Brevet FR2497928A1 — publié le 19820716

Capteur à ruissellement. la présente invention concerne un capteur à ruissellement, du type comprenant une surface de captation incline comportant notamment une surface de ruissellement rt disposre entre un collecteur d'alimentation et un collecteur de sortie, le collecteur d'alimentation distribuant un fluide calo?crteur destiné A ruisseler sur la surface e ruissellement, le collecteur de sortie recueillant le fluide caloporteur ayant ruisselé, le capteur comprenant par ailleurs un circuit d'utilisation du fluide caloporteur et des moyens assurant la circulation du fluide caloporteur et son renvoi du circuit d'utilisation au collecteur d'alimentation pendant les périodes de captation. On connait, notamment par la demande de brevet nO 78 20 195 au nom de la Demanderesse, des capteurs du type précité. En dehors des périodes de captation, c'est-à-dire lorsque la circulation du fluide caloporteur est arretée, il a été constaté un échauffement considérable de la surface de captation, pouvant atteindre par exemple 1300 C. Cet échauffement n'a pas rendu possible l'utilisation d'un certain nombre de matériaux faciles à mettre en oeuvre et économiques, tels que certains types de matières plastiques, du fait que leur température maximaie de maintien sou charge est trop faible, e t en tout cas inférieure a la température d'échauffement précitée. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvenients mentionnés. I1 est notamment de proposer une structure de capteur permettant d'utiliser pour la construction des matériaux au prix de revient bas, et dont les techniques de formage et d'assemblage sont simples et rapides, comme par exemple, le chlorure de polyvinyle. Ce but est atteint, conformément à l1in- vention, du fait que le capteur comprend en outre des moyens de refroidissement de la surface de captation susceptibles de refroidir celle-ci en dehors des périodes de captation. Plus précisément, les troyens de refroidissement sont constitués par un espace de circulation d'air délimité par une paroi inférieure de meme dimension que la surface de ruissell---ment,disposee parall- lement à et au-dessous de la surface de ruissellement de maniere à former une double paroi, cet espace étant fermé le long des bords, des orifices supérieurs et inférieurs étant prevus dans ia paroi inférieure près de ses bords supérieur et inferieur afin de permettre l'écoulement de courants d'air par convection naturelle, un dispositif étant par ailleurs prévu pour empêcher ledit écoulement dlair par convection pendant les périodes de captation, et ltautor ser en dehors des périodes de captation. Avantageusement, les moyens de refroidissement comprennent un second espace de circulation d'air délimité par la surface de ruissellement et un vitrage supérieur, ce second espace étant fermé le long des bords, et des orifices supérieurs et inférieurs étant prévus dans le vitrage et la surface de ruissellement, afin de permettre l'écoulement de courants d'air par convection naturelle. Avantageusement, ledit dispositif comprend, dans le collecteur de sortie, lequel est fermé, un déversoir délimitant, pendant les périodes de captation, un volume de rétention de fluide caloporteur dans lequel plongent l'extrémité d'un dispositif de prise d'air, ainsi que le bord inférieur du ou des espaces de circulation d'air et les orifices inférieurs, un trou de vidange étant prévu dans le déversoir à un niveau inférieur au niveau desdits orifices inférieurs et de l'extrémité plongeante du dispositif de prise d'air, le trou de vidange étant calibré de manière qu'il permette un passage de fluide de débit inférieur au débit du ruissellement. Avantageusement, des canaux parallèles de circulation d'air sont ménagés dans le ou les espaces de circulation d'air. Avantageusement, le dispositif de prise d'air est constitué par une tuyauterie plongeant dans le volume de rétention. Avantageusement, le dispositif de prise d'air est constitué par des ondulations de la paroi inférieure. Avantageusement, le collecteur de sortie est constitué d'une conduite allongée fermée de longueur au moins egale à la largeur de la surface de captation, dans laquelle est