Brevet FR2535032A1 — publié le 19840427

La présente invention concerne les appareils du type capteur solai- re, plus exaotement insolateur Dermettant d'échauffer des fluides a- vec le flux solaire, Dour obtenir des calories utilisables immédia- tement ou mis en attente dans un réservoir de stockage. Dans les dispositifs connus de oe genre, une Dlaoue métallique sur ou dans laquelle sont aménagés des passages nour le fluide calopor- teur fait fonction d'absorbeur du flux solaire, anrès avoir reçu sur sa face exposée un traitement sélectif oar Deinture ou procédé chi- mique. 1 O L'absorbeur est logé dans un coffre calorifugé,lui-même refermé par un panneau transparent aux rayons lumineux du soleil, généralement une vitre en verre Les capmteurs solaires ainsi réalisés ont leur face orientée à la perpendiculaire du flux solaire, c'est dans cette position que les capteurs plans donnent leur meilleur rendement Dans de tels dispositifs les absorbeurs ont un angle d'inclinaison fixe. Il est connu cue le soleil à un angle variable par rapport à un point fixe Le solstice d'été du soleil se situe à 23 279 de l'écuinoxe, et le solstice d'hiver également à 23 0279 de l'éouinoxe, ce oui repré- sente un angle entre les deux solstices de 46 54 ". Un capteur plan ne donnera son meilleur rendement ou'à la Dernendi- culaire du flux solaire Le calage des capteurs ulans étant fixe et ne suivant pas le flux solaire entre le solstice d'été et le sols- tice d'hiver donne des rendements annuels insuffisant. L'Insolateur selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients. La présente invention se rapporte à un insolateur vertical comportant un absorbeur angulaire dont le nombre des angles supérieur à deux, reçoivent sur leurs c 8 tés respectifs le flux solaire entre le sols- tice d'été et le solstice d'hiver du soleil. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront au 3 e cours de la descrption oui va suivre, laouelle faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre comment la présente invention Deu-Stre mise en Dratique. La Fig 1 est une figure géométrique de l'absorbeur La Fig 2 est une vue de couue de l'absorbeur. La Fig Y représente une vue de coupe de l'absorbeur mettant en évi- dence la fixation de l'échangeur thermioue La Fig, 4 est une vue de coupe de l'insolateur angulaire vertical se- lon l'invention La Fig 5 est une figure géométrique oui indique une tolérance d'in- clinaison de ltabsorbeur vertical La Fig 6 est une variante de la Figare géométrique Pig 1 La Fie 7 est une variante en vue de coupe de l'absorbeur de la Fig 2 La figure 1 est une figure géométrique expliouant des bases de cal- cul Dour la réalisation d'un tel insolateur Comme on le voit à 1 ' - examen de cette figure, on trace un axe horizontal AB, on trace en- suite un axe vertical CD perpendiculaire à AB Au point d'intersec- tion O des axes AB CD on trace un axe W, oui matérialise l'écuino- xe du soleil L'angle cl sera différent suivant la latitude Dans le cas présent Dour faciliter la démonstration, o Cl est de 400 On trace un axe GOH à 23 27 ' O ( 2 de 3 y F, on trace un axe IOJ à 23027 ' c 3 de EDF Cbmme on le voit à l'examen de cette fig e OH, matéria- lise le solstice d'été du soleil OF matérialise ltéouinoxe du soleil 0 J matérialise le solstice d'hiver du soleil. On trace un axe KO O dont l'angle c dans la description de la fig 4 l'angle -c 4 est de 45 . On trace un axe C' D' parallèle à CD, nous obtenons une fig géo- métriaue MON avec un angle, N 01 M 1 en 12 N 1 en N 1 03 M 2 en M 05 N 2, en N 2 06 O Il est ob- tenu avec un nombre supérieur à 1 de fig géométrique MON la oons- truction géométrioue, 07 M 3 06 N 2 05 MON 01 M 1 02 N 1 32 04 ui permet la réalisation d'un absorbeur angulaire, dont le nombre d'an- gle vention Dans le cas présent, c 1 l représente l'équinoxe du soleil à une valeur arbitraire de 400 Le principe de construction reste va- lable quelle que soit la valeur de cet angle aoel Celui-ci est déteui miné selon la latitude d'exploitation. Pour un angle