Brevet FR2514873A1 — publié le 19830422

La présente invention a pour objet un capteur solaire plan. Ce type de capteur est principalement constitué de manière connue par un coffre ou caisson par une paroi de couverture transparente au rayonnement solaire pour créer un effet de serre, par des gaine ou conduites de circulation d'un fluide caloporteur, disposées dan le coffre ou caisson sous la paroi de couverture, pourvues d'un revêtement noir pour absorber l'effet calorifique du rayonnement solaire qu'elles transmettent au fluide caloporteur. Ces gaines ou conduites sont généralement formées entre deux feuil les métalliques plaquées l'une contre l'autre ou par des éléments tubulaires associes à des collecteurs. De par la conception des gaines ou conduites, les capteurs de ce tyie présentent une inertie thermique qui diminue et retarde les échanges de chaleur entre la surface absorbante et le fluide caloporteur. Pour réduire les pertes thermiques au niveau des gaines ou condui tes - les capteurs sont dotés de moyens d'isolation ce qui accroît d'une manière sensible leur coût sans atteindre les résultats escomptés. On sait également que de tels capteurs peuvent être montés en toiture d'un bâtiment. Pour cela leurs caractéristiques techniques doiyents être t-eltes qutils puissent supporter sans peine les mêmes charges que la toiture. A cet effet, les capteurs de l'art antérieur sont renforcés en plusieurs points ce qui accroit leur poids et necessite donc le rencorcement des supports des éléments de couverture du toit. I1 est à noter également que pour la pose de ces capteurs, l'hom- me de l'art doit prévoir l'installation d'un élément d'étanchéité aux eaux de ruissèlement différent de ceux normalement employés par les couvreurs. La présente invention a pour objet de pallier aux inconvénients, précédemment énoncés par la mise en oeuvre d'un capteur solaire d'un rendement accru, léger et auto-portant et ne necessitant que des moyens traditionnels pour sa mise en place en toiture. A cet effet, le capteur selon l'invention se caractérise essentiel lement en ce que son coffre est constitué par moulage d'une matièr synthétique ou plastique alvéolaire: armée de faible conduction thermique pour isoler les gaines ou conduites de circulation du fluide caloporteur, pour qu'il constitue isolation entre le:bati- ment et le milieu extérieur et pour qutil puisse supporter les mêmes charges que la toiture sans renforcement de la charpente. Selon une autre caractéristique de l'inoention, le coffre est constitué par du polyuréthane et reçoit une armature métallique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description d'une forme de réalisation préférentielle én se référant aux dessins annexés en lesquels - La figure 1 est une vue de dessus du caisson selon l'invention, - La figure 2 est une vue en coupe transversale du capteur selon l'inxention, - les figures 3 à 5 sont respectivement des vues en coupe-du caisson suivant les lignes AA,BB, CC de la figure 1, - La figure 6 est une vue en coupe d'une seconde forme de réalisa- tion du capteur selon ltinvention. Tel que représenté, le capteur selon l'invention comporte un caisson 1, au moins une surface absorbante 2 ou absorbeur, au moins une gaine 3 ou conduite de circulation d'un fluide caloporteur, au moins une couverture 4 transparente au rayonnement solaire disposée au dessus de la surface absorbante pour délimiter avec celle-ci une chambre dans laquelle se crée un effet de serre. Le caisson 1 est constitué par exemple par moulage d'une matière synthétique ou plastique alvéolaire de faible conduction thermique par exemple du polyuréthane afin de constituer écran aux échanges de chaleur entre le batiment ou il se pose et le milieu~ extérieur et pour isoler thermiquement les gaines 3. La matière synthétioue du caisson englobe des inserts constituant armature et est répartie en sorte de ménager des évidements 1A constituant les gaines 3 de circulation du fluide caloporteur et/ ou constituant des logements à un circuit d'un fluide caloporteur. Selon un exemple préférentiel de réalisation, le caisson est de forme rectangulaire et ses inserts sont constitués par une armature métallique 5 interne noyée dans sa masse et par des nervures ou lattes externes permettant la fixation par agrafage, clouage ou autres procédées des différents éléments du capteur. Comme on le comprend ces aménagements assurent au capteur une bonne résistance et celui-ci peut supporter sans risque de cassure les mêmes charges que la toiture. En outre, l'emploi d'une matière