Brevet FR2519127A1 — publié le 19830701

La présente invention concerne un capteur solaire plat fonctionnant a basse température et destiné à être facilement inclus dans le réseau d'eau chaude sanitaire d'une maison individuelle ou d'un appartement. Tous les capteurs solaires plats à basse température qui existent actuellement sont conçus pour être installés à demeure à l'extérieur. Ils sont, de ce fait, étudiés pour résister aux intempéries pluie, vent, grêle, neige. Ceci entrain donc des contraintes importantes au niveau de la conception des capteurs, puisqu'il faut non seulement renforcer la structure des capteurs en utilisant des matériaux résistants, tels que de l'acier ou de l'aluminium, mais qu'il faut mettre en outre en place du verre pour bénéficier de l'effet de serre. De tels capteurs solaires, outre le fait qu'ils sont lourds et chers, ont en plus l'inconvénient de présenter une inertie thermique considérable. A cet égard, il convient de signaler que le problème de l'inertie thermique est très important, surtout dans le cas où les capteurs solaires sont utilisés sous des latitudes correspondantes à celles, par exemple, de la France, où les passages nuageux sont fréquents. En effet, dans un tel cas, 20 à 30 % de l'énergie solaire incidente captée a une température determinée est perdue, du fait de l'inertie thermique des capteurs, par rayonnement et par convection, durant la nuit ou durant la baisse accidentelle du flux solaire incident. La présente invention vise à réaliser un capteur solaire d'un type nouveau qui permet de remédier aux inconvénients ci-dessus. Le but essentiel de l'invention est pBr conséquent de réaliser un capteur solaire qui puisse être rétracté automatiquement lorsque les conditions météourilogiques extérieures rendent la captation calorifique nulle, de manière à minimiser les déperditions calorifiques de ce capteur. Un autre but de l'invention est de réaliser un capteur solaire particulLèrement facile à fabriquer et à poser et présentant un faible poids, de manière à avoir un faible prix de revient au mètre carré. Pour.atteindre ces buts, l'invention propose un capteur solaire comprenant une nappe souple nor finalement enroulée, un réseau de canalisations souples incorporé dans la nappe, une pompe apte à mettre en circulation un fluide caloporteur dans le réseau de canalisations et à dérouler la nappe pour une pression déterminée du fluide caloporteur dans le réseau de canalisations,et un ensemble de détection et de commande de la pompe de circ lation. On comprendra que le réseau de canalisations incorporé dans la nappe fonctionne suivant le principe connu du tube de Bourdon. En effet, lorsque l'on établit une pression dans un tube enroulé, ce tube se déroule jusqu'd ce que les contraintes équilibrent les efforts dus à la pression. Dans le cas.duicapteur de l'invention, lorsque la pression du fluide caloporteur du réseau de canalisations dépassera unevaleur prédéterminée, ce réseau de canalisations se déroulera, en provoquant par là même le déroulement de la nappe souple, jusqu'à ce que les contraintes, dues aux forces rappelant la nappe.vers sa configuration normalement-enroulée, équilibrent les efforts dus à la pression. Selon une autre caractéristique. de l'invention, 1'ensemble de détection et de commande comporte au moins un détecteur extérieur délivrant un signal à un calculateur relié à l'organe de marche-arrêt. de la pompe de circulation. Dans un mode de réalisation préféré dé l'invention, cet ensemble de détection et de commande comporte une cellule solaire au silicium délivrant un signal proportionnel au flux solaire incident, un anémomètre délivrant un signal proportionnel à la vitesse du vent, et un thermocouple mesurant la température du fluide caloporteur réchauffé. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la nappe souple est fixée par l'une de ses extrémités à l'intérieur d'une enceinte pourvue d'une porte s'ouvrant et se fermant automatiquement, res.pectivement lors du déroulement ou de l'enroulement de la nappe. Cette enceinte sera avantageusement réalisée en un matériau non conducteur de la chaleur, par exemple en une matière plastique expansée moulée. En outre, la face interne de la porte de l'enceinte sera avantageusement revêtue d'un matériau réf lé- chassant, servant de reflecteur aux rayons solaires qui viendront le frapper et participant ainsi au rêchauffage de la partie active du capteur solaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris àla lecture de la descripton qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue de dessus:d'un capteur solaire selon l'invention, dans lequel la nappe souple est en position déroulée La figure 2 est une vue en coupe de la nappe du capteur solaire de la figure 1 ; et La figure 3 est une vue en coupe de l'enceinte du capteur solaire de la figure 1, la nappe étant en position enroulée et la porte