Brevet FR2561362A1 — publié le 19850920

Absorbeur plan pour capteur solaire, capteur solaire équipé d'un tel absorbeur et applications de celui-ci. La présente invention concerne un nouvel absorbeur plan pour capteur solaire. Elle concerne également des capteurs solaires équipés d'un tel absorbeur et des applications de celui-ci. Les capteurs solaires couramment utilisés pour capter l'énergie solaire sont réalisés en juxtaposant plusieurs absorbeurs plans, constitués de deux ailettes et d'un système caloporteur permettant le transport de l'énergie calorifique obtenue par transformation de l'énergie de rayonnement solaire absorbée par les ailettes. Dans un but de simplification, dans la suite de la présente description, le systeme précité sera appelé conduit caloporteur. Ces absorbeurs sont le plus souvent constitues d'une seule pièce extrudée, en aluminium, et leur surface exposée sux rayons solaires a généralement été anodisée et recouverte d'une substance sélective à haut pouvoir absorbant et à faible pouvoir émissif vis a-vis du rayonnement solaire (voir demande de brevet français no 82 12710 au nom de la Demanderesse). Il va de soi que l'efficacité d'un tel absorbeur est dépendante directement du dimensionnem.ent, de la longueur, mais surtout de la largeur et de l'épaisseur des ailettes. De plus, les recherches dans ce domaine montrent qu'il est interessant d'avoir les ailettes les plus larges et les plus fines possibles. Or, la technologie actuelle ne permet pas l'obtention d'absorbeurs suffis,'ent larges pour une épaisseur relativement faible, d'autant plus cyle ces absorbeurs sont fabriqués d'une seule pièce par extrusion. De ineme, les traitements ultérieurs de ces absorbeurs, tels que l'anodisation, se font mal, car la pièce à traiter n'est pas plane. Pour améliorer l'efficacité de ces absorbeurs, il a été proposé (voir demande de brevet français précitée) de réaliser des absorbeurs plus larges, en réunissant deux éléments identiques, obtenus eux aussi par extrusion, comprenant chacun une seule ailette rectangulaire pouvant se terminer sur l'un de ses bords longitudinaux par une portion semi-cylindrique située sous le plan de l'ailette, le canal formé par les deux portions semi-cylindriques composant le support du conduit caloporteur. Néanmoins, cette amélioration se révèle insuffisante, car elle laisse subsister d'autres inconvénients majeurs. Ainsi, l'extrusion des ailettes ou leur anodisation impose encore des contraintes technologiques et des coûts industriels non négligeable s. D'autres inconvénients, également liés à la forme des deux éléments constituant l'absorbeur, s'ajoutent au précédent - il est difficile de stocker les éléments, du fait de la gêne stérique imposée par les portions semi-cylindriques positionnées sous les ailettes - le montage et le démontage des capteurs ne peuvent se faire qu'en usine - il est impossible de placer un caloduc dans le canal, en laissant l'absorbeur dans sa position normale ; en effet, les capteurs contenant un ou plusieurs absorbeurs étant généralement rectangulaires, de ne que la surface absorbante des ailettes, il est nécessaire d'incliner le capteur d'un angle compris entre 0 et 900 par rapport à son axe de gravité, pour faire fonctionner les tubes caloporteurs de chaque absorbeur en caloduc ou en therno- siphon. En vue de remédier à ces divers inconvénients, la présente invention a pour objet un absorbeur d'énergie solaire comprenant au r,xins deux ailettes, placées dans un même plan, et un conduit caloporteur, caractérisé en ce que les deux ailettes sont réunies par un élément de liaison distinct et muni de deux logements dans lesquels sont encastrées lesdites ailettes, ledit élément comprenant en outre un troisième logement ou canal, qui contient ou constitue le conduit caloporteur. Un autre objet de l'invention est constitué par un capteur solaire comprenant au moins deux absorbeurs de ce type, placés dans un morne plan l'un à côté de l'autre, mais distincts l'un de l'autre, comprenant au moins quatre ailettes et au moins un élément de liaison. Eh vue d'améliorer la planéité d'un capteur solaire et sa rigidité, un autre objet de l'invention