pratiquee une ouverture laissant le passage à la partie inférieure de ladite surface de captation, le collecteur comprenant par ailleurs un orifice de sortie du fluide caloporteur. Avantageusement, le collecteur d'alimentation est constitué d'une conduite allongée fermée de longueur au moins égale à la largeur de la surface de captation, comportant une entrée de fluide caloporteur, un tube ouvert sur la pression atmosphérique, et, en resard de la surface de captation. des trous calibrés d'injection de fluide caloporteur disposés horizontalement au voisinage supérieur d'une pièce de distribution saillant de la conduite allongée et disposée ouste au dessus de la surface de rui:sellement, un auvent de protection étant par ailleurs prévu saillant sur la longueur de la conduite pour couvrir le bord supérieur de la surface v captation. Avantageusement, la surface de captation est autoporteuse et retenue a son bord inférieur par un encastrement dans le collecteur de sortie et a son bord supérieur par un appui sur le support du collecteur d'alimentation ou sur le collecteur lui-même, ce fait étant rendu possible grâce notamment à la double paroi qui, d'une part, améliore la rigidité et, d'autre part, retient la température d'échauffement hors captation audessous de la température maximale de maintien sous charge du matériau constitutif choisi. Avantageusement, la surface de ruissellement comporte des canaux paralleles pour canaliser le ruissellement du fluide caloporteur. Avantageusement, la surface de captation comporte une pluralité de modules de captation autoporteurs disposés parallèlement entre les collecteurs d'alimentation et de sortie, des moyens d'assemblage étant prévus pour assembler les modules les uns aux autres. Avantageusement, chaque module est constitué par un profilé a double paroi ayant la forme générale d'un U entre les branches duquel est disposé un vitrage retenu dans des rainures d-es branches, les branches du U comportant par ailleurs, du côté extérieur, des profils d'assemblage, des ailettes longitudinales étant disposées sur la paroi supérieure de la double paroi et des canaux longitudinaux étant disposés dans l'espace intérieur de la double paroi. Avantageusement, chaque module de captation comprend des rainures longitudinales supplémentaires pour la mise en place éventuelle de renforts métalliques. Avantageusement, les modules de captation sont réalisés par extrusion d'une matière plastique, la double paroi en U, les ailettes, les canaux de circulation d'air, les profils d'assemblage, et les rainres venant d'extr 2-ion. Avantageusement, les collecteurs d'alimentation et de sortie et la surface de captation sont réalisés en matériaux de prix de revient bas, par exemple en chlorure de polyvinyle. L'aspect modulaire, conforme à une caractéristique de l'invention, est particulièrement adapté a une fabrication en série, et autorise une adaptation aisée aux dimensions nécessaires pour chaque installation. Les caracteristiques et avantages de 1' in- vention seront mieux compris à la lecture de la description d'un mode de réalisation particulier de 1' inven- tion, faite en référence aux dessins sur lesquels - la figure 1 est une vue en élévation d'un capteur conforme à l'invention - la figure 2 est une coupe II-II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un élément modulaire de la surface de captation du capteur de la figure i - la figure 4 est une section IV-IV de la figure 3 - la figure 5 est une vue en perspective avec arrachement du collecteur d'alimentation du capteur de la figure 1 ; - la figure 6 est une vue en coupe latérale du collecteur de sortie du capteur de la figure 1 ; et - la figure 7 est une vue en perspective du collecteur de sortie du capteur de la figure 1. La figure 1 montre un capteur solaire à ruissellement 10 comprenant un collecteur d'alimentation ll distribuant un fluide caloporteur 12, en genéral de l'eau, sur une surface de captation inclinée 13. Un col lecteur de sortie 14 recueille l'eau qui a ruisselle sur la surface de captation. De façon tout a fait conventionnelle et non représentée, la sortie d'eau 15 du collecteur de sortie 14 conduit a un circuit d'utilisation, et des