plastique permet la réalisation d'un capteur particulièrement léger ce qui élimine la pose d'organe de renforcement des supports des éléments de couverture de la toiture. Comme on peut le seoir aux figures jointes, le caisson comporte des nervures périphériques 6,7,8,et 9, de même hauteur disposées de part et d'autre de son épaisseur. Parallèlement à son grand axe, le caisson 1 est doté d'au moins une nervure 10, de même hauteur que les autres, disposée également de part et d'autre de son épaisseur. De préférence cette nervure est constituée par une latte en bois incluse dans le moule de fabrication du coffre avant ltinjection de la matière plastique. Comme on peut le voir en fig.l, le capteur comporte deux nervures 10 disposées avec les nervures 6 et 8 à intervalle régulier et qui délimittent avec celles-ci d'un cOté du caisson les évidements ou logement 1A. Le coffre et ses nervures sont revêtus d'une feuille de protection de préférence en aluminium pour éviter la détérioration des surfaces lors d'un choc. En outre, cette feuille a pour but de réfléchir le rayonnement calorifique pour protéger le caisson de la chaleur. A > -antageusement, cette feuille est disposée sur les parois du moule avant l'injection de la matière plastique pour que après solidification elle puisse adhérer aux surfaces et aux nervures du caisson. Comme on le comprend cette feuille constitue une enveloppe enserrant l'intégralité du caisson ce qui contribue à son renforcement. Selon une première forme de réalisation comme représentée en fig2, le capteur est plus particulièrement destiné à recevoir un fluide caloporteur gazeux par exemple de l'air en circulation dans les gaines formées par les é-idements 1A. L'absorbeur 2 suivant cette forme de réalisation vient se poser sur les nervures du caisson et couvre les évidements 1A. L'absorbeur 2 est constitué par une feuille métallique plane et les gaines ou conduites 3 debouchent dans des collecteurs 11 et 12 ménagées en extrémité du capteur. L'absorbeur 2 constitué de préférence par une feuille d'aluminium de faible épaisseur, comporte une face absorbante tournée vers la lumière solaire et une face émettrice directement en contact avec le fluide caloporteur. Le revêtement noir de la face absorbante est obtenu par pulverisa- tion dtun corps poudreux noir et d'un agglomerallt en suspension dans une résine transparente au rayonnement solaire pour adhérer à la face de l'absorbeur. Selon un exemple préférentiel de réalisation, le corps poudreux est du graphite et l'agglomérant du silicate de soude. La résine est avantageusement constituée par une résine acrylique et le solvant par du chlorure de méthylène. A titre purement indicatif le graphite et le silicate de soude sont mélangés l'un à l'autre dans une proportion de un pour quatre. Ces différents constituants permettent de former un revêtement particulièrement adhérent sur des supports métalliques et donc sur la feuille d'aluminium et présentant un pouvoir d'absorbtion particulièrement élevé. En outre, l'absarbeur tel que décrit présente l'davantage d'assurer le transfert de chaleur entre sa face absorbante et le fluide caloporteur sans perte et sans aucun retard gracie à la minceur de la feuille d'aluminium. Il est à noter également que les constituant du revêtement permettent de raidir la feuille d'aluminium ce qui lui assure un maintien correct entre les nervures. Comme dit précédemment, les gaines 3 reçoivent un fluide caloporteur gazeux par exemple de l'air. Ce fluide entre dans le capteur par deux orifices 13 ménagées dans l'énaisseur du collecteur il et sort de celui-ci par un orifice 14 ménage dans l'épaisseur du collecteur 12. Comme on peut le voir aux fig.l,4 et 5 ces collecteurs sont constitubs chacun par un évidement ménagé en extrémité du capteur paral logement aux nervures 9 et 7. Le collecteur 11 est destiné à répartir l'air ou le fluide caloporteur entrant dans le capteur par les orifices 13 dans les dif ferventes gaines 3 De préférence comme on peut le voir en fig.4, le collecteur 11 est formé d'un avidement présentant deux formes creuses 15 rbunies.par une bosse 16 en regard de l'axe médian longitudinal du caisson. Les orifices d'entrez 13 sont ménagés dans les zones de ltévi- dement présentant les plus faibles épaisseur ou dans ses parties les plus creuses. Le collecteur 12 est destiné à canaliser l'air en circulation dans les gaines 3 vers l'orifice de sortie 14. A cet effet; le collecteur comme on peut le voir en fig. 5 est formé par un évidement de forme en creux dont la partie la plus creuse est