d'écuinoxe ut 1 est fixés le même principe de con- truction est applicable pour tout angle oc 4 oompris entre FOJ et FO O c'est-à-dire tout angle c C,4 élément de l'intervalle 23 27 ', 45 '. Ubmme on le voit à l'examen de la Fig 2, l'absorbeur angulaire 1 est représenté en vue de coupe, il est conçu avec une mat Xière permet 3 tant un excellent échange thermique et a reçu un traitement sélectif 2 sur toute sa surface insolée Il est connu que le traitement sélectif doit permettre d'obtenir un maximum d'absorbtion du flux solaire, un minimum de réflection des rayons lumineux du soleil, et un minimum de réémission des rayons infra rouges produits par l'échauffement de l'ab- sorbeur 2535032 Z Les traitements sélectifs sont effeotués à partir de peintures dites sélectives, ou de procédés chimiques Malgré le oo 1 t élevé des traitements sélectifs auun procédé ne permet une sélectivité de 100 % L'abscrbeur selon l'invention permet dtéviter ces inoonvénients. L'absorbeur 1 comprend dans sa réalisation des angles o,5 comme, il a été indiqué et démontré avec la fig 1 Au sommet des angles c 5 ont été réalisées des déformations Ypour permettre la mise en place sans soudure ni collage, d un éhangeur thermique dans lequel circule le fluide oaloporteur Les déformations 3 enveloppent par leurs formes et maintiennent par serrage ltoéchangeur thermique dans lequel circule le fluide oaloporteur qui sera expliqué aveo la fig B Les o 6 tés 6 L 7 fig 2 déterminés par l'angle -C 59 recoivent sur leurs faces respectives le flux solaire entre le solstice d'été et le sols- tice d'hiver. Les rayons du flux solaire qui ne seraient pas absorbés par la face 6 sont réfléchis sur la face 7 pour y atre absorbés O Les rayons du flux solaire qui ne seraient pas absorbés par la face 7 sont réflé- ohis sur la face 6 pour y 9 tre absorbés Le trait SE 1 N pointillé matérialise un rayon du flux solaire au solstice d'été du soleilo Le trait o en pointillé matérialise un rayon du flux solaire à leéqui- noxe du soleil, Le trait Sh en pointillé matérialise un rayon du flux solaire au solstice 'hiver du soleil, Gomme il est démontré par les traits en pointillé Sl E 1 1 S les faces 6: et 7 déterminées par langle oó_ 5 réfléchissent leune sur l'utre les rayons du flux soc laire qui ne sont pas absorbés directement sur 19 absorbeur 1 par le manque de sélectivité des traitements O I 1 en est de mâme pour la é- émission des infra rouges provenant de l'éohauffement de l'absorbeuril Les faces 6 et 7 se renvoient mutuellement une partie des infra rouges réémis paa le manque de performance dos traitements sélectifs O La réalisation de labsorbeur 1 selon l'invention augmente leab- sorbtion du flux solaire entre le colstice d'été du soleil et le sols- tice d'hivera La surface d Vabsoobt S de labsorbeur angalaire et plus grande apr ses 8 %tés 6 ot 7 déterminée par les angles c 5 au mê- tre carré qne la supfaàe d'abeorbtion deun Èbsoebeur plat. L'échange thermique se fait suer toute la surface de la déformation 3 ce qui diminue linertie d'échauffement au fluide oaloporteur dès que l'absorbeur 1 et inscl 6 o La fig 3: indique la fixation de 1 téohan geur thermique, Dans le aos présnt la déformation 3 est cylindrique 9 elle pourrait $sre de toutes antres formes La forme oylindricue a été choisie paroe que les échangeurs servant de passage au fluide oa- loporteur sont généralement des tubes oylindriques; 61 le enveloppe au 3/4 environ la surface de l'échangeur 4 dans leouel oiroule le fluide caloporteur 5 L'échange thermique se fait donc à partir de la totalité de l'absorbeur 1 aveo les faces 6-I la déformation 3, l'échangeur 4, et le fluide oaloporteur 5 La zone 8 de l'éohangeur 4 qui n'est pas enveloppée par la déformation 3 reçoit directement le flux solaire sur le quart restant environ de sa surface La réalisa- tion de l'absorbeur selon l'invention permet à l'échangeur 4 de re- cevoir sur toute sa surface par échange thermique et par le flux di- rect du soleil les calories disponibles Un autre avantage de la