Brevet FR2516219A1 — publié le 19830513

La présente invention a pour objet un capteur solaire plus particulièrement destiné au chauffage et au stockage par passage direct d'eau sanitaire, sans échangeur. Le capteur solaire conforme à l'invention est plus particulièrement destiné à des pays à climatologie tropicale, dans lesquels il n'y a pas de risque de gel et où les nuits sont tièdes. Le but poursuivi selon l'invention est de réaliser un capteur solaire à très haut rendement, à faible cotit, ne nécessitant aucune servitude annexe, pouvant être immédiatement installé sur place et alimenté par l'adduction d'eau froide. Habituellement, les capteurs solaires ne sont pas conçus ainsi. Généralement, les capteurs solaires comprennent un capteur d'énergie proprement dit et un volume de stockage thermiquement isolé. D'habitude, le capteur solaire a un faible volant calorifique de façon à pouvoir profiter dans les.meil- leures conditions des moindres périodes d'ensoleillement. Un détecteur de température et un circulateur sont associés au capteur de façon à transporter la chaleur du capteur au volume de stockage lorsque la température du capteur devient supérieure à celle du stockage et arrêter cette circulation dans la situation inverse. Le plus souvent, le fluide caloporteur circule dans le capteur en circuit fermé, l'eau sanitaire étant chauffée dans le volume de stockage par un serpentin formant échangeur traversé par le fluide caloporteur. De telles installations sont relativement compliquées et très mal adaptées aux besoins et aux impératifs des pays à climatologie tropicale et à faible technologie. Le capteur solaire conforme à l'invention permettant le chauffage et le stockage par passage direct d'eau sanitaire se caractérise en ce qu'il comprend essentiellement une enceinte unique dont la partie basse est de section aplatie à fort rapport surface/volume et dont la partie haute est de section arrondie à faible rapport surface/volume, l'entrée d'eau se faisant en partie basse et le soutirage en partie haute. Ainsi conçue, la construction est considérablement simplifiée, puisque l'appareil formant à la fois capteur solaire et stockage est constitué d'une seule enceinte. Cette enceinte convenablement orientée est exposée directement au rayonnement solaire, la partie basse formant surface la plus active du capteur, et la partie haute formant essentiellement réserve d'eau chaude. Du fait de l'enceinte unique formée par l'appareil, on obtient une stratification par thermosiphon de l'eau froide en partie basse et de l'eau chaude en partie haute. Dans ces conditions, le soutirage d'eau chaude peut se faire par un tuyau pénétrant à la base de l'enceinte et débouchant au voisinage de la partie haute, tandis que l'arrivée d'eau froide sanitaire se fait en partie basse. Etant donné qu'il n'y a pas d'échangeur thermique, le rendement est maximal. Lorsqu'il n'y a pas d'ensoleillement, c'est-à-dire essentiellement la nuit, la partie haute de l'appareil forme réserve d'eau chaude assurant les besoins réduits de nuit et du matin, le rapport surface/volume de la partie haute du capteur à faible rapport réduisant les pertes par rayonnement dans un milieu tropical favorable. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel capteur solaire qui se caractérise en ce qu'on part d'un tube circulaire fermé à ses deux extrémités et l'on provoque la déformation du tube par explosion dans un moule de forme appropriée. L'opération de fabrication est ainsi considérablement simplifiée, l'appareil ne comportant qu'un minimum d'opérations de soudure assurant une bonne fiabilité. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront plus clairement à l'aide de la description.qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre une vue en élévation d'un dispositif formant capteur solaire conforme à l'invention, - la figure 2 montre à plus grande échelle, en vue perspective, le même appareil, - la figure 3 est une vue en coupe faite sensiblement selon le plan III-III de la figure 2 avant mise en place des ailettes, - la figure 4 montre en coupe, comme la figure 3, une variante de réalisation du raidissage de la partie basse, - la figure 5 montre en coupe avec arrachement, faite dans un plan dirigé sensiblement comme le plan IV-IV de la figure 2, une variante d'un raidisseur pouvant être utilisé. En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2, le capteur solaire 1 pour le chauffage et le stockage par passage direct d'eau sanitaire conforme à l'invention comprend essentiellement une enceinte unique dont la partie basse 2 est de section aplatie et