Brevet FR2517811A1 — publié le 19830610

Dispositif de captation du rayonnement solaire et d'accumulation de la chaleur pour chauffage nocturne d'un local L'invention concerne un dispositif de captation du rayonnement solaire et d'accumulation de la chaleur pour chauffage nocturne d'un local. On connatt de tels dispositifs comportant des capteurs solaires qui sont disposés par exemple en toiture dune habitation, et parcourus par un fluide caloporteur, air ou eau, qu'ils échauffent sous l'action du rayonnement solaire. Le fluide caloporteur parcourt ensuite un accumulateur de chaleur, qui est disposé par exemple en sous-sol et auquel le fluide céde sa chaleur avant de retourner vers le capteur en circuit fermé. Cet accumulateur peut être du type "à chaleur sensible" qui absorbe la-chaleur par l'élévation de sa température, (lit de cailloux ou eau) ou du type à chaleur latente qui absorbe la chaleur par changement d'état (fusioh de paraffine). Pendant la nuit un fluide caloporteur, qui peut être celui qui a été utilisé pendant le jour, parcourt cet accumulateur pour y reprendre la chaleur accumulée pendant le jour et la libérer dans le local à chauffer.Un tel mode d'association d'un capteur solaire et d'un accumulateur de chaleur présente l'inconvénient de nécessiter un circuit complexe de fluide caloporteur. On connaît d'autre part des murs qui sont disposés à l'intérieur d'un local derriere un vitrage fixe et qui constituent à la fois accumulateur de chaleur par leur masse et capteur solaire par leur face avant absorbante exposée au rayonnement. De tels murs restituent la nuit la chaleur qu'ils ont absorbée pendant le jour. Ils présentent l'inconvénient d'occuper un volume important à l'intérieur du local et d'empecher la lumière de pénétrer dans la partie habitable du local derrière le mur. La présente invention a pour but la réalisation d'un dispositif assurant les mêmes fonctions de captation et d'accumulation tout en ne comportant pas de circuit de fluide et n'empêchant pas la lumière de pénétrer dans un local à partir des façades de celui-ci exposées au soleil. Elle a pour objet un dispositif de captation du rayonnement solaire et d'accumulation de la chaleur pour chauffage nocturne d'un local, ce dispositif comportant un accumulateur de chaleur muni d'une paroi absorbante propre à transformer en chaleur le rayonnement solaire parvenant sur la face avant de l'accumulateur, cet accumulateur contenant un matériau de stockage thermique capable d'accumuler la chaleur absorbée par cette paroi absorbante et de restituer ultérieurement cette chaleur pour chauffer le local, - ce dispositif étant caractérisé par le fait que l'accumulateur de chaleur est muni de moyens de déplacement lui permettant de prendre alternativement une position "d'accumulation" qui est extérieure au local et expose sa face avant au rayonnement solaire sans obturer une ouverture du local, et une position "de chauffage" dans laquelle il envoie de la chaleur dans le local à partir de cette même face avant, - cet accumulateur comportant une couche arrière thermiquement isolante. De préférence lesdits-moyens de déplacement sont des moyens de rotation de l'accumulateur autour d'un axe, ces moyens de rotation pouvant être fixés à un mur d'un local sur le bord d'une fenêtre pour que l'accumulateur constitue un volet qui puisse être ouvert ou fermé par rotation autour de cet axe, et dont une face avant puisse recevoir le rayonnement solaire pour l'absorber sur ladite paroi absorbante lorsque le volet est en position d'ouverture pendant le jour, cette meme face venant en regard de la fenêtre lorsque le volet est en position de fermeture pendant la nuit pour chauffer le local par transfert de chaleur à partir de cette paroi absorbante à travers la fenêtre. Les positions d'ouverture et de fermeture constituent alors lesdites positions d'accumulation et de chauffage. L'accumulateur pourrait cependant aussi être monté coulissant à travers une fente verticale creusée dans un mur et munie de joints d'étanchéité. Selon une autre disposition préférée la paroi absorbante est une paroi avant opaque de l'accumulateur de chaleur, le rayonnement solaire étant absorbé sur la face avant de cette paroi et la chaleur produite étant transférée au matériau de stockage par conduction solide à travers cette paroi. Le capteur comporte alors en outre une plaque avant transparente disposée en avant de la paroi absorbante pour immobiliser une couche d'air entre cette plaque et cette paroi et empêcher un transfert de chaleur de cette paroi vers l'atmosphère par eonduction ou convection. Il est cependant clair que la paroi absorbante pourrait être constituée par une paroi arrière d'un accumulateur contenant un matériau de stockage transparent, ou par un matériau de stockage absorbant. La paroi avant de l'accumulateur serait alors constituée d'un matériau transparent. A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire ciaprès, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, etre remplacés par d'au-tres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue en élévation d'un premier volet constituant un dispositif selon l'invention. La figure 2 représente une vue du même volet en perspective éclatée. La figure 3 représente une vue du même volet