de l'enceinte étant en position de fermeturé. Le capteur solaire, tel que représenté plus particulièrement sur les figures 1 et 3, comporte un panneau solaire comprenant une nappe souple 10 normalement enroulée. Cette nappe souple est constituée d'un rectangle réalisé en une matière plastique souple, de couleur noire et présentant de bonnes propriétés d'isolation thermique. La nappe souple 10 incorpore, dans son épaisseur, au moins un ressort spiralé, et dans le cas présent deux ressorts spiralés 12, qui ont tendance à ramener la nappe vers sa position normalement enroulée, telle que représentée sur la figure 3. Un réseau de canalisations souples 14 est également incorporé dans l'épaisseur de la nappe 10 pour permettre de faire circuler un fluide caloporteur au sen de ce réseau. Le réseau 14 comporte un collecteur 16 d'amenée du fluide caloporteur et un collecteur 18 de retour du fluide caloporteur. Le collecteur 16 se divise en deux.et débouche dans deux canalisations principales 20 parallèles entre elles et à la direction de déroulement et d'enroulement de la nappe 10. Les deux canalisations 20 se prolongent par deux serpentins 22 qui aboutissent tous deux à une jonction 24 en liaison avec la canalisation de retour 18. Ainsi que cela apparaît sur la figure 2, la nappe 10 incorporant le réseau de canalisations 14 présente une épaisseur relativement faible, par exemple non supérieure à 5 millimètres, l'ensemble devant avoir un faible équivalent en eau pour assurer un bon fonctionnement du capteur. On conçoit donc que, suivant que la pression du fluide caloporteur dans le réseau de canalisations 14 est supérieure ou inférieure à une valeur prédéterminée, cette pression permet de vaincre ou non la force de rappel exercée par les ressorts 12 et, par conséquent, de provoquer soit le déroulement de la nappe 10 pour l'amener dans la position de la figure 1, soit son enroulement pour l'amener dans la position représentée sur la figure 3. Comme indiqué plus haut, tous les capteurs solaires en fonctionnement sont soumis à des déperditions caSorAfiques radiatives et convectives. Les déperditions calorifiques convectives sont d'autant plus fortes que le vent est plus violent. Le capteur solaire de l'invention comporte des moyens propres à rétracter le panneau solaire du capteur, c'est-à-dire de la nappe souple 10, lorsque la combinaison du flux solaire incident et du vent établi rend la captation calorifiquenulle. La rétractation du capteur par enroulement de la nappe 10 ou la mise en service du capteur par déroulement de la nappe 10 sont pilotées en fonction de la pression du fluide caloporteur au moyen d'un ensemble 26 de détection et de commande d'une pompe 28. Cette pompe 28est placée en amont du collecteur d'amenée 16 pour permettre de faire circuler le fluide caloporteur à l'intérieur du réseau de canalisations 14. L'ensemble 26 comporte trois détecteurs extérieurs, propres à détecter chacun un paramètre météorologique détermine. Ces trois détecteurs comprennent une cellule solaire au silicium 30 délivrant un signal proportionnel au flux solaire incident, un anémomètre .32 délivrant un signal proportionnel à la vitesse du vent et un thermocouple 34 mesurant la température du fluide caloporteur réchauffé, c'est-à-dire en rval du panneau solaire, et délivrant un signal proportionnel cette température. Les trois signaux issus respectivement des détecteurs 30 , 32 et 34 sont délivrés à-- un calculateur 36 qui est lui-même relié à l'organe de marche-arrêt 37 de la pompe 28. Le calculateur 36 sera programmé de telle sorte. qu'il puisse donner l'ordre de marche à la pompe 28 lorsque les paramètres détectés par les détecteurs 30 .32 et 34 sont tels que la captation calorifique est positive, et au contraire qu'ils donnent l'ordre d'arrêt a la pompe lorsque les paramtres détectés sont tels que la cptation calorifique est nulle. La nappe 10 est fixée par l'une de ses extrémités, a savoir l'extrémité 38 à l'intérieur d'une enceinte 40, de forme généralement parallélépipédique, qui est pourvue d'une porte 42 s'ouvrant et se fermant automatiquement, respectivement lors du déroulement ou de l'enroulement de la nappe 10. L'enceinte 40 est de préf é- rence athermane, c'est-à-dire réalisée en un matériau non conducteur de la chaleur. C'est ainsi qu'elle peut être facilement réalisée en une matière plastique expansée et moulée. Comme représenté sur la figure 1, les extrémités 44 des ressorts 12 et l'extrémité 38 de la nappe 10 sont fixées sur le fond 46 de l'enceinte 40 qui est destinée à être fixée sur une paroi support (mur ou toit). La porte 42 pivote autour d'un axe de pivotement 48 et est assujettie à des doigts à ressorts 50 qui tendent à rappeler en permanence la porte 42 vers la position de fermeture représentée sur la figure 3. La pression de la pompe de circulation 28 doit être calculée pour permettre de dérouler la nappe 10 hors