Brevet FR2535031A1 — publié le 19840427

La Présente invention concerne les appareils du type capteur solaire, permettant d'échauffer des fluides, en utilisant le flux solaire. Les fluides ainsi chauffes, libèrent des oalories par echan- ge thermioue, les calories produites peuvent être utilises immédia- tement, ou être mise en réserve dans des réservoirs de stockage pour un usage ultérieur. Dans les dispositifs connus de ce genre, il est utilisé des pla- ques genéralement métalliques dites absorbeurs, dans lesnuelles ou sur lesquelles sont aménagées des tuyauteries appelées Passage pour le fluide oaloporteur. Sur la face de l'absorbeur, recevant le flux solaire, une peinture noire mâte sélective a été déposée. I1 existe également des traitements électrochimiques permettant a la face de l'absorbeur insolée d'#tre sélective. son effet le traitement selectif de l'absorbeur doi-t permettre une absorption du flux solaire la plus complète possible et éviter une réflection du flux et une réémission des infra-rouges Droduits par l'échauffement de l'absorber recevant le flux solaire. L'absorbeur avec ses passages du fluide caloporteur est aménagé dans un ooffre calorifugé, une vitre transparente A la lumière du soleil referme le coffre en permettant à l'absorbeur de recevoir le flux solaire, la vitre s'oppose au passage des infra-rouges émis par l'absorbeur. Le fluide caloporteur traversant l'absorbeur dans les passages aménagés, s'-échauffe par échange thermique, et transporte les calories disponibles au lieu d'utilisation ou de stockage. Dans de tels dispositifs, les absorbeurs sont fixes par rapport au soleil en lattitude et en azimut, ils donnent leur meilleur rende-. ment à la perpendiculaire du flux solaire, Au leva du soleil à 1 test et à son coucher à l'ouest, les performances des absorbeurs plats sont insuffisantes. L'insolateur selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients. La présente invention se rapporte à un insolateur vertical comportant un absorbeur à renforcement multidirectionnel du flux solaire, dans lequel oircule le fluide caloporteur et un réflecteur concave angulaire réfléchissant le flux solaire. L'absorbeur et le réflecteur sont aménagés dans un cylindre transparent à la lumiere du soleil, et s'opposant au passage des infra-rouges. L'ensemble selon l'invention reçoit le flux solaire en azimut suivant les axes EST OUEST du soleil D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la descriPtion qui va suivre, laouelle faite en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatifs, feront bien oomprendre comment la présente invention peut-ttre mise en pratique. La Fig. 1 est une construction géométrique le l'absorbeur et du réflecteur. La Fig. 2 est un schéma en vue de dessus de l'absorbeur à renforcement multidirectionnel du flux solaire, associé à un réflecteur concave angulaire. La Fig. 3 est une vue de dessus en coupe de l'absorbeur. La Figc 4 est une vue de dessus en coupe de l'insolateur vertical à absorbeur multidirectionnel selon l'invention. La Fig. 5 est une vue de dessus qui indique l'insolateur insolé en EST au lever du soleils La Fig.. 6 est une vue de dessus qui indique l'insolateur insolé entre le lever du soleil et le zénith. La Fig, 7 est une vue de dessus qui indique l'insolateur insolé au zéniths La Fig, 8 est une vue en perspective de l'absorbeur multidirectionnel. La Fig. 9 est une vue de face suivant la coupe AA oui indique la position de l'échangeur thermique dans l'absorbeur. La description qui va suivre se rapporte à un insolateur vertical à absorbeur multidirectionnel. La Fig. 1 est une figure géométrique expliquant des