Brevet FR2542073A1 — publié le 19840907

Collecte > ' solaire. L'invention a pour objet un collecteur solaire cons titépar un caisson dans lequel est disposé un absorbeur muni de raccords d'arrivée et de sortie et formé par des conduits disposés parallèlement et communiquant à leurs extrémités par des orifices de passage. Les collecteurs solaires du type indiqué sont connus d'une façon générale. Cet état de la technique est décrit, par exemple, dans les documents DE-GM 76 12 010, DOS 26 OO 598 et dans le brevet des E.U.A. ne6950136. Il s'agit alors de collecteurs avec des absorbeurs en forme de caisson, dans lesquels des chicanes d'écoulement assurent un écoulement suivant un parcours en forme de méandres. Outre ces absorbeurs en forme de caisson, on connaît aussi des absorbeurs agencés de manière qu'un tube soit placé entre deux plaques en tôle embouties de façon appropriée, ce tube étant cintré pour former des méandres et ne présentant en général qu'un diamètre de un centimètre environ.Il en résulte que les collecteurs solaires de ce type sont prévus pour une vitesse d'écoulement relativement grande et présentent-un volume relativement faible par rapport au caisson qui les contient. Si l'on voulait puiser directement de l'eau sanitaire dans le collecteur, il en résulterait un épuisement rapide de la quantité d'eau chaude sanitaire disponible. Pour cette raison, on raccorde le Collecteur ou les collecteurs à un réservoir d'accumulation (accumulateur), le cas échéant isolé, avec lequel on dispose alors de grandes quantités d'eau sanitaire. Cette combinaison avec un réservoir d'accumulation est naturellement utilisée non seulement pour la préparation d'eau sanitaire, mais aussi pour des installations de chauffage bivalentes ou trivalentes. Un tel réservoir d'accumulation, qui est la plupart du temps raccordé directement dans les pays chauds au collecteur ou monté à coté de celui-ci, entraîne une dépense supplémentaire considérable qu'il convient d'éviter. Les absorbeurs en forme de caisson du type indiqué dans le préambule ont certainement en règle générale un volume plus important que les absorbeurs constitués par un tube mince. Mais des limites sont fixées à ce grand volume par le poids de l'eau à recevoir et à conserver (problèmes de stabilité). Il faut aussi tenir compte du fait que les absorbeurs doivent en général pouvoir supporter une charge d'eau sous pression.En outre de tels absorbeurs en forme de caisson entraînent une dépense de fabrication considérable, car les toles doivent être découpées, pliées et soudées. L'invention a pour but de perfectionner un collecteur solaire du type indiqué dans le préambule, de manière quele collecteur lui-même puisse servir d'accumulateur résistant à la pression et puisse fournir directement la quantité d'eau chaude sanitaire dont on a besoin en général. En ce qui concerne la détermination des dimensions, on ne veut utiliser qu'une matière pour conduit de passage continue qui doit pouvoir être coupée à longueur de façon simple, l'absorbeur du collecteur pouvant ainsi être fabriqué plus aisément et pouvant être réalisé de façon plus simple à la longueur voulue. A cet effet, l'invention concerne un collecteur du type ci-dessus caractérisé en ce que les conduits sont constitués par des tubes s'étendant parallèlement entre eux, disposés dans le caisson l'un contre Vautre ou à faible distance l'un de l'autre, fermés à leurs extrémités, à section circulaire ou ovale, et en ce que les orifices de passage latéraux des tubes voisins sont reliés entre eux de façon étanche aux liquides. Des dispositions indiquées dans la suite permettent d'obtenir des modes de réalisation avantageux. Le fait que les tubes, qui sont du reste résistants à la pression par leur forme même, en constituant des absorbeurs en forme de caisson ou, des conduits d'absorbeurs, doivent être disposés l'un à côté de l'autre et à faible distance l'un de l'autre, n'exige aucune explication pour la mise en place l'un à côté de l'autre. Par contre, pour la disposition "à faible distance l'un de l'autre", il y a lieu de comprendre que cette distance n'est qu'une faible fraction du diamètre de chaque tube, c'est-à-dire qu'elle n'est par exemple que de 1 à 2mm. Le diamètre des tubes est, de préférence, compris entre 100 et 150mm environ.Avec les dimensions usuelles des caissons de collecteurs mentionnés précédemment, cela conduit à un volume total de 100 à 150 litres (ce volume doit avantageusement être au moins égal à 20 litres). Indépendamment de ces dimensions et par la formation du conduit de passage avec des tubes de diamètre relativement grand, on peut évidemment donner sans difficulté une plus grande longueur au collecteur et envisager aussi, par exemple, des longueurs de 3 à 4 m sans que cela pose des problèmes de stabilité. La disposition supplémentaire suivant laquelle ces tubes de diamètre relativement grand doivent être reliés à leurs extrémités sans coudes de raccord, est naturellement liée au problème de la disposition des tronçons tubulaires parallèles à faible distance l'un de