de l'enceinte 40 dont la porte 42 sera ouverte ou fermée par les doigts à ressorts 50. La nappe 10 comporte, à son extrémité 52, opposée à l'extrémité 38, plusieurs aimants permanents 54 destinés à plaquer la nappe 10 contre une partie métallique de la paroi support, lorsque cette nappe est parvenue en fin de déroulement. On empêche ainsi que la nappe 10 puisse s'onduler sous l'effet de vent assez faible. Dans le cas d'un vent violent, les informations détectées par l'anémomètre32 commanderont, par l'intermédiaire du calculateur 36., l'arrêt de la pompe 28 et, par conséquent, l'enroulement de la nappe 10 dans enceinte 40. La chute de pression de la pompe 28 et l'effet dynamique des ressorts 12 seront alors. suffisants pour arracher les aimants 54 de la surface métallique sur laquelle ils étaient fixés. L'enceinte 40 est réalisée et orientée de telle sorte qu'en position d'ouverture de la porte 42, dont la face interne est revêtue d'un matériau réflechissant 56, cette porte sert de réflecteur aux rayons solaires qui viendront la frapper et participe ainsi au rechauffage de la partie active du capteur. Il est bien évident que l'ensemble 26 de détection et de commande pourra actionner un grand ensemble de capteurs, ceux-ci - étant installés en paralldle sur les collecteurs de fluide caloporteur chaud et froid véhiculant celui-ci vers une capacité accumulatrice, par exemple du type chauffe-eau. Le capteur de l'jnvention sera avantageusement réalisé en éléments démontables de telle façon qu'il puisse être assemblé facilement par l'utilisateur lui-même. La nappe souple 10 peut être, par exemple, réalisée par coulée d'une matière plastique de type silicone sur des tissus de type polyester chargés de lui conférer une meilleure tenue mécanique. Deux couches de tissu de ce type sont représentées en traits interrompus sur la figure 2. Dans ce cas, les canalisations 14 se présentent comme un trou dans la masse même de la nappe. Ceci peut être obtenu, par exemple, en disposant pour la coulée un noyau ayant la forme des canalisations 20, des serpentins 22 et de la jonction 24 et réalisé dans une matière fusible, telle que de la cire, que l'on élimine ensuite après polymérisation de la nappe. En variante, on peut réaliser le réseau de canalisations 14 à l'aide d'une gaine en tissu de polyéthylène disposée de la même façon. Les exemples ci-dessus ne constituent que des exemples non limitatifs de réalisation de la nappe souple. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulièrement décrit et représenté et on peut imaginer d'autres variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Capteur solaire caractérisé par le fait qu'il comprend une nappe souple (10) normalement enroulée, un réseau de canalisations souples (14) incorporé dans la nappe, une pompe (28) apte à mettre en circulation un fluide caloporteur dans le réseau de canalisations (14) et à dérouler la nappe (10) pour une pression déterminée du fluide caloporteur dans le réseau de canalisations (14), et un ensemble (26) de détection et de commande de la pompe de circulation (28). 2. Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ensemble(26) de détection et de commande comporte au moins un détecteur extérieur (30, 32,34 ) délivrant un signal à un calculateur (.34) relié à l'organe de marche-arrêt (37) de la pompe de circulation (28). 3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'ensemble (26) de détection et de commande comporte une cellule solaire au silicium (30) délivrant un signal proportionnel au flux solaire incident, un anémomètre (2) délivrant un signal proportionnel à la vitesse du vent, et un thermocouple (34j mesurant la température du fluide caloporteur réchauffé. 4. Capteur solaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la nappe (10) est fixée par l'une (38) de ses extrémités à l'intérieur d'une enceinte (40) pourvue d'une porte (42) s'ouvrant et se fermant automatiquement, respectivement lors du déroulement ou de l'enroulement de la nappe (10). 5. Capteur solaire selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'enceinte (40) est réalisée en un matériau non conducteur de la chaleur, par exemple en une matière plastique expansée moulée. 6. Capteur solaire selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que la face interne de la porte ( 2.) est revêtue d'un matériau réfléchissant. 7. Capteur solaire selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'extrémité opposée (52) de la nappe (10) est pourvue d'aimants permanents (54) pour fixer la nappe (10) contre une paroi support. 8. Capteur solaire selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la nappe (10) est réalisée en une matière plastique de couleur noire et isolante de la chaleur. 9. Capteur solaire selon l'une des revendications 1 a 8, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un ressort spiralé (12) incorporé dans la nappe (10).