est un capteur solaire de ce type comprenant au moins deux absorbeurs solidaires l'un de l'autre, dont les éléments de liaison sont reliés par une seule et me ailette, ledit capteur étant ainsi constitué d'au moins trois ailettes pour au moins deux éléments de liaison. Selon un mode de réalisation préféré, l'élément de liaison chevauche le conduit caloporteur à la manière d'un clip, qui forme le troisième logement ou canal, et dont les branches peuvent s'écarter par élasticité. Le conduit caloporteur peut ainsi être inséré par simple pression dans le canal. Pour l'hampe de l'art, il est tout à fait possible de modifier la forme du troisième logement de l'élément de liaison ou de le fermer complèteinent, afin que le conduit ainsi réalisé tienne lui naine la fonction de conduit caloporteur. Ce troisième logement est positionné entre les ailettes ou dans le même plan que celles-ci, ou encore en dessous dudit plan. Dans tous les cas, l'élément de liaison peut supporter ou comporter un conduit caloporteur de section circulaire ou oblongue. Quelle que soit la forme de l'élément de liaison, il est préférable de le réaliser par extrusion en une matière conductrice métallique ou plastique, du type du caoutchouc. Selon l'invention, des ailettes d'épaisseur et de forme convenables sont introduites dans des logements de taille appropriée de l'élément de liaison, de préférence des mâchoires, et maintenues dans un même plan, par la simple introduction du conduit caloporteur dans son logement, qu'induit une pression sur lesdites mâchoires. Pour maintenir les ailettes dans les mâchoires de l'élément de liaison caractérisant l'invention, il est également possible, pour l'homne de l'art, d'imaginer des modes de fixation autres que ou complémentaires de celui précédemment décrit, utilisant, par exemple, la soudure autogène ou la soudure par ultrasons, les colles spécifiques aux matériaux utilisés, les rivets, les vis ou, même, 1' écrasement de la partie supérieure des machi̲res par compression. Selon la présente invention, les ailettes, de préférence planes, peuvent être réalisées à partir de plaques du comnerce, dont l'épaisseur est parfaitement choisie et controlée, qui sont décampées à volonté sous forme de triangle, de parallélépipède ou de trapèze, rectangle ou non, selon l'application désirée pour ces absorbeurs, en particulier l'utilisation en caloduc ou en thermosiphon. Dans ce cas, les conduits caloporteurs sont dans une position oblique par rapport aux bords de l'absorbeur ou du capteur, qui forment des surfaces d'absorption généralement rectangulaires. En outre, ces ailettes peuvent être réalisées de façon particulièrement économique à partir de divers matériaux : plaques extrudées ou laminées d'aluminium ou de tout autre métal conducteur. Les ailettes peuvent avoir une épaisseur constante ou croissante de leur extrémité longitudinale libre à leur extrémité liée au système caloporteur. Un autre avantage de l'invention est, en particulier, de pouvoir augmenter la largeur des ailettes et, par exemple, de remplacer dans un capteur deux ailettes appartenant à deux absorbeurs voisins, mais distincts, par une seule ailette, dont la surface est au moins égale à la sonne des surfaces des deux ailettes précédemment citées. Du fait de la parfaite planéité des ailettes, les traitements ultérieurs tels que l'anodisation par dépôt d'une substrance absorbante et /ou antiémissive sur la surface externe des ailettes, de même que le stockage de ces ailettes, sont tout à fait simplifiés sur le plan technologique. Le montage et le démontage de ces absorbeurs ainsi conçus sont rendus Si faciles qu'il devient en particulier possible de monter ou démonter ces absorbeurs sur le site d'utilisation, ce qui facilite toute intervention ultérieure sur ces absorbeurs. Il est également. possible de récupèrer les ailettes et l'élément de liaison lors de ces, interventions après démontage de l'absorbeur ou du capteur. Enfin, l'ensemble des avantages décrits précédemment, apportés par la présente invention, permet de diminuer considérablement les colts industriels de fabrication et d'exploitation de tels absorbeurs. Selon l'invention, un