Brevet FR2501839A1 — publié le 19820917

L'invention est relative a un panneau capteur solaire ainsi qu'à une installation de chauffage. Elle trouvera notamment son application dans le chauffage des habitations domestiques. Actuellement, les capteurs solaires sont situes a l'air libre et donc exposés aux rigueurs du climat. Ils sont souvent utilisés pour le chauffage des habitations et par conséquent trouvent leur pleine justification en hiver. Bien qu'ils ne présentent aucune utilité la nuit, les panneaux solaires actuels, pour des raisons de dimensions et de complexité d'installation, ne peuvent pourtant pas être démontés pour être abrites chaque soir. Ceci présente un certain nombre d'inconvénients. En raison de la grande différence de température qui peut exister'entre le jour et la nuit, l'emploi de capteurs solaires nécessite certaines précautions d'utilisation. En hiver, en contact avec l'air ex térieur, le panneau pourra être amene a une température nocturne très basse. Il faudra donc, au cas ou le capteur solaire fonctionne par échauffement d'un fluide caloporteur liquide, prevoir que ce dernier soit de type antigel. D'autre part, toute la chaleur massique accumulée dans le panneau, lors de son échauffement diurne, sera irrémédiablement perdue avant la nuit par convection dans l'atmosphère. Outre la perte intrinsèque qu'elle représente, le lendemain matin, le redémarrage du capteur sera long dans la mesure ou il faudra qu'il se réchauffe. Le but principal de la presente invention est de munir un capteur solaire de moyens assurant la protection thermique de sa face captatrice. Par isolation de la face captatrice, les moyens éviteront à cette dernière un refroidissement excessif et accessoirement pourront lui assurer une protection mécanique. Un autre but de la présente invention, est de proposer une installation de chauffage utilisant des panneaux capteurs solaires objet de l'invention qui en plus de sa fonction chauffage assure l'isolation thermique de l'habitation. Un autre but de la présente invention, est de proposer un capteur solaire présentant des moyens permettant de replier la face captatri ce pour en faciliter le ranoement. Un autre but de la présente invention est de présenter un panneau capteur solaire s'intégrant aux éléments habituels équipant une habitation. Un autre but de la présente invention est de presenter un pan neau solaire muni de moyens qui permettent la climatisation d'une habitation. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, qui ne sont cependant donnés qu'à titre indicatif, et qui n'ont pas pour but de limiter l'invention. Le panneau capteur solaire, notamment destiné au chauffage des habitations, comprenant une surface captatrice normalement tourne vers l'extérieur, c'est-a-dire vers la voûte céleste, est caractérisé par le fait qu'il presente des moyens pour protéger sa surface captatrice d'é- changes thermiques avec l'extérieur. L'invention sera mieux comprise si l'on se-réfère à la description ci-dessous, ainsi qu'aux dessins annexés qui en font partie intégrante. La figure 1 schématise le principe de fonctionnement des moyens assurant la protection de la face captatrice du panneau La figure 2 schématise le cas d'un panneau ayant deux faces captatrices. La figure 3 montre l'invention adaptée a un fluide caloporteur liquide. La figure 4 montre l'invention adaptee à un fluide caloporteur gazeux. La figure 5 montre l'invention fonctionnant à partir d'une prise d'air extérieur directe. La figure 6 schématise un mode préférentiel de realisation de l'invention selon la figure 5. La figure 7 schématise une installation de chauffage fonctionnant par conduction thermique. Les panneaux objet de l'invention sont de tout type par exemple à fluide caloporteur ou fonctionnant par effet photo voltalque. La figure 1 schématise le principe de fonctionnement des moyens qui permettent d'isoler thermiquement les faces captatrices vis-à-vis de l'air ambiant. Il faut entendre par face captatrice, la face du panneau qui est destinée à recevoir les rayons lumineux et qui est notamment composée des 7é- ments assurant le chauffage et l'isolation du fluide caloporteur ou des éléments produisant l'électricité par effet photo voltalque. Les moyens de protection, selon l'invention, consistent à venir couvrir la face