Brevet FR2546617A1 — publié le 19841130

La presente invention concerne un capteur solaire à air et son dispositif automatique d'orientation. Il est connu de réaliser des capteurs solaires à circulation d'air comprenant une structure avec un vitrage extérieur pour exploiter l'effet de serre, un radiateur ou absorbeur pour autoriser une transmission maximum de la chaleur et d'une arrivée et d'une sortie d'air mise en circulation par des petits ventilateurs. Selon l'invention, on a voulu améliorer le rendement de ce type de capteurs solaires, notamment par une nouvelle conception du coffre et de l'absorbeur, tout en incorporant un dispositif automatique d'orientation et d'inclinaison pour obtenir l'angle d'incidence moyen, le plus favorable compte tenu de la latitude de la tranche d'utilisation. Pour fixer l'objet de l'invention, sans toutefois le limiter dans les dessins annexés La figure 1 est, à petite échelle une vue en perspective d'un capteur solaire à circulation d'air selon l'invention. La figure 2 est, à plus grande échelle, une vue en coupe transversale du capteur seul, selon la ligne A-A de la figure l. La figure 3 est une vue extérieure en plan correspondant à la figure 2. La figure 4 est une vue de profil en coupe transversale suivant la ligne B-B de la figure 3. La figure 5 est une vue arrière du capteur solaire, illustrant son dispositif automatique d'inclinaison. La figure 6 est une vue extérieure de profil correspondant à la figure 5. La figure 7 est une vue en plan et en coupe suivant la ligne C-C de la figure 5, illustrant-le dispositif automatique d'orientation. La figure 8 est une vue de face et en coupe suivant la ligne D-D de la figure 7. Ce capteur solaire à air et son dispositif automatique d' orientation et d'inclinaison colporte selon l'invention, une enveloppe opaque (1) formant coffre en matière plastique isolante thermique telle que mousse de polyuréthane armée. Cette enveloppe (1) est obtenue notamment par le procédé de polymé- risation, dans un moule approprié, ou encore par tout autre moyen. A seule fin d'aborder la totalité du rayonnement qu'elle reçoit, l'enveloppe opaque (1) est noire de par sa masse ou encore par 1' intermédiaire d'un revêtement suivant toute surface interne. A l'intérieur de l'enveloppe (I), est disposé l'absorbeur ou radiateur constituant l'échangeur de chaleur proprement dit avec l'air relié au réseau de ventilation. Cet absorbeur est constitué par une pluralité de bandes profilées métalliques disposées en juxtaposition suivant toute la hauteur du capteur et judicieusement conçues pour assurer le transfert thermique. Chaque bande profilée (2) de faible épaisseur, à titre indicatif de l'ordre de 3/10 de millimètre, est établie avec un métal présentant d'excellentes qualités de conductibilité, tel que cuivre, aluminium, qui a reçu en outre un traitement de surface par oxydation, par tout procédé connu, pour obtenir des surfaces noires, combinées avec une granulation, de manière à absorber la totalité du rayonnement reçu. Chaque bande (2) ainsi traitée chimiquement se présente avec deux faces parallèles (2a - 2b) d'inégales longueurs, décalées en hauteur sensiblement suivant la profondeur de l'enveloppe (1) et reliées entre elles par un côté adjacent oblique (2c). Selon le montage en juxtaposition, une première bande (2) prend appui de par son petit côté (2a) sur le fond (la) de l'enveloppe (1), tandis que son côté parallèle et décalé (2b) de plus grande longueur se présente parallèlement au premier vitrage (3) en ménageant un espace (E). La bande voisine est disposée inversement en présentant Son petit côté (2a) contre le vitrage (3), en ménageant un passage (P) à la suite de l'espace (E) tandis que le côté parallèle et décalé (2b) de plus grande longueur se présente parallèlement au fond (la) en ménageant un espace (F), comme illustré figure 2. Cette disposition se reproduit de proche en proche, suivant toutes les bandes, compte tenu de la largeur de l'enveloppe (1), de manière à constituer en hauteur des couloirs alternés (C et C1) de section trapézoïdale, mis successivement en communication de par les espaces opposés (E et F). I1 est important de considérer que ces couloirs (C et C1) permettent le passage alterné et contrôlé