à échelle agrandie en coupe par un plan vertical transversal selon la ligne III-III de la figure 1 La figure 4 représente une vue partielle en coupe horizontale d'une fenêtre obturée par deux volets identiques au premier volet. La figure 5 représente une vue avec coupe-horizontale partielle d'un deuxième volet selon l'invention, en position d'ouverture complète, ce volet étant identique au premier sauf qu'il est muni d'un joint d'étanchéité de "jour" sur face arrière. La figure 6 représente une vue en coupe horizontale partielle de conteneurs de matériau de stockage thermique utilisables dans les volets ci-dessus. Le premier volet décrit 2 fait partie d'une paire de volets symétriques 2 et 2a visibles sur la figure 4 et permettant d'obturer de manière opaque une ouverture percée dans un mur 4 d'un local d'habi tation. Cette ouverture est obturée par ailleurs par une fenêtre transparente qui est disposée de manière classique à peu près dans le plan de la face intérieure du mur, alors que les volets fermés sont disposés à peu près dans le plan de la face extérieure de ce mur. Seul le cadre dormant 6 de eette fenêtre a été représenté. Ce-volet tourne autour d'un axe de rotation vertical 8 disposé sur le bord de l'ouverture et matérialisé par des pentures 10 fixées au volet et tournant sur des gonds 12.Ces derniers sont fixés à un cadre dormant de volet 14 scellé sur les-bords de l'ouverture, et commun aux deux volets 2 et 2a. Ces gonds et pentures permettent une rotation de 1800 du volet et constituent les moyens de déplacement et plus particulièrement de rotation précédemment mentionnés. On appelera ci-après "avant" la face du volet exposée au soleil lorsque le volet est ouvert le jour et ':arrierei' celle qui est tournée vers l'extérieur lorsque le volet est fermé la nuit. Le volet 2 comporte de l'avant vers l'arrière, les éléments sui vants - Une plaque avant 16 constituée d'une matière plastique transparente extrudée telle qu'un polycarbonate ou un polymère acrylique avec une épaisseur de îmm, cette plaque isolant une couche d'air stagnant 18 épaisse de 20 mm et empêchant autant que possible la perte de la chaleur du volet par conduction ou convection. - Un accumulateur de chaleur constitué par une enceinte 20 ne communiquant avec l'extérieur que par de petites ouvertures à son extrémité supérieure. Les parois de cette enceinte sont constituées de polypropylène avec une épaisseur de 1,5mm. Un matériau de charge tel que le noir de carbone assure à ces parois à la fois une couleur noire permettant l'absorbtion quasi totale du rayonnement solaire2 et une conductivité thermique permettant le transfert de chaleur de l'avant vers l'arrière à travers la paroi avant 22 qui constitue dans cet exemple la paroi absorbante précédèmment mentionnée. Cette enceinte contient un matériau de stockage thermique tel que l'eau ou la paraffine présentant une capacité calorifique supérieure à 39 calories par gramme entre 10C et SOC. Cette capacité est de 40 pour l'eau et de 52 pour la paraffine. L'épaisseur de ce matériau est de 2,5cm. L'enceinte 20 peut être remplacée par une succession de conteneurs prismatiques verticaux 20a constitués d'aluminium et assemblés par queues d'arondes (fig.6), la face avant de ces conteneurs étant noircie. - Une couche arrière thermiquement isolante 24 épaisse de 3cm et constituée de mousse de polyurethane expansé. - et un cadre ouvrant 26 en polychlorure de vinyle chargé extrudé assurant la tenue mécanique de l'ensemble. Ce cadre peut offrir l'apparence de lames de bois occupant toute la face arrière du volet. Il comporte, de même que l'enceinte 20 et la plaque avant 16, des nervures en saillie vers l'intérieur pour augmenter sa rigidité et positionner l'enceinte 20. Des plaques supérieures 28 et inférieure 30 en polychlorure de vinyle complétent la surface du volet. Le dispositif comporte en outre un joint d'étanchéité "de nuit" 32, 32a pour que le volet 2 qu'il constitue puisse, lorsqu'il est en position fermée, obturer ltouverture de la fenêtre 6 de manière étanche et éviter une perte de chaleur par circulation d'air entre l'atmosphère extérieure et le volume isolé par le volet. Une partie 32 de la longueur de ce joint est portée par le cadre dormant 14. Une autre partie 32a est portée par le cadre ouvrant 26 sur le bord radialement extérieur du volet, de manière à coopérer avec un joint correspondant porté par le volet symétrique 2a. Les volets fermés sont fixés l'un à l'autre en trois points par des sytèmes de fermeture 30. Le cadre ouvrant du volet 28 représenté sur la figure 5 comporte un joint d'étanchéité "de jour" 34 pour isoler une couche d'air entre le volet 28 en position complètement ouverte et le mur 4 contre lequel il s'appuie de manière à éviter une perte de chaleur par circulation d'air entre le volet et le mur. Chaque volet peut être par exemple haut de 135 à 225cm et large de 60cm. Il apparait que le dispositif qui vient d'être décrit constitue à la fois un volet de fenêtre du type dit "battant" ou "ouvrant à la française", un capteur solaire, et un accumulateur de la chaleur qui est captée le jour quand le volet est ouvert. Quand on ferme le volet, au crépuscule, la chaleur est restituée lentement vers l'intérieur du logement par rayonnement à travers la