la partie haute 3 est de section arrondie. De cette manière, le rapport de la surface exposée de la partie basse 2 au volume V1 de cette partie basse est relativement grand, tandis que le rapport de la surface exposée de la partie supérieure 3 au volume V2 de cette partie supérieure est relativement faible. Dans l'exemple illustré, la section de la partie basse 2 est de forme sensiblement elliptique aplatie, tandis que la section de la partie supérieure 3 est sensiblement circulaire. La partie haute 3 se termine par un fond bombé, avantageusement sensiblement hémisphérique 4. La partie basse 2 et la partie haute 3 sont raccordées par une section intermédiaire 5 à courbure douce. A sa partie inférieure, le capteur 1 est fermé par un fond 6 que traversent respectivement le conduit d'alimentation d'eau froide 7 et le conduit de soutirage d'eau chaude 8 dont l'extrémité supérieure 8a plonge dans le réservoir supérieur 3 au voisinage du sommet de cette partie. Le capteur est installé sur le site de façon que la plaque 6 soit située en bas et le fond 4 situé au-dessus, de manière que l'eau chaude qui se forme dans le capteur se stratifie automatiquement, l'eau la plus chaude se déplaçant vers la partie supérieure du réservoir 3, l'eau la plus froide descendant vers la partie basse du capteur. Bien entendu, la surface aplatie du capteur est orientée le plus favorablement pour recevoir le rayonnement solaire. Cette surface aplatie est avantageusement augmentée par adjonction sur les bords 9, 10 aplatis de la partie 2 d'ailettes 11, 12 rapportées, par exemple soudées sur ces bords. Ainsi est augmentée la surface S d'exposition apparente de la partie basse du capteur. De façon à rigidifier la structure, on peut prévoir des raidisseurs extérieurs ou intérieurs. Aux figures 1 et 2, on a représenté en 13 des nervures formant raidisseurs. Ces nervures peuvent être soudées sur des plaques internes rapportées 14 (figure 3) dans lesquelles seront formées des perforations 15, 16, 17 permettant une bonne circulation de l'eau par thermosiphon. Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 4, le raidisseur 18 est rapporté sur l'extérieur et enfilé par dessus la partie basse aplatie du capteur. Dans la variante illustrée, la section basse, au moins au niveau des raidisseurs du capteur, n'est pas ellipsoidale mais en forme d'altère, ce qui donne également une bonne rigidité axiale à l'appareil. Le. raidisseur 18 lui-même peut présenter une section en T, la barre du T formant le rebord 18a du raidisseur. Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 5, le raidisseur est formé par une simple bague 19 à section en U à fond plat glissé par dessus la surface de la partie basse 2 du capteur. Bien entendu le raidisseur doit être mis en place s'il est extérieur avant la mise en place des ailettes 11, 12. Un procédé efficace et pratique de construction de l'appareil consiste à partir d'un tube circulaire fermé à ses deux extrémités dont on provoque la déformation après coup, par exemple par explosion dans un moule de forme appropriée. De préférence, pour éviter les problèmes de contraintes, le périmètre de la partie basse aplatie, qu'elle soit ellipsoidale ou d'autre forme comme illustré à la figure 4, a sensiblement la même longueur que le périmètre de la partie supérieure 3, ces deux périmètres n'étant guère différents du périmètre du tube de départ. Ainsi, d'une seule opération on obtiendra l'appareil avec son fond bombé 4, et il ne restera plus qu'à fixer le fond 6, les conduits 7 et 8, les éventuels raidisseurs et les ailettes qui améliorent le captage. Pour constituer l'appareil, on pourra utiliser des matériaux tels qu'un acier inoxydable de qualité appropriée, des stratifiés plastiques, de l'acier noir ou de l'aluminium gainé d'un sac étanche en matériau plastique de qualité appro priée tel que PVC ou caoutchouc synthétique résistant à la chaleur. Les caractéristiques de captation de l'appareil peuvent être améliorées comme il est bien connu en utilisant un revêtement sélectif au rayonnement solaire de la partie exposée qui assure à la fois une meilleure absorption au captage et une diminution des pertes par rayonnement y compris nocturnes. Sur le tuyau d'alimentation d'eau, on peut prévoir avantageusement une soupape de sécurité de type semblable à la soupape utilisée sur les chauffe-eau électriques. Sur le tuyau d'entrée d'eau froide, on peut prévoit un réducteur de pression si la pression d'alimentation en eau de ville est trop importante. Le capteur pourra être utilisé selon les conditions d'emploi avec ou sans vitrage formant effet de