défor mation 3 est de maintenir par assemblage, par pression comme un res- sort l'échangeur 4, sans soudure, sans oollage, sans attaches, ce qui permet une dilatation entre l'absorbeur i et l'échangeur 4 sans con- traintes et sans risque de fuite. La Fig 4 indique en vue de coupe l'insolateur selon l'invention. L'absorbeur 1 est aménagé entre un panneau 9 transparent à la lumière du soleil, mais s'opposant au passage des infra rouges produits par 1 I échauffement de l'absorbeur 1, le panneau a est généralement en verre trempé, il doit remplir les meilleures conditions de transparence aux rayons lumineux du soleil et s'opposer également au passage des ultra violets et un panneau réflecteur 10 réfléchissant les infra rouges 11 émis nar la face arrière 12 de 1 'absorbeur 1 La matière du panneau réflecteur 10 sera en aluminium Eli, en inox, ou un miroir offrant la meilleure réflection. Un espace 13 est aménagé entre l'absorbeur 1 et le panneau réflecteur , l'espace 13 permet un fonctionnement de i'insolateur en utilisant l'air 14 comme véhicule des calories Un passage-15 permet l'entrée d'air frais, l'air 14 se réchauffant au contact de la face arrière 12 de l'absorbeur 1 et l'angle OC 4 du ceté 6, représenté ici par X 1 permet une circulation naturelle de l'air qui se r Schauffe au Contact de l'absorbeur 1; donc ll'air frais pénètre par le passage 159 se réchauffe sur LXX 1 IX 3-12sur -oute la surfacerrière 12 de le ab sorbeur 1 Un passage 16 est aménagé pour pereet-sre la sortie de 1 ' air 14 réchauffé. Pour limiter les déperditions calorifiques produitent par la Cir- culation de l'air 14 sur la surface du réflecteur 109 parelt Cau lorifugé est accolé contre l'arrière du réflecteur 10, un joint d*é tanchéïté 18 maintient l'ensemble 9 _ 1 10 17. Dans le cas o la circulation d'air 14 réchauffée n'est pas souhaitée Les passages 15-16 peuvent ttro obstrués par des frmetures maobiles 19-20. La circulation du fluide eaopreur 5 continue dans l'échangeur 4 qui est aménagé dans la déformation 3 L'espace 21 entre luabsorbeur 1 ' et le panneau transparent 9 est totalement étanche par raoport & l' es-Pace 139, un aménagement 22-23 sur le joint d O tauchffté 18 fixe so- lidairement ltabsorbour 1. Gbmme il vient dettre d 4 montré, leinsolateur selon Ilinvention 9 peut véhiculer les calories par le réohauffemnent de l'air 14 ou le réchauf- fe'nent d'un fluide ca loporteur 5 e, Les deux fonctions neuvent etre si- multanées ou alternatives. Momme Ilindicue la Pif-, 5 la construction géométrique est une to- lérance d'inclinaison de l'absorbear vertical L 9 S AB est vertical. L'angle cw 5 avec ses o Otés 6 -7 Matérialise 19 absorbeur 1 avea un angle q>c 6 -i 2001 eh -positionne Il'angle c 5 f'awoo ses e 9 tés 69 ' et 7891 'angle gej T' étant égal b à D 8 comme 1 '1 indique la construction géométrique, Les trait S en pointillé, BE 1 matérialisant le solstice d'été 9 % matérialisant lvé quinoxe et Sh matérialisant le elotic d Mhivar du soleil se trouvent à l'intérieur de I'anglecw 5 et à l'intérieur de 10 angle e 52 q oemme il est démontré une inclinaison de 20 e de laece vertical de l'bo beur'1 permet encore de recevoir la totalité du flux solaire entre les deux solstices Obtte inclinaison de 11 'insolateur -Peut-,être nécessaire s'il est positionné sur les bavrib res de certaines terrasses on garde- 257 fous. La Fig 6 est une variante de la figure géométrique de la Fige 1 (Jbmme 1 intique la Fige 6 on trace un aze horizontal 7 %? on trace un axe R T d'fangle L 9 L'axe ES: matérialioe le soleil b leqéqiiinoxe avec une lattitudeur 9 40 e On trace un exe TU à 900 I de Mp on trace un &ze T'U' paz'allle à TU donc à 500 de M u point d'interseotion V de T'Ut' sur RS'* on trace une droit III b, 23 IP 279 c C 1 lds Itame, R 53 On traoes une droite VI à 23 'f 27 ' cpl 2 d e Itaze RS?, su point dtinteroeo>- Lion V sur l'sie TU on trace une dx'oite Wy I 4 P 54 ' cbel Y cle la droi- Le VYT su point d'intersection r a l'axe TU, on trac XZV b 46 P e 4 e" cmuc 4 de la droite IV. Il a été déterminé