de l'air frais ventilé arrivant de par le bas, par l'intermédiaire d'une b se (5), en créant ainsi au droit de chaque couloir une chambre de turbulence, de -détente et de chauffage formée par les trois côtés adjacents (2c - 2b). L'air chauffé par contact sur les deux parois opposées de la bande (2) par suite de sa faible épaisseur, circule de proche en proche suivant chaque couloir, pour assurer son chauffage progressif jus qutà la ou les ouvertures d'évacuation (6 - 6a) placées à la partie supérieure de l'enveloppe (1). Les bandes (2) ainsi disposées dans l'enveloppe (1), sont maintenues en position d'espacement en hauteur et d'écartement par l'intermédiaire de tringles-supports (7) traversant des ouvertures correspondantes des dites bandes et disposées transversalement à intervalles réguliers de préférence. Ces tringles-supports (7) sont maintenues par crochetage de leur extrémités dans des anneaux (8) ancrés sur les côtés de l'enveloppe (1). Des ressorts à boudin (9) fixés en bout des tringles (7) autorisant le crochetage tout en assurant une tension souple. I1 faut considérer également que les espacements (E et F) formés par deux bandes (2) consécutives sont obtenus pratiquement par des entretoises (10) soudées, disposés entre les côtés (2a et 2b) suivant des espacements réguliers de préférence. La buse inférieure (5) d'alimentation en air, traverse directement le fond de l'enveloppe (1) pour être reliée à un ventilateur (11) fixé à l'arrière du capteur sur la plateforme d'appui (12). Les ouvertures d'évacuation (6 et 6a) de l'air chaud communiquent avec des canaux (6b) incorporés lors du moulage, dans le fond de l'enveloppe (1) pour aboutir et se raccorder à la base à une buse d'évacuation (6c) reliée au système de stockage ou de distribution. Afin d'exploiter l'effet de serre, lé double vitrage qui forme couvercle de l'enveloppe (1), en laissant passer le rayonnement du spectre solaire pour apporter l'énergie dans l'absorbeur, est constitué par deux vitres espacées (3 et 3a) montés périphériquement à la façon connue sur un chassis (13). Ce chassis (13) est muni extérieurement et périphériquement d'une bordure profilée (14) disposée en regard d'un autre profilé (15) fixé en débordement intérieur sur les côtés de l'enveloppe (1). Un joint (16) en matière souple est engagé par élasticité entre les profilés (14 et 15) suivant la périphérie de l'enveloppe (1), à seule fin d'assurer la fixation du chassies (13), tout en assurant 1 'étanchéité. La plateforme d'appui (12) disposée horizontalement, est animée d'un mouvement rotatif autour d'un axe vertical, comme indiqué ci-après, et supporte de par les extrémités de sa face avant deux pattes-support (17) solidaires de tourillons (18). Ces derniers autorisent l'articulation de la partie inférieure de l'enveloppe (1), pour obtenir le déplacement en inclinaison verticale du capteur. A cet effet, la partie supérieure arrière de l'enveloppe (1) supporte un fer d'appui (19) dont la partie médiane forme chape pour autoriser la fixation à articulation d'un support en T (20) dont la branche horizontale permet de par ses extrémités, la fixation d'axes perpendiculaires (21) sur lesquels s'articulent les extrémités de deux paires de biellettes (22 - 22a) symétriquement opposées. Dans l'axe vertical du support (20), un deuxième support semblable (23) est monté à articulation, dans la partie formant chape d'un tas d'appui (24) fixé sur la plateforme (12). Ce support (23) autorise de par sua branche horizontale, la fixation d'axes perpendiculaires sur lesquels s'articulent les extrémités inférieures de deux paires de biellettes (25 - 25a) symétriquement opposées et de même longueurs que les biellettes (22 - 22a). Les extrémités voisines des paires de biellettes (22 - 22a) et (25 - 25a) sont accouplées à articulation d'un côté à un écrou (26) au moyen des axes (27) et du côté opposé à une bague-entretoise (28) de par les axes (29). Cette disposition permet de constituer un paralllélogramme régulier dont les branches symétriquement déformables sont constitées par les biellettes (25 - 25 a et 22 - 22a). Une vis de manoeuvre (30) traverse librement la bagueentretoise (28) , tandis que sa partie filetée (30a) se visse dans l'écrou (26). Un