serre. Even- tuellement, il peut être placé devant un miroir réflecteur pour améliorer les conditions de chauffage. A titre d'exemple, on donnera les dimensions d'un capteur type. Le capteur est obtenu à partir d'un tube en acier de diamètre nominal égal à 280 mm. Après déformation, la partie cylindrique circulaire n'a pas sensiblement changé, tandis que la partie aplatie est sensiblement elliptique et présente un grand diamètre égal à 350 mm pour un petit diamètre égal à 220 mm. Deux ailettes de 150 mm de large élargissent la surface capteuse dont la largeur est donc portée à environ 650 mm. La longueur de la partie basse capteuse est choisie égale à 1500 mm, tandis que la hauteur de la partie stockage 3 est égale à 500 mm, la longueur hors tout de l'appareil étant de 2000 mm. Un tel capteur présente une surface capteuse basse S d'environ lm2 Le volume stocké d'eau est égal à V = V1 + V2 = 70 1 + 3Ô 1 =100 1. Plusieurs capteurs dece type en parallèle peuvent être associés selon les besoins. il apparait qu'un tel appareil assurera un captage très efficace de jour. En fin de journée, lorsque le soleil sera couché, la partie haute (présentant un volume de 30 1 dans l'exemple chiffré ci-dessus donné) constitue une réserve d'eau chaude qui assurera les besoins de la nuit et du petit matin. De préférence, et quoique ceci n'ait pas été illustré aux figures, la partie supérieure 3 formant réserve et stockage d'eau chaude sera isolée thermiquement de l'extérieur. En outre, une cloison séparatrice perforée formant grille de stratification des températures pourra être prévue à la base de la partie de stockage 3, par exemple au niveau repéré 20 à la figure l pour limiter pendant la période de.non ensoleillement les déperditions de chaleur du volume de stockage 3 vers la partie exposée du capteur Cette cloison pourra en même temps former entretoise pour le maintien en place dans l'appareil de l'extrémité supérieure libre du tuyau 8 REVENDICATIONS 1. Capteur solaire pour le chauffage et le stockage par passage direct d'eau sanitaire caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement une enceinte unique dont la partie basse (2) est de section aplatie à fort rapport surface/volume et dont la partie haute (3) est de section arrondie à faible rapport surface/volume, l'entrée d'eau se faisant en partie basse et le soutirage en partie haute. 2. Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume de la partie basse (2) est au moins égal au volume de la partie haute (3). 3. Capteur solaire selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la hauteur de la partie basse (2) est égale à plusieurs fois celle de la partie haute (3). 4. Capteur solaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le soutirage d'eau chaude se fait par un tuyau (8) pénétrant à la base de l'enceinte et débouchant au voisinage de la partie haute, tandis que l'entrée d'eau froide se fait par un tuyau (7) débouchant au voisinage de la partie basse. 5. Capteur solaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte est formée d'une seule paroi tubulaire obtenue par déformation. 6. Capteur solaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie basse est de section sensiblement cylindrique elliptique tandis que la partie haute est de section sensiblement cylindrique circulaire formée par un fond bombé, les périmètres de la section elliptique et de la section circulaire étant sensiblement égaux. 7. Capteur solaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des raidisseurs transversaux extérieurs (18, 19) ou intérieurs (14) sont prévus de distance en distance sur ladite partie basse (2). 8. Capteur solaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie basse (2) comprend des ailettes (11, 12) qui en prolongent les bords aplatis (9, 10). 9. Capteur solaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est intégré à un système de miroir réflecteur. 10. Capteur solaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur est place derrière un vitrage ou analogue assurant un effet de serre. 11. Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie haute (3) est isolée thermiquement du milieu extérieur. 12. Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une cloison séparatrice perforée est prévue en partie basse de la partie haute (3) pour la séparer de la partie inférieure (2) de captage de l'appareil. 13. Procédé de fabrication d'un capteur solaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on part d'un tube circulaire fermé à ses deux extrémités et l'on provoque la déformation du tube par explosion dans un moule de forme appropriée.