captatrice par une surface auxiliaire de préférence iso lante thermiquement. Cette surface auxiliaire pourra être rigide ce qui, en outre, permettra d'assurer également une protection mecanique de la face captatrice. Dans un mode préférentiel de réalisation, schématisé à la figure 1, le panneau capteur solaire 1 sera adossé à une paroi 2 et disposera de moyens qui lui permettront d'appliquer sa face captatrice contre la paroi. En position ouverte, les moyens pourront permettre d'orienter le panneau vers la voûte céleste, en position fermée, les moyens permettront d'appliquer la face captatrice du panneau en regard avec la paroi. La face captatrice ainsi en position protegee pourra bénéficier d'une protection mécanique. D'autre-part, 0a présence de la paroi appliquée contre la face captatrice limitera les échanges thermiques entre cette dernière et l'air ambiant. On pourra, de préférence, équiper la face dorsale du panneau c'est-à-dire la face opposée à la face captatrice, de moyens d'isolation thermique.Cette isolation peut, par exemple, etre réalisée par l'utilisation d'une paroi ou d'un revetement mauvais conducteur de la chaleur. Cela représente un double avantage, d'une part le panneau, ouvert, en fonctionnement aura sa face dorsale isolante appli quee contre la paroi ce qui limitera les déperditions calorifiques de cette dernière, d'autre part, en position fermée la face dorsale isolante limitera les échanges thermiques de la face captatrice ainsi que de la surface de la paroi sur laquelle elle s'appuie avec l'air extérieur. Dans une utilisation domestique, le panneau capteur solaire isolant pourra avantageusement s'intégrer dans un cadre au format d'un volet de fenêtre ou de porte-fenêtre, ce qui lui permettra de se substituer à ce dernier. Dans la journée, le panneau sera degage de l'ouverture de la fenêtre et sa face captatrice sera orientée vers le soleil. Dans l'exemple de la figure 1 choisi, le panneau capteur solaire 1 est muni d'articulations 3 qui lui permettent en position ouverte le jour de s'adosser sur la paroi du mur 2 et en position fermée la nuit de venir masquer l'ouvertu-re de la fenêtre 4. Le pivotement du panneau 1 est schématisé par la flèche 5. En position ouverte, le panneau outre sa fonction capteur solaire isolera la partie du mur sur laquelle il est adossé, et en position fermée, viendra couvrir l'encadrement de la fenêtre 4, ce qui limitera les déperditions calorifiques provoquées par la présence de cette fenêtre et assurera la protection de la face captatrice qui bénéficiera de l'apport de chaleur issue de l'interieur de l'habitation au travers de la fenêtre 4.Un joint d'étanché'ité pourra être ajouté à la périphérie de chaque face du panneau, captatrice et dorsale, qui améliorera l'isolation de la paroi ainsi que de la fenêtre et de la face captatrice. Le rendement d'un capteur solaire est maximum lorsque ce dernier est perpendiculaire à la direction de la source lumineuse. Aussi, comme le montre la figure 2, on pourra avantageusement articulier le panneau 1 sur une pièce 6 elle-même articulée sur la paroi 2 selon une direction sensiblement perpendiculaire au premier axe d'articulation. Ce montage permettra d'orienter le panneau dans toutes les directions et en particulier de positionner sa face captatrice perpendiculairement a la direction du soleil. On pourra éventuellement équiper le panneau d'un dispositif d'entraînement qui permettra de suivre le soleil dans sa course. On pourra adjoindre au panneau 1 un second panneau de dimensions sensiblement identiques, ce panneau 8 sera articulé sur le panneau 1 en utilisant par exemple des charnieres 9. Le jour, en position ouverte, les panneaux sont depliés et-diriges vers le soleil présentant une grande surface captatrice. La nuit, en position fermée, le panneau 8 est replié sur le panneau 1, et l'ensemble des deux panneaux vient se rabattre contre l'encadrement de la fenêtre 4. En position dépliée les panneaux 1 et 8 viennent isoler la paroi du mur sur laquelle ils s'adossent, en position repliée leur superposition renforce l'isolation thermique de la fenêtre. Le repliage du panneau 8 sur le panneau 1 sera effectué selon la flèche 10, de telle sorte que les faces captatrices des deux panneaux soient en vis-à-vis. Un nombre plus important de panneaux articulés