absorbeur constitue lui-même un capteur solaire et peut entre monté en caloduc ou en thermosiphon. Le capteur solaire comprenant autant d' absorbeurs que de conduits caloporteurs peut aussi etre constitué d'une série de caloducs ou de thermosiphons. Un autre objet de 1 invention concerne un capteur solaire pouvant également être monté en thermosiphons, comprenent au moins deux absorbeurs selon l'invention, disposés cote à côte dans le même plan et un unique conduit caloporteur recourbé en épingle à cheveux. Les branches dudit conduit, correspondant à la circulation aller-retour du fluide caloporteur, sont introduites dans les canaux élastiques, parallèles ou non, desdits absorbeurs, ce qui fixe tous les éléments entre eux, l'ouverture du clip induisant une pression sur les mâchoires. Selon un rnode de réalisation préféré, la portion courbe du tube est entièrement contenue dans les limites de la surface des ailettes des absorbeurs et, à cet effet, une des parois du canal élastique de 1 'élément de liaison sur chaque absorbeur peut être découpée à une de ses extrémités, sur une longueur suffisante pour permettre le libre passage de la portion courbe dudit conduit caloporteur d'un élément de liaison à l'autre. De cette manière, le tube, y compris sa portion courbe, reste dans les limites de l'encombrement du capteur. De plus, il est possible d'incurver l'élément de liaison, les deux absorbeurs étant rendus solidaires par l'intermédiaire dudit élément. De façon plus générale, selon une autre caractéristique de l'invention, le capteur solaire plan comprend un ensemble de n absorbeurs, disposés côte à côte, avec n supérieur ou égal à 2, ledit ensemble comprenant un nombre d'ailettes variant de n + 1 à 2 n, selon que deux absorbeurs voisins sont solidaires ou non l'un de l'autre par une seule ailette. Ainsi, les absorbeurs peuvent être positionnés en série et solidaires les uns des autres, ce qui présente l'avantage d'améliorer la planéité et la rigidité des capteurs solaires. De façon connue en soi, le conduit caloporteur peut être constitué de toute matière conductrice, non corrodable par contant avec la paroi interne du troisième logement Ge l'élément de liaison, et, suivant les applications, de qualité alimentaire. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins La figure 1 est une vue en perspective d'un absorbeur selon l'invention Les figures 2a et 2b sont des vues en coupe suivant la ligne II-IT de la figure 1, respectivement avant et après introduction d'un conduit étanche dans le canal de l'élément de liaison Les figures 3 et 4 rassemblent des schémas d'autres configurations possibles de l'élément central de l'ansorbeur, qu'il s'agisse du dispositif maintenant le tube caloporteur ou des mâchoires dans lesquelles sont introduites les ailettes Les figures 5a et 5b sont des vues de la face supérieure de deux absorbeurs tels qu'ils peuvent hêtre agencés dans un capteur solaire La figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI des figures 5a et 5b. En référence aux figures 1 et 2, l'absorbeur est constitué de trois éléments distincts 1, 2 et 3, obtenus à partir d'un métal à conductivité thermique élevée, par exemple de l'aluminium. Les éléments 1 et 2 sont des ailettes planes, généralement en forme de quadrilatères, obtenues à partir de plaques du commerce, d'épaisseur définie, généralement découpées en parallélépipède ou en trapèze, rectangle ou non, aux dimensions requises pour le montage dans le capteur. La surface choisie comme face supérieure de chaque ailette, absorbant l'énergie solaire, est recouverte, par anodisation, d'une couche sélective à haut pouvoir absorbant et à faible pouvoir émissif. Les deux ailettes sont assemblées dans un même plan, pour constituer l'absorbeur, par l'élément 3 de liaison. Cet élément 3, solidarisant les ailettes sur toute la longueur de l'absorbeur, comprend un canal semi-ouvert 5 élastique, destiné à loger le conduit caloporteur 6. L'élasticité des parois 51 et 52 du canal 5 est suffisante pour pouvoir introduire et maintenir le conduit caloporteur 6, qu'elles embrassent sur plus de 1800. Les deux ailettes 1 et 2 sont introduites dans