unme figure géométrique Y-;JZ qui sera une des bases de calculs pour réaliser urne variante de l'absorbeur 1 de la figure 1 et de la figure 2. La Fig 7 est une variante de Ita bsorbeur 1 de la Pige 2 La Fig. ' 7 -est réalisée à partir des bases de calculs de la Fig 64. Comme l'indique la Fig T l'axe TU de l'absorbeur 1 à un angle c 15 ' de l'axe CD matérialisant l'horison t l'axe Rl matérialise le soleil à l'équinoxe à une lattitude c,; 16 40 e L'axe U de ltabsor- beur 1 se trouve donc à c, pendiculaire de l'équinoxe du soleil matérialisé par l'axe RSM L'angle vc 5 reçoit en totalité le flux solaire entre les deux solstice du soleil Le trait en pointillé matérialise le solstice dé'ét, le trait E en pointillé matérialise l'équinoxe avec une lattitude ar- bitraire de 40 , le trait Sh 1 en pointillé matérialise le solstioe d' hiver du soleil. La déformation 3 a été aménagée de la même façon que l'indique la Fig 2 E pour recevoir l'échangeur thermique dans lequel circule le fluide oaloporteur. L'.bsorbeur 1 de la Fig 2 et l'absorbeur 1 de la Fig 7 sont iden- tiques dans leur principe de fonctionnement La variante se situe dans le positionnement des angles suivant l'axe TU de la F Ig & T et suivant l'axe CD de la Fig 1. Le dispositif, objet de l'invention, peut-%tre utilisé, sur la façade des immeubles, en appui sur les barrières, les garde-fous des 2 U terrasses, des balcons, contre un mur ou une o 18 tures sur le bandeau disponible des maisons sous les gouttières, en intégration totale dans les façades des immeubles réalisés pour être chauffés aven 1 ' énergie solaire L'insolateur selon l'invention peut w'intégrer fa- oilement sur des habitations individuelles légères utilisant l'air chaud pour leurs chauffages. Des applications particulièrement intéressantespeuvent être i Ae séchage des céréales, des fourrages après la récoltey l'élivation des températures et la régulation de 1 ' méttrie dans les serre; le chauffage des pisoinesz eau air, le chauffage de 1 'eau sanitaire La réalisation de chauffe eau solaire économique. 2-35 O 32 REVMIOITIONS 1 Insolateur à absorbeur angulaire vertical, comportant un absor- beur ( 1),caractérisé par un nombre égal ou supérieur à un d'angles (o C 5) dont les otés respectifs ( 6: 7) absorbent le flux solaire entre le solstice d'été (SE,) et le solstice d 'hiver (sh 1). 2 o Insolateur selon la revendication 1, caractérisé par une d éformation ( 9) aménagée au:,Gommet des angles ( c O: 5) servant J recevoir l'échangeur ( 4/) dans lequel circule le fluide caloporteur ( 5). _T I Tsolateur selon la revendication 1, caractérisé par les cetés ( 6 74 des angles 5) réfléchissant l'un sur l'autre le flux solai- re non absorbé directement. 4 Insolateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la déformation ( 9) transmet par simple contact, donc par échange thermi- que avec l'échangeur ( 4)9 les calories au fluide caloporteur ( 5), ab- sorbées par les otées ( 6 -7 jo 5, Insolateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la déformation ( 3 t), enveloppe en partie l'échangeur ( 4), et que la sur- face de l'échangeur ( 4:) non enveloppé par la déformation ( 3), regoit le flux direct du soleil. 6 Insolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que un panneau réfléchissant ( 10), limite les pertes d'infra rouges produites par l'échauffement de l'absorbeur ( 11 q et renvoie par réflection les infra rouges sur les c 8 tés arrièras "-E 12) de leabscr= 1 3 ' beur ( 1) 77 e Incolateur selon la revendication 6, caractérisé on ce que un. espace ( 13) est amnagé entre le panneau réflecteur ( 10) et l'absor- beur ( 1)î permettant une circulation éventuelle d'air ( 14:) pénétrant par ie passage ( 1 î) et oortant par le passage ( 16). 8 G Insolateur selon la revendication 1; 2 ' 4 * 46, caraotéri O é en ce que la focrme angtilaire do l'abosborbeu ( 1) détorniuée par b 00 e tég ( 6 7 ') et la déformation (pariuet Jm une circulation de Ilaciz qui ce réohauffe au contaut de la face arrière (X Z 1 X 12) do 1 'absorbeur ( 1).