les uns aux autres aurait pu être adopté sans pour autant sortir du cadre de 1 'i n- vention. En position fermée la nuit, le repliage des panneaux les uns sur les autres peut se faire sous forme d'accordéon ou sous forme de spirale. La figure 3~montre un panneau capteur solaire isolant, qui chauffe un fluide caloporteur liquide. Dans l'exemple choisi, le panneau prend la place d'un volet de fenêtre 4. Le panneau est articulé autour de charnières 3 ce qui lui permet de venir s'adosser sur la paroi de mur 2 ou de se rabattre contre la fenêtre 4. Dans un mode préférentiel de réalisation, la face captatrice du panneau est constituée d'un vitrage 11 simple ou double, d'une plaque absorbante 12 de préférence noire mate et d'un serpentin 13 véhiculant le fluide caloporteur situé entre le vitrage 11 et la face absorbante 12. La face dorsale du panneau est constituée d'une paroi isolante 14. Un cadre 15, réalisé de préférence dans une matière isolante, sert de chassis support aux différents composants. La circulation du fluide caloporteur entre le panneau et l'extérieur est assurée au moyen de conduits souples 16. Un joint d'isolation thermique 17 pourra avantageusement être fixé sur la périphérie de la surface dorsale du capteur, ce joint 17 empéchera toute circulation d'air entre la paroi du mur 2 et le panneau lorsque ce dernier est applique contre la paroi, ce qui évitera toute déperdition calorifique de la paroi, couverte par le capteur, par convection. De même, un joint 18 pourra etre situé à la périphérie de la face captatrice, ce qui permettra lorsque le panneau est referme en appui sur l'encadrement de la fenêtre 4 d'empêcher toute circulation d'air situé entre le panneau et la fenêtre, et l'extérieur. La figure 4 montre la coupe d'un capteur solaire a fluide caloporteur gazeux. Dans l'exemple choisi, le panneau est représente en position ouverte, adossé à la paroi de mur 2. La face captatrice du panneau est constituee d'un vitrage simple ou double 11, d'une plaque absorbante 12, une chambre 19 située entre le vitrage 11 et la plaque 12 ou entre la plaque 12 et l'isolant 14 permet au fluide caloporteur de circuler, ici l'air. Par contact avec la plaque 12, l'air sera échauffé. Un orifice 20 sera découpé dans la paroi 2 et sera prolongé par un conduit 21 situé à la base de la face dorsale du panneau qui permettra l'introduction d'air dans la chambre 19.Un second conduit 22 pratiqué à l'autre extrémité du panneau prolongé par un orifice 23 dans la paroi permettra l'évacuation de l'air chauffé, vers l'habitation, les raccords entre les parties 20 et 21 ainsi que 22 et 23, seront de préférence, étanches. La face dorsale 14 du panneau, réalisée de préférence dans une matière isolante, sera avantageusement entourée d'un joint d'étanchéité 17 et assurera l'isolation thermique de la face de paroi 2 sur laquelle elle est appuyée. Un joint d'étanchéité 18 pourra avantageusement être situé à la périphérie de la face captatrice, ce qui permettra d'améliorer l'isolation thermique de cette dernière lorsqu'elle sera par exemple appliquée sur l'encadrement de fenêtre. On pourra avantageusement équiper les conduits 21 et 22, les orifices 20 et 23, de dispositifs 24 les obstruant complètement lorsque le panneau n'est pas en position ouverte, applique sur la paroi 2. Dans l'exemple de la figure 5 choisi, l'orifice et le conduit d'entrée d'air 20 et 21 sont remplacés par une prise d'air extérieur directe 25. L'air ainsi introduit dans la chambre 19 par l'entrée 25 est évacue à travers la paroi par un conduit 22 et un orifice 23. En particulier, l'air réchauffé peut être introduit directement dans l'habitation, ou être canalise par l'intermédiaire d'une gaine 26 vers par exemple un echangeur~air/eau ou une pompe à chaleur. La figure 6 montre une version élaborée du panneau solaire à fluide caloporteur. La plaque absorbante 12 forme une double paroi interieure. Dans l'exemple choisi, l'air est introduit par une prise d'air extérieur dont l'entrée 25 est située à la base du panneau ; il remonte le long de la chambre 19 en contact avec la face avant 26 de la plaque absorbante et redescend dans l'espace 32 amenagé entre la face arrière 33 de la plaque absorbante et la face dorsale 14 du panneau. La plaque absorbante sera, de préférence, réalisée dans un matériau