moyens (pompes, vannes, etc) sont prévus pour assurer la circulation de l'eau et son renvoi du circuit d'utilisation à l'arrivée d'eau 16 du collecteur d'alimentation 11. Entre les deux collecteurs, s'étend la surrace de captation 13 constituée d'une pluralité de modules 17 de captation indépendants, disposés parallèlement entre eux (figure 2) et perpendiculairement aux collecteurs 11 et 14. Les modules 17 sont autoporteurs et s'appuient à leur extrémité supérieure sur une partie 18a d'un support 18 supportant le collecteur d'alimentation 11, comme représenté, ou sur le collecteur 11 lui-même, et s'emboitent à leur extrémité inférieure dans le collecteur de sortie 14 supporté par un support 19. Les modules 17 qui peuvent faire, par exemple, 3 mètres de longueur sur X, mètre de largeur sont assembles côte à côte par des moyens d'assemblage rapide, soit par exemple par une clé en queue d'aronde, soit comme représenté (figure 3 > par un système de rainures 20a et languettes 20b. Chaque module (figures 2,3,4) est cons titué par un profil 21 à double paroi 22,23 ayant la forme générale d'un LI, et par un vitrage 24, en verre trempé ou feuille de polycarbonate, parallèle au fond du profil du module 17. La paroi supérieure 22 sert de surface de ruissellement et est, de façon conventionnelle, de couleur noire pour absorber le maximum d'énergie. La double paroi 22,23 permet, d'une part, d'assurer la tenue mécanique de l'ensemble sous l'effet du poids propre du module 17 et de la pression due au vent, et, d'autre part, de limiter les pertes thermiques par l'arrière et les cotés du module quand le capteur est en fonctionnement. Mais, essentiellement, la double paroi 22,23 est destinée a assurer le refroidissement de la surface de captation en dehors des périodes de captation, c 'est-à-dire lorsque le fluide caloporteur ne circule plus et ne ruisselle donc plus sur la surface de ruissellement 22. A cet effet, une série å'ouvertures inférieures 25 et supérieures 26 pratiquées dans la paroi inférieure 23 en parties basse et haute permet a si ces ouvertures sont degagées, la création d'une ventilation naturelle d'air par courants de convection (fleches 27, figure 4) au sein de l'espace 28 réservé entre les deux parois 22 et 23. Cette circulation d'air n'a lieu qu'en dehors des périodes de captation grace à un dispositif expliqué plus loin. Grace au refroidissement ainsi opéré, il est possible d'utiliser, pour réaliser la surface de captation, en l'occurrence pour réaliser chacun des modules de captation autoporteurs 17, un matériau tel que le chlorure de polyvinyle, dont la température maximale de maintien sous charge est pourtant relativement basse. L'efficacité du refroidissement est augmentee si on consacre l'espace 28a entre le vitrage 24 et la surface 22 également à la circulation d'air par convection. A cet effet, la paroi 22 comporte à sa partie inférieure des orifices 25a, et le vitrage 24 comporte à sa partie supérieure un orifice 26a, en fait réalisé par un arrêt du vitrage à une certaine distance du bord supérieur de la surface de captation. Cette disposition permet la circulation d'un courant de convection dans le sens des fleches 27a. Le profil 21 est directement extrudé et comporte notamment, venus d'extrusion . soit des petites ailettes 29 attenantes à la surface de ruissellement 22 et délimitant des canaux de ruissellement, soit un profil, par exemple en dents de scie, formé par la surface 22 elle-meme et délimitant des canaux , des parois vertica)c O s' étndant dars 1 espace 28 et délimitant des canaux parallèles 31 de circulation d'air (au moins une ouverture inférieure 25 et supérieure 26 étant prévues dans chaque canal) ; les profils d'assemblage 20a et 20b permettant d'assembler les modules 17 côte à côte ; des rainures longitudinales 32 permettant la mise en place éventuelle de renforts métalliques pour augmenter l'inertie du module et assurer une bonne tenue en flexion de celui-ci pour les grandes portées cet et les rainures 33 prévues à l'intérieur des branches du profil 21 pour glisser et retenir le vitrage 24, ce qu évite la mise en place de joints d'étanchéité. Comme le montrent les figures 1 et S, le collecteur