bases de calcul pour la réalisation d'un tel insolateur. Cbmme on le voit à l'examen de cette figure, on trace deux axes perpendiculaires AB - CD. Au point d'intersection O des axes AB - CD on trace un cercle Xlde rayon R1, le cercle X1 détermine sur l'axe CD un point d'intersection E. A partir du centre 0, on trace un cercle X2 de rayon égal à 2 R1, le cercle X2 détermine sur les axes AB-CD des points dtintersection F-G H-I. Ces points d'intersection ont une distance égale entre eux FG =GH = IF. A partir du point F, on trace un arc J1 de rayon 2 R1 qui passe par le centre 0, et détermine sur le cercle X2 des points dtintersection XL A partir du point R, on trace un arc J2 de rayon 2 F qui passe par le centre 0, et détermine sur le cercle X2 des points d'intersection ' L' partir du point I, on trace à une distance égale à 2 R1 sur le cen- cle X2 le point S et le point U. A partir du point , on trace à une distance egale à 2 R1 sur le cercle X2 le point S' et le point U'. A partir du point S, on trace un arc W1 de rayon 2 R1 entre O et S'. A partir du point S', on trace un arc W2 de rayon 2 Rlentre O et S. A partir du point U, on trace un arc W3 de rayon 2 R1 entre 0 et U'. A partir du point U', on trace un arc W4 de rayon 2 R1 entre 0 et U. A partir du centre O, on trace sur l'axe CD à une distance égale à 3 R1 le point d'intersection Z. A partir de E, on trace un cercle de rayon 3 R1 A partir de U', on trace sur le cercle X3 à une distan- ce égale à 2 R1 le point d'intersection Y. A partir du point S', on trace sur le cercle X3 à une distance étaie à 2 R1 le point d'intersection Y'. A partir du point Z, on trace une droite# d'angle&alpha;= 700 de l'axe CD,m jusqu'au point d'intersection Z1 sur le cercle X3. A partir du point Z, on trace une droit#1 d'angle &alpha;1 = 70 de l'axe CD, jusqu'au point d'intersection Z2 sur le cercle X3. La forme géométrique (L-J1-K-G-K'- J2-L'-I) sera une des bases de construction üour la réalisation de 1' absorbeur principal selon l'invention. Les formes géométriques (S-W2- W1-S') et (U-W4-W3-U'), seront une des bases de construction pour la réalisation des absorbeurs secondaires selon l'invention. La forme géometrique (Y'-X3-Z1-#-Z-#1-Z2-X3-Y) sera une des bases de construction pour la réalisation du réflecteur concave et angulaire selon 1 l'invention. La Fig. 2 est un absorbeur multidirectionnel à renforcement, de flux solaire, réalisé à partir du dessin géométrique de la Fig. 1 (L-J1-K-G-K'-J2-L'-I) est l'absorbeur principal 1 (U-W1-W3-U') est l'absorbeur'secondaire 2 4 5 (S-W2-W1-S') est l'absorbeur secondaire 3 (Y'-X3-Z2-#-Z-#1-Z2-X3-Y) est le réflecteur concave angulaire 4. Comme l'indique la fig. 2 l'absorbeur principal 1, l'absorbeur secon- daire 2, l'absorbeur secondaire 3, et le réflecteur concave angulaire 4 sont aménagés à l'intérieur de la forme cylindrique 5 transparente à la lumière du soleil. La Fig. 3 indique en vue de dessus en coupe les absorbeurs 1-2-3. L'absorbeur 1 forme une cuve, dans laquelle se trouve en permanence un fluide 7 permettant de communiquer les calories se trouvant sur toute la surface de l'absorbeur à l'échangeur thermiQue 6 dans lequel circule le fluide caloporteur. La surface des absorbeurs 1-2-3 a recu un traitement sélectif 8. Les absorbeurs 2-3 sort solidaires de 1'absorbeur 1, et transmettent les calories aui se trouvent sur leur surface sélective 8, par échan- ge thermique avec l'absorbeur 1 au fluide 7. Les calories du fluide 7 sot transmises à l'échangeur 6. Comme il vient dextre expliqué, l'ab- absorbeur 1 se comporte comme un réservoir de stockage de calories. Les absorbeurs, 2-3 se comportent comme des