bon conducteur de la chaleur ; la chaleur degagée, par la face avant de la plaque absorbante qui reçoit le rayonnement solaire, se propagera par conduction a la face arrière.La surface d'echange entre l'air et la face captatrice est ainsi doublée, ce qui améliore sensiblement la transmission de calories à l'air. Une plaque absorbante à double paroi aurait pu etre adoptée dans le cadre d'une circulation en circuit ferme de fluide caloporteur exposé à la figure 3. Le conduit 22 et l'orifice 23 auraient alors été placés à la partie inférieure du panneau. Les panneaux décrits aux figures 3, 4 et 5 pourront être avantageusement munis d'un clapet 27 situé à la partie supérieure de la chambre 19. Lorsqu'il est ouvert ce clapet 27 met en communication la chambre 19 avec l'extérieur. L'air introduit par l'entrée 25 ou 21 chauffé dans la chambre 19 s'échappe par le clapet 27 et-par effet de siphon aspire l'air par le conduit 22 et l'orifice 23. Cette aspiration d'air provoque un courant d'air dans l'habitation, qui, en été, pourra être apprécié. Le clapet 27 pourra être piloté par un thermostat qui assurera son ouverture automatique. En particulier, les panneaux solaires à fluide caloporteur pourront être équipés de moyens, tels que des volets, qui permettront d'arrêter la circulation du fluide. La figure 7 montre une installation de chauffage fonctionnant par conduction directe. Le panneau capteur solaire est constitue d'un vitrage 11, simple ou double, d'une chambre 19 et d'une plaque absorbante 12. Tous ces éléments étant fixés, dans un cadre 15. Un joint 17 sera réalisé sur la périphérie du cadre et viendra s'appliquer contre la paroi 2. Les rayons solaires venant frapper la plaque absorbante 12 provoqueront son échauffement. Par contact direct de la plaque absorbante 12 sur la paroi 2 ou par l'intermédiaire de la lame d'air 28, la face absorbante 12 écoulera ses calories à travers la paroi 2 vers l'intérieur de l'habitation.Pour le bon fonctionnement de l'installation, il est préférable que la paroi 2 soit relativement bonne conductrice de la chaleur, et même si possible avec un certain retardement afin que l'échauffement de la maison soit assuré la nuit alors qu'elle en a le plus besoin. Afin d'augmenter le rendement de l'installation, il est souhaitable d'isoler thermiquement la paroi 2 soit par une pellicule isolatrice extérieure 29 ou intérieure 30 située en dehors de la zone de conduction thermique, soit par un joint intérieur 31, interne à la paroi 2 qui canalisera la chaleur transmise vers l'intérieur de l'habistation. Le mode de réalisation qui vient d'etre decrit n'est donne qu'à titre indicatif et d'autres mises en oeuvre de la présente nvention, à la portée de l'Homme de l'Art, pourraient être adoptées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Panneau capteur solaire, notamment destiné au chauffage des habitations, comprenant une face captatrice normalement tournée vers l'extérieur, c'est-à-dire vers la voûte céleste, caractérisé par le fait qu'il présente des moyens pour proteger sa face captatrice d'échanges thermiques avec 1 'extérieur. 2. Panneau capteur solaire, notamment destiné au chauffage des habitations, comprenant une face captatrice normalement tourne vers l'extérieur, c'est-à-dire vers la voDte céleste, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens se présentent sous la forme d'une paroi (2) et d'une articulation (3) qui permettent de rabattre la face captatrice en regard de la paroi. 3. Panneau capteur solaire, notamment destine au chauffage des habitations, comprenant une face captatrice normalement tournée vers ltexterieur, c'est-à-dire vers la voûte céleste, selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la pièce (6) supportant l'articulation est elle-meme articulée dans une direction sensiblement perpendiculaire à la précédente et permet d'orienter ainsi la face captatrice du panneau vers le ciel. 4. Panneau capteur solaire, notamment destiné au chauffage des habitations, comprenant une face captatrice normalement tournée vers l'extèrieur, c'est-à-dire vers la voûte céleste, selon l'une quelconque des revendications -précédentes, caractérisé par le fait qu'il est intégré dans un cadre lui permettant de se substituer à un volet de fenêtre ou de porte fenêtre. 