d'alimentation 11 est une conduite allongée de section rectangulaire, fermée, de longueur au moins égale à la largeur de la surface de captation 13, c'est-à-dire de l'ensemble des modules 17. Sur sa face 34, en regard de la surface de captation 13, le collecteur 11 comporte plusieurs séries de trous ca librés 35 d'injection d'eau, chaque série correspondant à la largeur d'un module de captation 17, et un trou pouvant alimenter un ou plusieurs canaux de ruissellement, suivant le diamètre minimum qu'on peut donner aux trous sans entraîner d'obstruction. Ces séries de trous sont disposées horizontalement au voisinage supérieur d'une pièce de distribution 36, saillant à angle drcit de la face 34, et profilée pour assurer une répartition homogène du fluide caloporteur sur la surface de captation. Quand lis module5 de captation 17 s'appuient par leur paroi de fond 23 sur le support 18, ils sont normaux et adjacents à la face 34 du collecteur 11, la partie 18a du support 18 étant dimen sonné de telle façon que la surface de ruissellement 22 vienne s'insérer juste en dessous des pièces de distribution 36 qui répartissent l'eau s'écoulant des orifices 35 d e façon à creer un film d'eau ruisselant sur la surface absorbante 22, dans les canaux constitués par les ailettes 29. Un auvent de protection 37 saille de la face 34 pour couvrir le bord supérieur du vitrage 24 (ou de l'arrêt supérieur 26a du vitrage) et assure l'étanchéité à la pluie. Le collecteur 11 comprend éventuellement, à la suite de l'entrée 16, un filtre 38 pour éviter le colmatage des orifices 35. Une tuyauterie d'évent 39 plongeant en dessous du niveau libre de l'eau 12 permet de régler et maintenir la hauteur de charge correspondant au débit d'eau demandé et, lors de l'absence de circulation d'eau, de ventiler le collecteur et la section de passage de la surface de captation entre la surface de ruissellement 22 et le vitrage 24. On peut, comme représenté sur la figure 1, maintenir dans le collecteur 11 une certaine surpression. Le collecteur 11, avantaceusement fait en chlorure de polyvinyle, peut être réalisé en paroi simple ou double extrudée ou injectée. I1 peut être constitué d'éléments unitaires s'emboitant les uns dans les autres. L'ensemble du collecteur peut à la demande être calorifugé sur toute sa surface. Le collecteur de sortie 14, bien visible sur les figures 6 et 7, est constitué d'une conduite allonge, fermé, de section rectangulaire, de longueur au moins egale a la largeur de la surface de captation. Dans la face 40 au collecteur 14 en regard de la surface de captation, est prévue une ouverture 41 d'encastrement de la partie basse de la surface de captation. Conformément a l'invention, il est prévu, dans le collecteur 14, un déversoir 42 délimitant, quand il y a circulation d'eau dans le Capteur, un volume de rétention d'eau. La hauteur a donner ô déversoir et dcnc au niveau libre de l'eau est calculée de façon a ce que le bord inférieur de la surface de captation, et notamment les ouvertures inferieures 25 plongent dans le volume de rétention. L'extrémité inférieure d'un dispositif de prise d'air plonge également dans le volume de rétention d'eau. Ce dispositif peut onsister, comme représenté sur les figures 1, 5, 6, 7, en une simple tuyauterie (43) de prise d'air, de section suffisante. Mais, avantageusement, ce dispositif de prise d'air peut consister, comme représenté uniquement sur la figure 2, en un profil ondulé du fond 23, qui permet de réserver des vallées 43a constituant, en association avec le collecteur inférieur 14, des entres d'air, d'ailleurs mieux réparties 'avec une seule prise d'air 43. Dc plus, une telle ondulation de la paroi inferieure assure une reprise des dilatations différentielles entre os deux parois 22 et 23. Un trou de vidange 44 est prévu dans le déversoir 42, au niveau pratique le plus bas possible et en tout cas, à un niveau inférieur au niveau des couvertures 25, 25a, et de l'extrémité immergée du tube 43 (ou des vallées 43ai. . Le trou 44 est calibré de façon que le volume de rétention se maintienne pendant les phases de captation, c'est-a-dire que l'écoulement qu'il permet a un débit inférieur au débit de ruissellement de