les logements 71 et 81 des deux mâchoires 7 et 8 de l'élément de liaison 3. Les deux ailettes 1 et 2 sont maintenues dans un même plan par l'élément de liaison 3 après l'introduction du conduit caloporteur dans le canal élastique 5. L'ouverture dudit canal 5 induit un resserrement des mâchoires 7 et 8, ce qui permet de fixer lesdites ailettes 1 et 2 à l'élément de liaison 3 et ainsi de constituer 1' absorbeur. La fixation des ailettes peut être renforcée par l'emploi de colles spécifiques, de soudures autogènes ou par ultrasons, de vis, de rivets ou, même, par écrasement de la partie supérieure 9 des mâchoires. Afin d'éviter les pertes de chaleur par réémission au niveau de l'élément de liaison 3 et d'augmenter la surface d'absorption de l'absorbeur, ledit élément sera traité et rendu sélectif en sa partie externe 9 sur toute sa longueur, comme les ailettes. Simultanément, le contact serré du conduit caloporteur 6, avec le canal élastique 5, assure une conduction sans perte de chaleur. Comne on le voit sur la figure 3, les logements 71 et 81 destinés à recevoir les ailettes 1 et 2, peuvent être de profil semi-rectangulaire, semi-trapézoldal ou semi-parallélépipédique. Elles peuvent comporter à l'une et/ou à l'autre de leurs extrémités une excroissance continue, parfois dentelée, qui peut être également discontinue comme une succession d'ergots ou de dents (profils e, f, g, h, i, j), et un orifice semi-cylindrique placé à l'un des coins desdits logements permettant d'assurer l'élasticité des mâchoires à l'ouverture du canal élastique 5 (profils a, b, c, d). Comme le montrent les figures 2a et 2b, le canal élastique n'est pas nécessairement une portion de cylindre ; il peut comporter dans la partie médiane de ses parois semi-cylindriques, une encoche de forme appropriée assurant l'élasticité suffisante à l'ouverture dudit canal 5. D'autres profils peuvent être imaginés pour assurer cette élasticité, comme le montre la figure 3, en k, 1, m et n. La figure 4 représente les différentes variantes schématisées de l'élément de liaison, en particulier de son dispositif de fixation du conduit caloporteur. Le canal cylindrique peut être - quasiment fermé (profil a) : l'amplitude du canal élastique est alors voisin de 3600 - totalement fermé (profil b) : le système n'est plus élastique et le canal peut jouer le role de conduit caloporteur ; on peut aussi écraser ledit conduit comme en c), afin de diminuer épaisseur de l'absorbeur et améliorer les échanges de chaleur - placé au centre de deux mâchoires dans lesquelles s'introduisent les ailettes, comme on le voit en d) : il il peut encore jouer le roule de conduit caloporteur Les figures Sa, 5b et 6 montrent un montage de deux absorbeurs 10 et 10', dans lequel trois ou quatre ailettes 1 et 2 et/ou 1' et 2' sont juxtaposées et assemblées par deux éléments de liaison 3 et La forme es ailettes 1 ru 2 2 (ou 1 et 2') dans la figure 5 est telle que l'élément de liaison 3 (ou 31) est en position oblique var rapport à l'@@re II-II de l'absorbeur 10 (ou 10').Le conduit caloporteur 6 ou 6 placé sous 1' l'élément de liaison 3 (ou 3') dans le canal élastique 5 (ou 5') est donc lui-même en position oblique par rapport aux bords de l'absorbeur. Cette position du conduit caloporteur 6 (ou 6') permet le fonctionnement normal de l'absorbeur, mais aussi son utilisation en caloduc et en thermosiphon. L'amgle0( que fait l'axe de l'élément de liaison (3 ou 3') avec l'axe II-II de l'absorbeur est variable de O à 900. L'adjonction d'un deuxième absorbeur du type de celui précédemment décrit, comme le montre la figure Sa, permet le fonctionnement normal du capteur solaire et, en particulier, son fonctionnement en thermosiphon, les deux conduits 6 et 6' ne composant qu'un seul et même conduit caloporteur incurvé en épingle à cheveux plus ou moins ouverte, apte à conduire le fluide caloporteur par convection naturelle. Dans ce dernier cas, la portion courbe 11 du conduit étanche reliant les branches aller-retour du tube ne s'étend pas au-delà du bord des ailettes des absorbeurs 10 et 10' A cet effet, les parois 52 et 51' des éléments de liaison 3 et 3' sont découpées à une extrémité sur