par des volumes transversaux en canaux (16) séparés par des lignes de soudures (17) coïncidant, par exemple, avec les lignes de pression ou de soudures 11 ou 12.