fenêtre fermée, c'est-à-dire que, quand il y a eu du soleil dans la journée, non seulement les déperditions de la fenêtre sont nulles, mais en plus une partie de l'énergie accumulée pénétre dans le logement. Les fenêtres doivent pour cela être orientées sud, sud-est, ou sud-ouest. Même si le volet selon l'invention n'a pas accumulé de chaleur pendant la journée par suite de l'absence de soleil, sa présence reste avantageuse car, par rapport à un volet de type connu, il diminue fortement les déperditions de nuit à cause de sa bonne isolation thermique. Les joints d'étanchéité prévus sur le cadre dormant (qui peut être le même que celui de la fenêtre) immobilisent la couche d'air formée entre le volet fermé et la fenêtre, ce qui améliore encore l'isolation thermique. L'isolation obtenue permet non seulement de diminuer fortement les déperditions de nuit, mais assure de plus un bon confort d'été quand le volet est fermé le jour. Le volet procure par ailleur une isolation phonique supplémentaire en position fermée à cause des isolants, et sa rigidité assure une bonne protection contre les effractions. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de captation du rayonnement solaire et d'accumulation de la chaleur pour chauffage nocturne d'un local, ce dispositif comportant un accumulateur de chaleur (20) muni d'une paroi absorbante (22) propre à transformer en chaleur le rayonnement solaire parvenant sur la face avant de l'accumulateur, cet accumulateur contenant un matériau de stockage thermique capable d'accumuler la chaleur absorbée par cette paroi absorbante et de restituer ultérieurement cette chaleur pour chauffer le local, - ce dispositif étant caractérisé par le fait que l'accumulateur de chaleur est muni de moyens de déplacement (10, 12) lui permettant de prendre alternativement une position "d'accumulation" qui est extérieure au local et expose sa face avant au rayonnement solaire sans obturer une ouverture du local, et une position "de chauffage" dans laquelle il envoie de la chaleur dans le local à partir de cette même face avant, - cet accumulateur comportant une couche arrière thermiquement isolante~(24). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de déplacement sont des moyens de rotation (10, 12) de l'accumulateur (2) autour dVun axe (8), ces moyens de rotation (10, 12) pouvant être fixés à un mur (4) d'un local sur le bord d'une fenêtre (6) pour que l'accumulateur constitue un volet (2) qui puisse être ouvert ou fermé par rotation autour de cet axe, et dont une face avant (16) puisse recevoir le rayonnement solaire pour l'absorber sur ladite paroi absorbante (22) lorsque le volet est en position d'ouverture pendant le jour, cette même face venant en regard de la fenêtre lorsque le volet est en position de fermeture pendant la nuit pour chauffer le local par transfert de chaleur à partir de cette paroi absorbante à travers la fenêtre, les positions d'ouverture et de fermeture constituant lesdites positions d'accumulation et de chauffage. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi absorbante (22) est une paroi avant opaque de l'accumulateur de chaleur, le rayonnement solaire étant absorbé sur la face avant de cette paroi et la chaleur produite étant transférée au matériau de stockage par conduction solide à travers cette paroi, - ce capteur comportant en outre une plaque avant transparente (16) disposée en avant de la paroi absorbante (22) pour immobiliser une couche d'air (18) entre cette plaque et cette paroi et empêcher un transfert de chaleur de cette paroi vers l'atmosphère par conduction ou convection. 4/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un joint d'étanchéité "de nuit" (32, 32?) pour que le volet (2) qu'il constitue puisse, lorsqu'il est en position fermée, obturer l'ouverture de ladite fenêtre (6) de manière étanche et éviter une perte de chaleur par circulation d'air entre l'atmosphère extérieure et le volume isolé par le volet. 5/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un joint d'étanchéité "de jour" (34) pour isoler une couche d'air entre le volet (2b) en position complètement ouverte et le mur (4) contre lequel il s'appuie de manière à éviter-une perte de chaleur par circulation d'air entre le volet et le mur. 6/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un cadre dormant (14) qui est susceptible d'être scellé dans un mur sur les bords de l'ouverture d'une fenêtre et qui porte des moyens de rotation fixes (12) coopérant avec des moyens de rotation mobiles (10) portant l'accumulateur (20), ce cadre dormant portant -en outre une partie (32) du joint d'étanchéité de nuit. 7/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'axe de rotation (8) du volet (2) est vertical. 8/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau de stockage thermique présente une capacité calorifique supérieure à 39 calories par gramme entre 1QOC et 500C. 9/ Volet battant pour fenêtre, caractérisé par le fait qu'il comporte dans son épaisseur un accumulateur de chaleur (20) à eau ou à paraffine qui reçoit le rayonnement solaire à travers une plaque avant transparente (16) lorsque le volet est ouvert le jour, et qui restitue cette chaleur à l'intérieur d'un local à travers la fenêtre (6) lorsque le volet est fermé la nuit.