pourvue de l'orifice 14. Au dessus des irervures 6,7,8,9, et 10, et sur l'absorbeur 2, le capteur est équipé d'éléments longiformes assemblés entre eux pour former un support à la couverture 4 et pou assurer le maintien de l'absorbeur 2 sur les nervures. De préférence, la couverture, les élémeiits longiformes et l'absor- beur sont solidaires les uns des autres par des moyens de fixations de tout type connu coopérant avec les nervures du coffre 1. Selon un exemple préférentiel de réalisation, les éléments longiformes sont constitués par des lattes en bois, mais il va de soi que l'on pourra prwoir des éléments en toute autre matière de faible conduction thermiques Avantageusement, la couverture transparente 4 est du type de celle présentant une double paroi nervurée intérieurement et constituées enmatière plastique ou synthétique, ceci dans un but d'allègement du capteur. Selon une seconde forme de réalisation comme représentée en fig.6 le capteur est plus particulièrement destiné à recevoir un fluide caloporteur liquide, par exemple de liteau en circulation dans un circuit comportant au moins un tube 3A monté avec un absorbeur 17, dans un des logements 1A. Ces logements sont reeouverts par la couverture 4 pour constituer une chambre dans laquelle se crée un effet de serre. Dans chacun des logements 1A sont disposés plusieurs moyens de posi tionnement 18 liés au caisson de l'absorbeur et de la gaine pour les maintenir écarté des parais du dit logement et de la couverture 4. Ces moyens de positionnement par exemple des taquets sont constitubs en une matière de faible conduction thermique par exemple en bois pour éviter tout échange de chaleur entre le ou les absorbeurs 17 et les parois du logement lA. L'absorbeur 17 est constitué par une plaque métallique façonnée de manière à présenter au moins un logement longitudinal 19 rece avant le tube 3A et deux ailes 20 de part et d'autre du dit logement 19 disposé dans un même plan parallèle à la couverture. Liensemble absorbeur et gaine est fixé aux taquets 18par les ailes 20. De préférence l'absorbeur 17 est orienté de manière à présenter un logement 19 tourné vers la couverture 4 ou disposé entre les taquets comme on peut le voir en fig.6, mais on peut prévoir ltorientation inverse consistant à disposer le dit logement 19 au dessus des dits taquets. Le logement 19 est conformé en sorte d'épouser sensiblement la forme extérieure du tube 3 dimensionné en sorte d'assurer un contact intime a-ec le dit tube 3A suivant la totalité ou une portion du pourtour de celle-ci. Comme on le comprend dans ce cas, la face émettrice de l'absorbeur est constituée notamment par la face du logement. Le logement 19 est fermé par une plaque 21 en contact intime avec le tube 3A et les ailes 17- pour compléter l'échange thermique. Les espaces disposés entre la gaine 3 et le logement 19 et la paroi 21 sont comblé par un matériau 22 d'importante\ capacité de conduction thermique se présentant sous une forme poudreuse mélangé de préférence à une haute. Cet ensemble de dispositions a pour but d'assurer un échange thermique sans perte entre l'absorbeur et le fluide caloporteur vehiculé par le tube 3A. En outre, l'épaisseur de l'absorbeur est telle qutelle permet la totalité du transfert thermique entre le dit absorbeur et le fluide caloporteur, Le revêtement noir du même type que celui précédemment décrit est disposé sur les faces des ailes et de la plaque 21 tournées vers la couverture 4 et peut être disposé également sur la face tournée 'ers les parois du logement 1A pour absorber le rayonnement caloriçique réfléchit par la feuille de protection en aluminium. Selon une forme préférentielle de réalisation représentée en fig.6 le logement 19 présente une forme demi circulaire prolongée vers la plaque 21 par une orme rectangulaire pour recevoir un tube 3A de section transversale circulaire. Il va de soi que l'absorbeur peut être conformé de manière à rece voir des tubes de section transversale polygonales par exemple carre ou rectangulaire. Suivant cette forme de réalisation le contact entre le tube 3A et le logement 19 se fait suivant une demi circonférence et le contact entre le dit tube et la plaque 21 se fait suivant une génératrice. Le capteur tel que décrit peut comporter un échange r noyé dans la masse du caisson et associé au circuit du fluide caloporteur polIr réchauffer par exemple de l'eau véhiculée par le circuit sanitaire du bâtiment. Le capteur tel que décrit est d'un rendement accru et sa légèreté permet de l'intégrer facilement en toiture. En outre un tel