bloc-moteur réducteur (31) est en outre fixé facialement sur la bague-entretoise (28) tout en étant accouplé à la vis de manoeuvre (30) en vue de son entrainement en rotation. De ce fait, la rotation de la vis (30) provoque le rapprochement ou l'éloignement simultanés des angles opposés formés par les biellettes adjacentes (22 - 25) et (22a - 25a) en vue d'obtenir le déplacement en hauteur du support (20) et par suite l'inclinaison du capteur proprement dit. Des tubes téles=opiques (3t et 32Q assurant la protection de la vis (30). Comme indiqué ci-avant, la plateforme d'appui (12) est animée d'un mouvement rotatif pour assurer en combinaison 1'ori-entation et l'inclinaison du capteur selon l'angle d'incidence le plus favorable. A cet effet, un socle (33) d'appui et de fixation par scellement autorise suivant sa face supérieure la fixation d'un rail circulaire (34) dont la sectin en U permet l'appui et le guidage de galets rotatifs (35) montés en bout d'une ossature triangulaire (36) avec une plaque centrale (36a) pour autoriser l'appui vertical et la fixation de la carcasse (37a) d'un bloc moteur réducteur (37). L'axe rotatif (37b) du moteur (37), traverse librement la plaque centrale (36a) et se fixe en bout directement sur le socle (33). L'ossature tournante (36) sert d'appui et de fixation par boulons ou autrement à la plateforme (12) recevant comme indiqué le capteur solaire et son dispositif d'inclinaison. De ce fat, l'on conçoit que la mise en circuit électrique du moteur (37) autorise la rotation dans les deux sens de la plateforme (12) et par suite du capteur en combinaison ou non avec la mise en circuit électrique du moteur (31) qui permet l'inclinaison dudit capteur. I1 faut également noter que selon l'invention, les blocs moteurs (37 et 31) sont commandés à la façon connue par des cellules optiques incorporées à l'intérieur de l'enveloppe(1).Deux cellules (38 - 38a) agissent sur le moteur (31) d'inclinaison, tandis que deux autres cellules (39 - 39a) sont reliées électriquement au moteur (37) de rotation. En cas d'inefficacité du système optique, il est également prévu d'adjoindre un système électronique de compensation, pour commander les moteurs (31 - 37). On note également qu'un régulateur thermique est adjoint au capteur pour tenir compte de la température de l'absorbeur, de 1' accumulateur servant au stockage d'énergie et également de la température du local à chauffer. Les avantages ressortent bien de la description. On note en particulier - La fiabilité et l'excellent rendement du capteur selon l'invention. - La simplicité de construction. - L'efficacité du dispositif automatique d'orientation et d'inclinaison pour obtenir l'angle optimal de présentation en regard des rayons solaires. L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant plus spécialement été indiquées , elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS -1- Capteur solaire à air avec dispositif automatique d'orientation et d'inclinaison du type comprenant une structure avec vitrage extérieur pour exploiter l'effet de serre, un absorbeur pour autoriser une transmission maximum de la chaleur et une arrivée et une sortie d'air mis en circulation par ventilateur, caractérisé par le fait que la structure ou enveloppe (1) en matière plastique isolante armée ----------------- et noircie, est obtenue par polymérisation pour former coffre et recevoir les éléments de l'absorbeur (2) et le vi o trage (3 - 3a), ladite structure avec arrivée et sortie d'air chauffé étant montée à pivotement en (17) de par sa base sur une plateforme (12) avec moyen d'entraînement en rotation, tandis qu'un moyen dè commande par parallélogramme déformable (22 - 25) assure son inclinaison. -2- Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'absorbeur est constitué par une pluralité de bandes profilées en métal parfaitement conductible disposées en juxtaposition suivant toute la hauteur de l'enveloppe (1) ; chaque bande (2) de faible épaisseur de l'ordre de 3/10 de millimètre étant traitée superficiellement par oxydation pour obtenir des surfaces noires combinées avec une granulation. -3- Capteur solaire selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chaque bande (2) présente deux faces parallèles (2a - 