autre. En effet, des tubes d'un tel calibre ne peuvent être munis de coudes à forte courbure de ce type que moyennant une dépense de fabrication relativement élevée, coudes qui seraient cependant nécessaires si l'on voulait placer les tubes aussi étroitement l'un contre l'autre dans le caisson.Il est à présumer que c'est là la raison pour laquelle on a prévu jusqu'à maintenant un faible diamètre pour le tube d'absorbeur dont le tracé est en forme de méandres et on a maintenu entre les tronçons tubulaires parallèles des- distances importantes par rapport au diamètre. C'est aussi probablement la raison pour laquelle, avec la disposition d'un volume d'accumulation accru de façon limitée, on en est venu à des réalisations en caisson dans lesquelles le parcours en forme de méandres peut être obtenu simplement par des orifices pratiqués dans les parois de séparation ou par la disposition de nervures directrices. Dans une forme de réalisation préférentielle, l'arrivée et la sortie ont lieu au milieu et des chicanes déflectrices pour l'écoulement sont disposées dans la zone des orifices de passage latéraux. En effet, on peut ainsi, d'une part, introduire l'eau à chauffer avec une vitesse d'arrivée élevée, mais cette eau doit, d'autre part, parcourir deux trajets relativement longs avant d'arriver aux tubulures de sortie d'eau. Bien que l'on ait des tubes de diamètre relativement grand, on obtient des conduits de section relativement faible, ce qui permet de s'opposer avantageusement au mélange de l'eau froide et de l'eau chaude. Le collecteur se réchauffe suivant le principe de la gravité et on obtient une stratification correspondante des températures du haut vers le bas dans ce collecteur.Il en résulte qu'on dispose déjà d'un volume utilisable, même si la durée de l'ensoleillement est faible. On va maintenant décrire l'invention plus en détail en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la Fig.l est une vue de dessus schématique du collecteur solaire; - la Fig.2 est une coupe du collecteur effectuée suivant la ligne II - Il de la Fig.1; - la Fig.3 est une coupe du cor tueur effectuée suivant la ligne III - 111 de la Fig.1; - la Fig.4 est une coupe effectuée dans la zone des orifices de passage; - la Fig.5 est une Vue de dessus de l'extrémité de l'absorbeur fermée par un capuchon de fermeture unique; - la Fig.6 est une vue de ltintérieur du capuchon de fermeture; - la Fig.7 est une coupe du capuchon de fermeture avec les tubes en place. Les figures 1 et 2 représentent une forme de réalisation préférentielle du collecteur solaire. Des tubes 4 sont disposés parallèlement entre eux et l'un contre l'autre dans un caisson 5, à savoir dans le volume 5' restant libre à l'intérieur de l'isolant 5". Les extrémités 6 des tubes 4 sont fermées par des capuchons de fermeture 12. En outre, les extrémités des tubes communiquent entre elles par des orifices d'écoulement latéraux 7. Dans les zones d'extrémité 10 des tubes 4 situés entre le premier tube 4' et le dernier tube 4", sont disposées des tôles déflectrices il pour l'écoulement, comme cela est représenté sur les dessins. Ces tôles peuvent aussi être fixées de façon appropriée sur les capuchons de fermeture 12. Les tubes 4 peuvent, sans que cela soit obligatoire, être munis d'une paroi de séparation 14 dans leur partie médiane (cette cloison est représentée en pointillé sur la Fig.l). Si par suite d'un prélèvement d'eau sanitaire, le liquide s'écoule dans les tubes 4, il se produit un écoulement indiqué par des flèches, depuis le raccord inférieur d'arrivée 1, en passant par les tubes, jusqu'au raccord supérieur de sortie 2. Le collecteur est posé avec une inclinaison de 30D à 600 environ sur l'horizontale. Si le caisson 5 a, par exemple, une hauteur de 270mm environ (y compris la couverture transparente 3), chaque tube présente un diamètre de 130mm environ et à une longueur de 2000mm environ ou davantage. En d'autres termes, le volume libre 5' du caisson 5 est, comme cela est visible sur les figures 1 et 2, presque entièrement utilisé en tant que volume utile, la section d'incidence du rayonnement étant elle-même entièrement occupée par le côté exposé des tubes. On mentionnera simplement qu'en bordure le raccord d'arrivée 1 s'engage un peu dans le tube inférieur 4' et est agencé de façon telle que l'dcoulement du liquide est orienté des deux côtés dans la moitié correspondante du tube 4'. Les extrémités 6 des tubes 4 sont munies d'orifices d'écoulement latéraux 7 dont les bords présentent des parties repliées 8 de manière que celles-ci s'engagent l'une dans l'autre comme représenté sur la Fig.4 et soient assemblées de façon étanche aux liquides. Cela n'est possible que parce-que les tubes sont disposés directement l'un contre l'autre ou sont associés avec une faible distance entre eux. I1 serait, bien entendu, aussi possible de guider l'écoulement dans les tronçons tubulaires en supprimant ou en disposant en conséquence les tôles déflectrices 11 prévues pour l'écoulement dans le sens des flèches représentées en trait mixte. Du reste, les orifices