Brevet FR2518233A1 — publié le 19830617

La présente invention concerne les appareils du type capteur solai- re, plus exactement insolateur permettant d'échauffer des fluides avec le flux solaire, pour obtenir des-calories utilisables immédia- tement ou transportées dans un réservoir de stockage au moyen d'un échangeur pour un usage ultérieur. Dans les dispositifs connus de ce genre, une plaque généralement métallique sur laquelle sont aménagées des tuyauteries dites pas- sages du fluide caloporteur, l'ensemble formant l'absorbeur teinté de couleur noires reçoit le flux solaire L'absorbeur est logé dans un coffre calorifugé, une vitre transparente à la lumière du soleil referme le dit coffre L'absorbeur reçoit le flux solaire à travers la vitre, et s'échauffe, les infra-rouges produits par l'échauffe- ment de l'absorbeur, ne peuvent pas s'échapper, la vitre ne laissant pas passer les infra-rouges et le coffre étant calorifugé, il y a disponibilité de calories sur l'absorbeur, le fluide caloporteur traversant l'absorbeur par échange thermique veéhicule les calories ainsi prélevées jusqu'au point d'utilisation ou de stockage. Dans de tels dispositifs les absorbeurs ont un angle d'inclinai- son fixe, il est connu que le soleil a un angle variable par rapport à un point fixe situé entre les deux solstices; solstice d'été équinoxe, solstice d'hiver De tels dispositifs ont des rendements insuffisants par leur angle d'inclinaison fixe, alors que le soleil à un angle variable Des pertes importantes de calories sont dues également à la réflexion du flux solaire sur l'absorbeur qui n'est pas utilisée, la face arrière de l'absorbeur n'étant pas soumise au flux solaire direct ou indirect ou par réflexion ne peut pas s échauffer. L'insolateur selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients. La présente invention se rapporte à un insolateur vertical compor- tant un nombre supérieur à deux, d'absorbeurs tubulaires à concen- tration de flux, permettant le passage des fluides caloporteurs, et un réflecteur angulaire réfléchissant sur la partie non insolée des absorbeurs, le flux solaire. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, laquelle, faite en réfé- rence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment la présente invention peut Itre mise en pratique. La figure 1 est une figure géométrique des absorbeurs et du réflec- teur. La fi ure 2 est un absorbeur tubulaire à concentration de flux so- laire. La figure 3 repr ésente une vue de coupe d'un ir solateur vertical selon 1 'irnvention. La description qui va suivre se ranporte à un insolateur vertical à concentration de flux bi-directionnelle. La figure 1 est une figure géométrique expliquant des bases de cal- cul pour la réalisation d'un tel insolateur. Cbmme on le voit à l'examen de cette figures on trace une droite horizontale, on trace 90 de,& en 1 une droite DC Au point O sur DC on trace un cercle X de rayon R On trace une droite AE qui passe par 01 à 30 de A On trace une droite FG qui passe par O à OC 2 = 23027 ' de la droite AE On trace une droite HI qui passe par 01 à c K 1 = 23 P 271 de AE Le point E matérialise la position du soleil à l'équinoxe, le point I détermine la position du soleil au sols- tice d'été Le point G détermine la position du soleil au solstice d' hiver Les angles OC 1 et c 2 OC 3 oe 4 déterminent la variation angulaire du soleil par rapport à la droite CD. Sur la droite CD on trace un deuxième cercle X 2 de rayon R égal à R de X 1 et ayant pour centre 02 à une distance 01 02 égale à 3 fois le rayon R du cercle X 1 on trace sur la droite CD un troisième cercle X 3 ayant pour centre 03 à une distance 02 03 égale à 3 fois le rayon R de X 2 Le nombre de cercles X 1 X 2 X 3 n'est pas limitatif On a déterminé une distance entre les centres 01 02 3 égale à 3 fois le rayon R. A partir du centre 01 on trace à I 20 CXL Tde AE une droite 1 I ' A partir du centre 01 sur la droite 01 Z 1 on trace le point K 1 à une 1 1 l distance égale à 2 fois le rayon R A partir'du point Klon trace une droite K, L à 23027 ' "C 5 de E 1 Zl, on trace une droite K 1 M à 23 e 27 ' C -6 de, Z 1 il a été déterminé des angles c> 5 c( 6 ' égaux à cx 3 C 4 égaux à c C 1 s 2 = 23 " 27 '. 02 Z 2 passant par 02 est parallèle à 01 03 Z 3 passant par 03 est parallèle à 02 Z 2 * Les distances K 2 02 et K et 01 sont égales. Les drotes Z 1 01 Z 2 02 et Z 3 03 ont un angle de CC 8 de 600 par rapport à la droite CD La construction géométrique L à I K N K 3 K permet la réalisation d'un réflecteur angulaire selon l'invention. La figure 2 est un absorbeur tubulaire à concentration de flux solaire représenté également par le dessin géométrique de la figure 1 par X 1 X 2 X 3 * Comme on le voit à l'examen de la figure 2 l'absoroeur tubulai- re 9 est représenté en vue de coupe, il est concu avec ses passages de fluides caloporteurs 10 11 et ses concentrateurs de flux so- laire 12 égale à 23 " 27 ' et 13 égale à 23 " 27 ' soit un angle to- tal 12 13 de 46 " 541 Le concentrateur de flux solaire 14 à automatiquement 46 54 ' d'angle d'ouverture 15 représente l'inclinaison à 60 { de l'axe des concentrateurs 12 13 14 par rapport à l'axe vertical 19 16 représente l'inclinaison à 60 de l'axe des concentrateurs 14 13 12 par rapport à l'axe vertical 19. 