2b) d' inégales longueurs décalées en hauteur pour correspondre en partie à la profondeur de l'enveloppe (1) et reliées entre elles par un côté adjacent et oblique (2c). -4- Capteur solaire selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les bandes (2) sont disposées en alternance en présentant respectivement et successivement leur petit côté (2a) contre le fond (la) de l'enveloppe (1) et sur le premier vitrage (3) pour la bande suivante, de manière à constituer des couloirs alternés formant chambres de turbulence et de chauffage, mises successivement en communication par l'intervalle formé entre leurs côtés (2a et 2b) et les espaces formés successivement en regard du premier vitrage (3) et le fond de l'enveloppe (1). -5- Capteur solaire selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les bandes (2) assemblées sont maintenues en position par des tringles (7) les traversant transversalement, accrochées de par leurs extrémités munies de ressorts (9) à des anneaux (8) ancrés sur les côtés de l'enveloppe (1). -6- Capteur solaire selon les revendications 4 eut 5, caractérisé par le fait que les intervalles formés entre les côtés (2a et 2b) de deux bandes successives sont assurées par des entretoises (10) fixées par soudures. -7- Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la buse (5) d'alimentation en air traverse le fond de l'enveloppe (1) à sa partie basse pour être reliée à un ventilateur fixé à l'arrière du capteur sur la plateforme (12). -8- Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les ouvertures d'évacuation d'air chaud (6 et 6a) disposées à la partie supérieure communiquent avec des canaux (6b) incorporés lors du moulage de l'enveloppe (l), pour se raccorder à leur base à une buse d'évacuation (6c) reliée au système de stockage ou de distribution. -9- Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le double vitrage (3 et 3â) ) formant couvercle de l'enveloppe (1), est monté sur un châssis (13) muni extérieurement d'une bordure profilée (14) disposée en regard d'un autre profilé (15) solidaire des côtés de l'enveloppe (1) ; un joint (16) en matière souple étant engagé par élasticité entre les deux profilés (14 et 15) pour autoriser l'étanchéité et la fixation. -10- Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de commande en inclinaison de l'enveloppe (1) par rapport à la plateforme (12) comprend des biellettes symétriques (22 - 22a) et 25 - 25a) articulées deux à deux en triangulation en hauteur sur un support en T (20) fixé à articulation sur un fer d' appui (19) solidaire de la partie supérieure arrière de l'enveloppe (1), et à la base sur un deuxième support en T (23) fixé à articulation sur un tas (24) solidaire de ladite plateforme (12), les extrémités libres et intermédiaires desdites biellettes étant également accouplées à articulation d'une part à un écrou( 26) et à l'opposé à une bague-entretoise coaxiale (28), de manière à former un parallélogramme déformable, dont le rapprochement ou l'éloignement symétrique de la bague (28) par rapport à l'écrou (26) s'effectue par une vis de manoeuvre (30) commandée en rotation par moteur réducteur (31) ; la rotation de la vis (30) autorisant le pivotement du capteur sur les tourillons (18) solidaires des pattes-supports (17) en vue d'obtenir l'angle d'incidence le plus favorable. -11- Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen d'entraînement en rotation de la plateforme (12) comprend un socle (33) sur lequel est fixé un rail circulaire (34) pour l'ap- pui et le guidage de galets (35) montés périphériquement sur une ossature tournante (36) solidaire de ladite plateforme (12) ; un bloc moteur réducteur (37) étant fixé de par sa carcasse directement sur la plateforme (12) en vue de son entraînement tandis que son axe est immobilisé sur le socle (33). -12- Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les blocs moteur réducteur (31 et 37) sont commandés électriquement par des cellules optiques (38 - 38a) et (39 - 39a) disposées à l'intérieur de l'enveloppe (1), àvec adjonction ou non d'un système électronique de compensation agissant en cas de pannes desdites cellules ; un régulateur thermique étant également monté sur le capteur compte tenu de la température à obtenir.