l'eau. Mais, en l'absence de circulation d'eau, le trou 44 permet une vidange complete du collecteur de sortie et, de ce fait, dégage la partie basse du dispositif de prise d'air. Celui-ci a une section de passage suffisante pour assurer, par effet de cheminée, n débit d'air correct dans la double paroi 22,23 de la surface de captation, et, le cas échéant, dans l'espace 28a, et permettre le refroidissement conforme à l'invention. Le deversoir 42, en assurant un niveau d'eau de hauteur définie, joue donc un rôle de clapet hydraulique. Comme le collecteur d'alimentation, le collecteur de sortie 14 peut etre réalisé en profilé à double paroi, ou isolé afin de limiter les pertes thermiques. Le capteur de l'invention peut comprendre par exemple 8 modules de longueur variant entre deux et quatre mètres. Son caractère modulaire assure une adaptation facile à chaque utilisation. Le montage des différents éléments est aisé et rapide, par simple emboitement des surfaces de captation dans les collecteurs tout en assurant une étan chéité à la pluie (utilisation en toiture) et du fluide caloporteur. L'ensemble peut etre fixé au droit des collecteurs sur les pannes, ou pr des vis le long des modules de la surface de captation. Ces capteurs peuvent servir de mur ou de toiture à des locaux de stockage d'énergie, à des locaux techniques, à des piscines, etc. REVENDICATIONS 1. Capteur à ruisselleent, du type comprenant, une surface de captation inclinée cc.'npor- tant notamment une surface de rulsseliem.ent et sisposGe entre un collecteur d'alimentation et un collecteur de sortie, le collecteur d'alimentation distribuant un fluide caloporteur destiné à ruissele sur a surface de ruissellement, le collecteur de sortie recueillant le fluide caloporteur avar ruisse1é, le capteur conprenant par ailleurs un circuit d'utilisation du fluide caloporteur et des moyens assurant la cWrcu- lation du fluide caloporteur et son renvoi du circuit d'utilisation au collecteur d'alimentation pendant les périodes de captation, caractérisé en ce que le capteur comprend en outre des moyens de refroidissement (22,23) de la surface de captation susceptibles de refroidir celle-ci en dehors des périodes de captation. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement sont constitués par un espace de circulation d'air (28) ddlimité par une paroi inférieure (23) de meme dimension que la surface de ruissellement (22) disposée parallèlement à et au-dessous de la surface de ruissellement (22) de maniere a former une double paroi 122,23), cet espace étant fermé le long des bords, des orifices supérieurs (26) et inférieurs (25) étant prévus dans la paroi infé- rieure (23) près de ses bords supérieur et inférieur, afin de permettre l'écoulement (27ì de courants d'air par convection naturelle, un dispositif (42) étant par ailleurs prévu pour empêcher ledit écoulement d'air par convection pendant les périodes de captation, et l'autoriser en dehors des périodes de captation. 3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement comprennent un second espace de circulation d'air (28a)delimité par la surface de ruissellement (22) et un vitrage supérieur (24), ce second espace étant fermé le long des bords, et des orifices supérieurs (26a) et inférieurs (25a) etant prévus dans le vitrage (24) et la surface de ruissellement (22) afin de permettre l'écoulement (27a) de courants d'air par convection naturelle. 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend, dans le collecteur (14) de sortie, lequel est fermé, un déversoir (42) délimitant, pendant les périodes de captation, un volume de rétention de fluide calopox Leur dans lequel plongent l'extrémité d'un dispositif (43) de prise d'air, ainsi que le bord inférieur du ou des espaces de circulation d'air (28,28a) et les orifices inferieurs (25,25a) , un trou de vidange (44) étant prévu dans le déversoir (42) à un niveau inférieur au niveau desdits orifices inférieurs (25,25a) et de l'extrémité plongeante du dispositif de prise d'air (43), le trou de vidange (44) etant calibré de manière qu'il permette un passage de fluide de débit inférieur au débit du ruissellement. 5. Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que des canaux parallèles (31) de circulation d'air sont ménagés dans le ou les espaces (28, 28a) de circulation d'air. 6. Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le dispositif de prise d'air est constitué par une tuyauterie (43) plongeant dans le volume de rétention. 7. Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le dispositif de prise d'air est constitué par des ondulations (43a) de la paroi inférieure (23). 8. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le collecteur de sortie (14) est constitué d'une conduite allongée, fermée, de longueur au moins égale à la largeur de la surface de captation (13), dans laquelle est pratiquée une ouverture (41) laissant le passage d la partie inférieure de ladite surface de captation (13) , le collecteur comprenant par ailleurs un orifice de sortie (15) du fluide caloporteur. 9. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le collecteur d'alimentation (11) est constitué d'une conduite allongée, fermée,de longueur au moins égale à la largeur de la surface de captation (13) , comportant une entrée (16) de fluide caloporteur, un tube (39) ouvert sur la pression atmosphérique, et, en regard de la surface de captation, des trous calibrés (35) d'injection de fluide caloporteur disposés horizontalement au voisinage supérieur d'une pièce de distribution (36) saillant de la conduite allongée et disposée juste au-dessus de la surface de ruissellement (22), un auvent (37) de protection étant par ailleurs prévu saillant sur la longueur de la conduite pour couvrir le bord supérieur de la surface de captation. 10. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, et dont les collecteurs d'alimentation et de sortie sont maintenus chacun par un support, caractérisé en ce que la surface de captation (13) est autoporteuse et retenue à son bord inférieur par un encastrement dans le collecteur de sortie (14) et a son bord supérieur par un appui sur le support (18) du collecteur d'alimentation (11), ou sur le collecteur (11) lui-meme. 11. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la surface de ruissellement (22) comporte des canaux parallèles pour canaliser le ruissellement du fluide caloporteur. 12. Capteur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la surface de captation (13) comporte un vitrage (24) en verre trempé ou en feuille de polycarbonate. 13. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la surface de captation (13)comporte une pluralité de modules (17) de captation autoporteurs disposes parallèlement entre les collecteurs d'alimentation (11) et de sortie (14), des moyens d'assemblage (20) etant prévus pour assembler les modules (17) les uns aux autres. 14. Capteur selon la revendication 13, carac térisé en ce que chaque module (17) est constitué par un profilé (21) à double paroi ayant la forme générale d'un U entre les branches duquel est disposé un vitrage (24) retenu dans des rainures (33) des branches, les branches du U comportant par ailleurs du coté ex térieur des profils (20) d'assemblage, des ailettes longitudinales (29) étant disposées sur la paroi superieure (22) de la double paroi (22,23) et des canaux longitudinaux (31) étant disposés dans l'espace interieur (28) de la double paroi (22,23). 15. Capteur selon l'une quelconque des revendidications 13 ou 14, caractérisé en ce que chaque module (17) de captation comprend des rainures longitudinales (32) supplémentaires pour la mise en place éventuelle de renforts métalliques. 16. Capteur selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que les modules de captation sont réalises par extrusion d'une matière plastique, la double paroi en U, les ailettes, les canaux de circulation d'air, les profils d'assemblage et les rainures venant d'extrusion. 17. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que les collecteurs (11,14) d'alimentation et de sortie et la surface de captation (13) sont réalisés en chlorure de polyvinyle. 18. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 a 17, caractérisé par l'assemb'age par simple emboîtement des collecteurs (11,14) , de la surface d captation (13), et du vitrage (24) tout en assurant l'étanchéité a la pluie et au fluide caloporteur.