17 représente l'axe horizontal à 90 de l'axe 19 18 représente les faces de l'absorbeur qui ont reçu un traitement sélectif soit électrochimique ou par peinture sélective, afin d'avoir une absorp- tivité maximume du flux solaire, une réflectivité minimume du flux solaire et une émissivité minimume. Le trait en pointillé 20 matérialise le flux solaire au solstice d'hiver du soleil Sh Le flux solaire 20 est absorbé par la face angulaire 22 Les traitements sélectifs ne sont pas parfaits et ur ne- partie du flux solaire 20 sera réfléchie sur la face angulaire 23, ce qui permet d'augmenter l'absorptivité, donc le rendement Il en est de mime pour l'émissivité de la face angulaire 229 qui peut ttre absorbée par la face angulaire 23. Le trait en pointillé 21 matérialise le flux solaire au solstice d'été du soleil Se La face angulaire 23 absorbe le flux solaire 21, la partie de flux solaire qui ne sera pas absorbée par la face an- gulaire 23 sera réfléchie sur la face angulaire 22 et absorbée. L'émissivité de la face 23 sera également absorbée sur la face 22. Il a été démontré que, entre le solstice d'été Se et le solstice d'hiver Sh, le flux solaire était mieux absorbé selon l'invention. Les faces angulaires 24 25 reçoivent également le flux solaire, mais par réflexion comme il le sera démontré avec la figure 3: Indépendamment de la concentration du flux solaire, l'absorbeur R reçoit sur toute sa surface sélective 18 le flux direct ou indi- rect ou par réflexion du flux solaire - La figure 3 est une vue EA coupe de l'insolateur selon l'invention. Elle indique clairement la disposition du réflecteur angulaire 26 et des absorbeurs tubulaires 9 aménagés dans un coffre 27 calorifu- gé 28, une vitre de protection 29 referme l'ensemble, une deuxième vitre 30 limite les déperditions calorifiques L'espace 31 à une lar- geur égale au rayion R (fig l) de l'absorbeur 9 La distanoe 32 est gtale au rayon R (Fig I) de l'absorbeur 9 Les parois intérieures 33 34 du coffre 27 sort réfléchissantes, le nombre d'absorbeurs 9 n'est pas limitatif et est donné à titre d'exemple Le trait en poin- tillé 35 Se matérialise un rayon du flux solaire au solstice d'été du soleil, le rayon 35 Se est réfléchi par le réflecteur angulaire 26 sur l'absorbeur 9 au point 41 Le trait en pointillé 36 E matérialise un rayon du flux solaire à l'équinoxe du soleil, le rayon 36 E est réfléchi par le réflecteur angulaire-26 sur l'absorbeur 9 au point 42 _ Le trait en pointillé 37 Sh matérialise un rayon du flux solaire au solstice d'hiver du soleil, le rayon 37 Sh est réfléchi par le réflecteur 26 sur l'absorbeur 9 au point 43 Les absorbeurs 9 re- çoivent complètement le flux solaire par réflexion et l'absorbent. Les traits en pointillé 38 Se 39 X 40 Sh matérialisent comme précédemment des rayons du flux solaire au solsticed'été du soleil 38 Set à l'équinoxe du soleil 39 E, au solstice d'hiver du soleil Sh L'absorbeur 9 reçoit complètement le flux solaire direct et par concentration au point 44 L'insolateur vertical à concentration de flux bidirectionnelle selon l'invention reçoit sur ses absorbeurs 9 le flux direct du so- leil, le flux solaire par concentration, le flux solaire par réfle- xion. Le dispositif objet de l'invention peut-%tre utilisé avec -tous les fluides caloporteurs, %tre raccordé à tous les systèmes de sto- ckage de calories Des applications particulièrement intéressantes peuvent ttre: le chauffage des habitations, maisons individuelles, immeubles, tous locaux, pour le chauffage de l'eau sanitaires des pis - cines, des serres Son utilisation en position verticale offre des avantages la pose facile du dispositif en façade des maisons et des bâtiments, sous les gouttières, sur les terrasses, sur les bal- cons. La position verticale à l'avantage de ne pas laisser persister la pluie, la neige, sur la vitre de protection 9. PV "-2 ICATIOIS: 1 Insolate, vertical à concentration de flux bi-directior nelle, comportant un nombre supérieur à deux d'absorbeurs tubulaires concentration de flux solaire, comportant des surfaces angu- laires d'absorption et de réflexion 22 23 24 25, des pas- sages de fluides caloporteurs 10 11 et un réflecteur angulai- re de flux 26. 2 Insolateur selon la revendication 1, caractérisé, en ce que le moyen de réflexion sur les absorbeurs 9 est un réflecteur an- gulaire 26 comportant autani d'angles de réflexion c> 5 cx 6 qu'il y a d'absorbeurs 9. 3 Insolateur selon la revendication 2, caractérisé, par le réflec- teur angulaire 26, réfléchissant le flux solaire sur les faces sélectives 24 25 18, des absorbeurs 9. 4 Ir solateur selon la revendication 1, caractérisé, en ce que les surfaces d'absorption et de réflexion 22 23 24 25, des absorbeurs 9 absorbent le flux solaire direct, le flux solaire réfléchi, et le flux solaire non absorbé sur la face angulaire opposée, la face 22, réfléchit le flux solaire sur la face 23, la face 23 réfléchit le flux solaire sur la face 22 La face 24 réfléchit le flux solaire sur la face 25, la face 25 réfléchit le flux solaire sur la face 24. Insolateur selon la revendication 1 et 2, caractérisé, en ce que les angles sur le réflecteur 26 et sur les absorbeurs 9 o 1 2 ' 3 c-4 ' c>C 5 o-6, sont tous égaux. 6 Insolateur selon la revendication 1, caractérisé, en ce que les absorbeurs 9 à concentration de flux sont également, les passa- ges de fluides caloporteurs 10 11