5. Panneau capteur solaire, notamment destiné au chauffage des habitations, comprenant une face captatrice normalement tournée vers l'extérieur, c'est- -dire vers la voûte céleste, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est constitué de plusieurs panneaux (1) et (8) articulés, repliables les uns sur les autres notamment en forme d'accordéon ou de spirale. 6. Panneau capteur solaire, notamment destiné au chauffage des habitations, comprenant une face captatrice normalement tournée vers l'extérieur, c'est- -åire vers la voute céleste, selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il présente une face dorsale (14) opposée à la face captatrice, qui isole thermiquement l'élément de paroi (2) sur lequel est adossé le panneau en position ouverte, et la face captatri ce ainsi que la paroi ou une fentre lorsque le panneau est en posi tion fermée. 7. Panneau capteur solaire, notamment destiné au chauffage des habitations, comprenant une face captatrice normalement tournée vers l'extérieur, c'est-à-dire vers la voûte céleste, selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il presente à sa périphérie un joint d'étanchéité (17) ou (18) sur au moins une de ses deux faces qui augmente l'isolation thermique de la face captatrice en position fermée et de la paroi (2) du mur sur laquelle il est adossé en position ouverte. 8. Panneau capteur solaire, notamment destiné au chauffage des habitations, comprenant une face captatrice constitué par une plaque absorbant les rayons solaires protégée par un simple ou double vitrage, dispose sur une paroi externe de mur d'habitation, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la transmission de la chaleur est assurée par conduction thermique à travers la paroi (2) à laquelle ce panneau est adossé. 9. Installation de chauffage, mettant en oeuvre le panneau défini selon la revendichtion 7, présentant une chambre de circulation de fluide caloporteur échauffe par contact avec la plaque absorbante (12), caracterisée en ce qu'elle comprend un mur extérieur d'habitation, le panneau solaire fixé au mur sur la face extérieure, des orifices (20) et (23) dans le mur, des conduits (21) et (22) correspondants dans le panneau permettant l'écoulement du fluide caloporteur à travers les orifices. 10. Installation de chauffage, mettant en oeuvre le panneau défini selon la revendication 7, présentant une chambre de circulation d'air échauffé par contact avec la plaque absorbante, caractérisée en ce qu'elle comprend une prise d'air extérieur (25), un mur extérieur d'habitation (2), le panneau solaire fixe au mur sur sa face extérieure, un orifice (23) réalisé dans le mur, un conduit (22) correspondant dans le panneau servant à l'évacuation de l'air échauffé. 11. Installation de chauffage, mettant en oeuvre le panneau défini selon les revendications précédentes, présentant une chambre de circulation de fluide caloporteur échauffé par contact avec la plaque absorbante, caractérisée par le fait que les orifices (20) et (23) réalises dans le mur, les conduits (21) et (22) pratiqués dans le panneau, ou les deux sont équipés de moyens (24) obstruant complètement le passage du fluide caloporteur lorsque le panneau n'est pas adossé à la paroi (2), en position ouverte. 12. Installation de chauffage, mettant en oeuvre le panneau défini selon les revendications précédentes, présentant une chambre de circulation de fluide caloporteur echauffe par contact avec la plaque absorbante, caractérisée par le fait que la plaque absorbante (12) forme une double paroi interieure, ce qui augmente la surface d'échan- ge avec le fluide caloporteur. 13. Installation de chauffage, mettant en oeuvre le panneau défini selon les revendications précédentes et présentant une chambre de circulation de fluide caloporteur échauffe par contact avec la plaque absorbante, caractérisée par le fait qu'elle présente des moyens permettant d'arrêter toute circulation de fluide caloporteur. 14. Installation de chauffage, mettant en oeuvre le panneau défini selon les revendications précédentes, présentant une chambre de circulation d'air échauffé par contact avec la plaque absorbante, caractérisée par le fait qu'elle presente un clapet (27) situe à sa partie supérieure qui, en position ouverte, permet de thermo-siphonner l'air amené par les orifices situés dans la paroi.