de passage 7 représentés sur les figures 1 à 4 peuvent avantageusement être légèrement déplacés vers l'arrière par rapport aux bords d'extrémité 13 des tubes. On a ainsi des bords de montage plus favorables pour les capuchons 12 et, en outre, les bords repliés 8 peuvent s'étendre tout autour des orifices et peuvent donc aussi se refermer plus favorablement l'un sur l'autre et s'assembler de façon étanche aux liquides. Cette disposition est représentée sur les figures 5 et 7. Avec un tel agencement, il est, en outre, possible de réunir tous les capuchons de fermeture 12 d'un côté en une pièce moulée sous pression unique 12'. L'ensemble du caisson 5 suivant la Fig.l avec le guidage de l'écoulement représenté est, bien entendu, disposé au moyen d'un support approprié (non représenté) avec une inclinaison plus ou moins grande sur la verticale, ce qui peut être effectué sur le toit d'une maison. La pose du caisson 5 avec une inclinaison sur la verticale dans la direction longitudinale des tubes est évidemment aussi possible. Dans ce cas, les extrémités inférieures des deux tubes 4', 4" sont munies chacune d'un raccord d'arrivée latéral 1 et les extrémités supérieures des tubes sont munies chacune d'un raccord de sortie 2 (ces raccords sont représentés en pointillé sur la Fig.l). Les orifices 7 n'ont plus alors aucune fonction de déviation, mais seulement une fonction de liaison et chaque tube 4, 4', 4" n'est parcouru par l'écoulement qu'en direction longitudinale du bas vers le haut. Les tôles déflectrices 11 prévues pour l'écoulement ne sont plus nécessaires. Dans le cas d'utilisation de tubes à section ovale, les orifices de passage 7 sont'pratiqués dans les zones de paroi à plus faible courbure pour qu'il soit possible de disposer dans le caisson 5 le plus grand nombre possible de tubes avec la disposition la plus compacte possible. REVENDICATIONS 1. Collecteur solaire constitué par un caisson (5) dans lequel est disposé un absorbeur muni de raccords d'arrivée et de sortie (1,2) et formé par des conduits (4, 4', 4") disposés parallèlement et communiquant à leurs extrémités par des orifices de passage (7), caractérisé en ce que les conduits sont constitués par des tubes (4, 4', 4") s'é- tendant parallèlement entre eux, disposés dans le caisson (5) l'un contre l'autre ou à faible distance l'un de l'autre, fermés à leurs extrémités, à section circulaire ou ovale, et en ce que les orifices de passage latéraux (7) des tubes (4, 4', 4") voisins sont reliés entre eux de façon étanche aux liquides. 2. Collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices de passage (7) sont munis de bords repliés (8 et sont agencés de manière que les bords repliés de tubes voisins (4, 4', 4") s'ajustent l'un à l'autre. 3. Collecteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le diamètre des tubes (4) est déterminé de manière que le volume total de l'absorbeur soit au moins égal à 20 litres, de préférence au moins égal à 100 litres. 4. Collecteur selon l'une quelconque des-revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tubes parallèles (4) sont munis de capuchons de fermeture (12) à leurs extremités (6J et, avant ces capuchons, orifices de passage latéraux (7) vers la zone du tube voisin agencée en conséquence , ces tubes étant reliés à la zone correspondante de chaque tube voisin. 5. Collecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le raccord d'arrivée (10 est disposé au milieu du tube inférieur (4) et le raccord de sortie (20 disposé au milieu du tube supérieur (4"), au moins un autre tube étant disposé entre le tube inférieur (4') et le tube supérieur (4"), cet autre tube étant muni intérieurement d'une tôle déflectrice (11) pour l'écoulement dans chacune de ses deux zones d'extrémité (10), 6. Collecteur selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les tôles déflectrices (11) prévues pour l'écoulement sont disposées sur les capuchons de fermeture (123. 7. Collecteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 6, caractérisé en ce que les orifices de passage (7) sont déplacés vers l'arrière par rapport au bord d'extrémité du tube. 8. Collecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les capuchons de fermeture (12) de chaque extrémité des tubes (4 sont réunis en une pièce moulée sous pression unique (12') s'engagent sur les bords d'extrémité (13) des tubes, cette pièce étant assemblée de façon étanche aux liquides avec les bords d'extrémité des tubes. 9. Collecteur selon l'une quelconque des.revendications 1 à 8, caractérisé en ce que dans le cas de l'utilisation de tubes à section ovale (4, 4', 4"), les orifices de passage (7) sont disposés dans les zones de paroi de plus faible courbure des tubes. 10. Collecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 7,8 et 9, caractérisé en ce que l'une des extrémités des tubes (4, 4', 4") est disposée plus bas que les autres extrémités de ces tubes, un raccord d'arrivée (1) étant disposé à chacune des extrémités basses des tubes (4',4") et un raccord de sortie (2) étant disposé à chacune des extrémités hautes.