renforçateurs. Les traits en pointillé S S1 S2 matérialisent les rayons du flux solaire entre le lever à l'est du soleil et le zénith. Le rayon S est absorbé en partie sur la zone X de 1'absorbeur 1. Les traitements sélectifs n'étant pas parfaits réfléchissent et réémettent le flux solaire oui n1 est pas absorbé. Le rayon S qui n'est pas absorbé en te talité par X est réfléchi sur I1 pour être absorbé de nouveau. Le rayon Slqui n'est pas totalement absorbé par 12 est réfléchi sur X3. Le ravon S qui n'est pas totalement absorbé par X4 est réfléchi sur 15. L'avantage d'un tel procédé est de conserver la parescue totalité du flux solaire, sur les absorbeurs 1-2-3. La Fi. 4 indioue les absorbeurs 1-2-3 et le réflecteur 4 aménagés dans la forme cylindrique transparente 5. Le réflecteur 4 a sa sur face 9 réfléchissante, il peut-être réalisé avec de l'aluminium poli, en inox, ou un miroir à fort pouvoir de réflection. Le flux solaire S cui arrive sur le point X6 est réfléchi sur X7 de l'absorbeur 1 pour y être absorbé. Toute la surface 9 réfléchit le flux solaire sur les absorbeurs 1-2-3. Dans l'absorbeur 1, est aménagé l'échangeur 6 dans lequel circule le fluide caloporteur 10, l'échange thermique entre les absorbeurs 1-2-3 et le fluide caloporteur 10 se fait par l'intermédiaire du fluide 7 et de l'échangeur thermique 6. Les absorbeurs 1-2-3 ont reçu un traitement sélectif 8 par peints re ou procédé chimique. I1 est connu que pour être efficace, un trai- tement sélectif doit absorber le maximum de flux solaire, réfléchir le minimum de flux solaire, et réémettre le minimum d'infra-rouges. Les infra-rouges étant produits par l'échauffement des absoEbe-wrs 1-2-3. I1 a été expliqué précédemment que les rayons S Sa S2 qui n étaient pas totalement absorbés en X X2 Z étaient réfléchis en Xi X3 X5. ll en est de même des infra-rouges réémis, X réémet sur Xî X2 réémet sur X3, X4 réémet sur L'insolateur selon l'invention recoit le flux solaire en asimut EST-OUEST, et en lattitude entre le solstice d'été du soleil et le solstice d'hiver. Le flux solaire est renforcé sur l'absorbeur 1 par les absorbeurs secondaires 2-3, et la surface réfléchissante 9 du réflecteur 4. La Fig. 5 indique l'absorbeur 1 et 3 insolé par les rayons du soleil à l'Est matérialisés par S7 S8 S9 S10. S7 est absorbé an X, S8 est absorbé en X1, et réfléchi en X3. S9 est absorbé en X4 et réfléchi en X5. S10 est absorbé en X6 et réfléchi en X7. La Fig. 6 indique des rayons du flux solaire matérialisée par S11 12 13 S14 S15 S16 S17, ces rayons étant situés entre l'Est et le zénith du soleil. S11 est réfléchi sur X8 par le réflecteur 4, S12 est réfléchi en 19 par le réflecteur 4 et sa surface réfléchissante 9. 9 S13 est absorbé en X10 et réfléchi en X11. S14 est absorbé en X12 et réfléchi en X13 pour y être absorbé. S15 est absorbé en X14. S16 est absorbé en X15. S17 est réfléchi par le réflecteur 4 au point Y et réfléchi à nouveau par le point Y1pour être absorbé en X16. La Fig. 7 indique des rayons du flux solaire matérialisé par S18 S19 S20 S21 S22 S23, le soleil étant au zénith. S18 est réfléchit par le point Y2 du réflecteur 4 sur le point Y3 et est réfléchi en X17 pour 2 - 3 - @@ - y être absorbé et éventuellement en X18. S19 est réfléchit par Y4 et Y5 en 119 pour v être absorbé. S20 est réfléchi en Y6 sur Y7 et en X20 pour y être absorbé0 S21 est absorbé en X21 et réfléchi en X22.S22est absorbé en X23. S23est absorbé en 124. et réfléchi sur I25. Les memes absorbtions, réflections et réémissions se poursuivent entre le zénith du soleil et son coucher à l'ouest. L'Insolateur selon l'invention renforce et absorbe le flux solaire en