capteur ne necessite aucun moyen d'isolation des gaines et/ou des tubes de circulation du fluide caloporteur et constitue un écran aux échanges thermiques entre le bâtiment sur lequel il se pose et le milieu extérieur. I1 va de soi que la présente invention peut recevoir tous amenage- ments et toutes variantes sans pour autant sortir du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS R1/ Capteur solaire comportant au moins un caisson (1), un absor beur (2) au moins une gaine (3) ou circuit, dans le caisson de circulation d'un fluide caloporteur, au moins une couver ture (4) transparente au rayonnement solaire disposée au des sus de l'absorbeur pour délimiter avec celui-ci une chambre dans laquelle se crée un effet de serre caractérisé en ce que le caisson est constitué par une matière synthétique ou plas tique al'véo la ire de faible conduction thermique, que la ma tière synthétique englobe des inserts constituant armature et que la matière synthétique est répartie en sorte de ména ger des évidements 1A constituant gaine de circulation d'un fluide caloporteur ét/ou constituant des logements 1A de circuit de fluide caloporteur. R2/ Capteur solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que les inserts sont constitués par une armature métallique interne (5) et par des lattes ou nervures externes permettant la fixation par agrafage, clouage et autre procédé, des diffé rents éléments. R3/ Capteur solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que le caisson (1) est constitué par un polyuréthane. R4/ Capteur solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que le caisson (1) est revêtu d'une feuille de protection, pour éviter la détérioration de sa surface, apte à réfléchir le rayonnement calorifique pour le protéger de la chaleur. R5/ Capteur solaire selon la revendication 1 comportant un absor beur (2) constitué par une feuille métallique dont la face tournée vers la lumière solaire reçoit un revêtement noir apter à absorber les effets calorifiques du rayonnement solaire caractérisé en ce que le revêtement est obtenu par pulvérisa tion d'un corps poudreux et d'un agglomérant en suspension dans une résine transparente au rayonnement solaire dissoute dans un soldant pour adhérer à la feuille métallique. R6/ Capteur solaire selon la revendication 5 caractérisé en ce que le corps poudreux est du graphite,que l'agglomérant est du silicate de soude, que la résine transparente est une ré sine acrylique et que le solvant est du chlorure de méthylçne. R7/ Capteur solaire selon la re~endication 1 dont le caisson comporte au moins un évidement (1A) constituant gaine de cir culation d'un fluide caloporteur caractérisé en ce que le dit caisson comporte au moins deux collecteur (11) et (12) en relation avec au moins une gaine (3) ménagées dans sa masse à chaque extrbmitd, que les dits collecteurs présentent au moins une forme en creux (15) et/ou au moins une forme en saillie (16) et qu'à chaque forme en creux (15) correspond un orifice d'entrée (13) ou de sortie (14) du fluide calopor teur en sorte de répartir le dit fluide dans les gaines ou de canaliser celui-ci vers orifice de sortie (14). R8/ Capteur solaire selon la revendication 1 dont le caisson com porte au moins un logement (17) à un circuit d'un fluide calo porteur caractérisé en ce que l'absorbeur (17) presente au moins un logement longitudinal 19 recevant le tube (3A) confor mé et dimensionné en sorte d'assurer un contact interne avec 1 dit tube suivant la totalité ou une portion du pourtour de cel 1le-ci et deux ailes (20) de part et d'autre du dit logement (19), que le dit logement est fermé par une plaque (21) en contact intime avec les ailes (20) et le tube (3A) et que les espaces entre la dite gaine et le logement (19) et la dite plaque (21) sont comblés par un matériau conducteur ther mique (22). R9/ Capteur solaire selon la revendication 9 caractérisé en ce que le logement 19 présente une forme semi circulaire.prolongée vers la plaque t21) par une forme rectangualaire pour recevoir un tube (3A) de section circulaire. R10/ Capteur selaire selon les revendications 1 et 9 caractéris6 en ce qu'il comporte au moins un échangeur noyé dans la masse du caisson traversé par une conduite (23) associée aux gaines (3) et doté d'un orifice d'introduction et de sortie du fluide réchauffe par contact avec la dite conduite. R11/ Capteur solaire selon les revendications 1 et 9 caractérisé en ce qutil comporte au moins un échangeur, noyé dans la masse du caisson associé. au circuit de circulation du fluide caloporteur.