azimut EST - OUEST, et en lattitude. Fig. 8 indique l'orientation de l'absorbeur principal 1 et de ses absorbeurs secondaires 2-3 par rapport aux 4 points cardinaux. L'absorbeur 1 est orienté dans l'axe Nord-Sud L'absorbeur 2 et l'absorbeur 3 dans l'axe Est-Ouest. La Fig. 9 indique l'absorbeur principal 1, associé à l'absorbeur secondaire 2 et à l'absorbeur secondaire 3 L'échangeur thermique 6 est aménagé suivant l'axe A A, entre fluide 7 et l'absorbeur 1. La Fig. 10 indique en vue de face et en coupe suivant A A, la disposition de l'échangeur 6 dans l'absorbeur 1. Comme l'indique cette figure, l'absorbeur 1 est un réservoir de stockage des calories. Le fluide 7 qui occupe la totalité du volume intérieur de l'absorbeur 1 reçoit par échange thermique avec les faces sélectives 8 insolées de l'absorbeur 1-2-3 les calories provenant de l'échauffement des absorbeurs 1-2-3. L'échangeur 6 étant immergé dans le fluide 7 collecte les calories ainsi disponibles. Le fluide caloporteur 10 circule dans l'échangeur 6, penètre par le passage 11, ressort par le passage 12, et véhicule les calories sur le lieu d'utilisation. Le dispositif objet de l'invention peut-8tre utilise dans tous les cas où il est nécessaire@de@chauffer de l'eau oomme chauffe eau solaire, chaudière solaire. Des applications particulièrement intéressantes peuvent titre s des fontaines solaires sur les lieux publics, les parkings, les campings. REVENDICATIONS 1. Insolateur vertical à absorbeur multidirectionnel, comportant un absorbeur principal (1) dont le volume intérieur est occupe par un fluide (7) et un échangeur thermique (6) dans lequel circule le fluide caloporteur (10). L'absorbeur principal (1) est associe à des absorbeurs secondaires (2-3) qui lui transmettent par échange ther- rriiue -et conduction thermique, les calories provenant du flux solaire absorbé par le traitement sélectif (8), effectuésur leurs faces respectives.Un réflecteur (4) oriente et renforce(par sa forme et sa surface réfléchissante (9))les rayons S du flux solaire-direct et indi- rect sui-les absorbeurs (1-2-3).. Les absorbeurs (1-2-3) et le réflec- teur (4) sont aménagés dans une forme cylindricue (5) transparente à la lumière du soleil 2.. Insolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ab- sorbeur (î) fait également fonction de par sa capacité et de son fluide (7) de réservoir d stockage des caloriese 3.Insolateur selon la revendication 1 , caractérisé en ce aue la forme des absorbeurs (1-2-3) leur Dermet de recevoir le flux solaire en azimut EST-OUEST. 4, Insolateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la forme des absorbeurs (1-2-3) leur permet de récupérer le flux solaire non absorbé, réfléchi par le manque de sélectivité des traitements@é- sélectifs (8). 5. Insolateur selon la revendication 3-4, caractérisé en ce que la forme des absorbeurs (1-2-3-) leur permet de récupérer les infra-rouges Provenant de l'échauffement des absorbeurs (1-2-3) et réémis par le manque de performance des traitements sélectifs (8) 6. Insolateur selon la revendication 1 et 29 caractérisé en ce que les absorbeurs (1-2-3) absorbent le flux solaire. orienté et réfléchi par la forme concave et angulaire et la surface réfléchissante (9) das réflecteur (4). 7. Insolateur selon la revendication 1-2-3.6, caractérisé an ce que la forme cylindrique transparente (5) et le réflecteur (4) peuvent être encastrés jusqu'à l'axe (Y'-Y) dans une façade d'immeuble, dans un mur, ou toutes constructions. 8. lnsolateur.selon la revendication 7, caractérise en ce cue la forme cylindrioue transparente (5) peut-être en deux parties formant coquilles suivant l'axe (Y-Y').