une distance suffisante pour permettre à la portion courbe 11 du conduit 6 de passer librement, tout en restant entièrement contenue sous les ailettes. L'encombrement du capteur incorporant de tels absorbeurs est toujours réduit à celui de ces derniers. La figure 5b montre plus particulièrement une Juxtaposition de plusieurs absorbeurs distinctes, parallèles les uns des autres, utilisables en calodue ou en thermosiphon. La figure 6 illustre égaleront un capteur dont les conduits 6 et 6' des absorbeurs sont distincts, ou ou un capteur dont les absorbeurs 10 et 10 sont rendus sclidains par l'intermédiaire d' un seul et unique élément de liaison 3 (ou 3') Incurvé. Les deux absorbeurs 10 et 10', indépendamment du conduit étanche 6 ou de l'élément de liaison 3 (3'), peuvent être solidaires. Dans ce cas, les ailettes 2 et 1' ne forment plus qu'une seule et même ailette. Quel que soit l'arrangement des absorbeurs représentés aux figures 5 et 6, ceux-ci sont incorporés à l'intérieur d'un caisson de type classique. REVENDICATIONS 1.- Absorbeur d'énergie solaire comprenant au moins deux ailettes (1,2) placées dans un même plan et un conduit caloporteur (6), caractérisé en ce que les deux ailettes sont réunies par un élément de liaison distinct (3) muni de deux logements (71, 81) dans lesquels sont encastrées lesdites ailettes, ledit élément comprenant en outre un troisième logement (5) qui contient ou constitue le conduit caloporteur. 2.- Absorbeur d'énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième logement (5) de l'élément de liaison (3) est positionné entre les ailettes (1,2), ou dans le même plan que lesdites ailettes ou encore en-dessous dudit plan. 3.- Absorbeur d'énergie solaire selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le troisième logement (5) et le conduit caloporteur (6) ont une section circulaire ou oblongue. 4.- Absorbeur d'énergie solaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le troisième logement (5) de l'élément de liaison constitue en soi le conduit caloporteur. 5.- Absorbeur d'énergie solaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le troisième logement (5) de l'élément de liaison contient le conduit caloporteur (6). 6.- Absorbeur d'énergie solaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de liaison (3) chevauche le conduit caloporteur (6) à la manière d'un clip qui constitue le troisième logement (5) dudit élément de liaison, les parois (51, 52) dudit troisième logement ayant une élasticité suffisante pour permettre leur écartement en vue d'y introduire sous pression le conduit caloporteur (6). 7.- Absorbeur d'énergie solaire selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les logements (71, 81) de l'élément de liaison (3) contenant les ailettes (12) sont des machoires. 8.- Absorbeur d'énergie solaire selon ltune des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les logements (71, 82) des ailettes, de l'élément de liaison (3) se resserrent par ouverture des parois du troisième logement. 9.- Absorbeur d'énergie solaire selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les ailettes sont fixées dans les logements appropriés de l'élément de liaison (3) en utilisant des moyens de fixation, choisi dans le groupe constitué par la soudure autogène, la soudure par ultrasons, les colles spécifiques aux matériaux utilisés, les rivets, les vis et l'écrasement de la partie supérieure des logements dans lesquels s'encastrent les ailettes, par compression. 10.- Absorbeur d'énergie solaire selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les ailettes (1, 2), de préférence planes, ont une forme quelconque choisie dans le groupe constitué par les triangles, les parallélépipèdes et les trapèzes. lt.- Absorbeur d'énergie solaire selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les ailettes (1, 2) sont d'épaisseur constante ou croissante de leur extrémité longitudinale libre à leur extrémité liée au système caloporteur dudit absorbeur. 12.- Absorbeur d'énergie solaire selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'axe de l'élément de liaison (3) fait un angle (&alpha;) compris entre 0 et 90 avec l'axe dudit absorbeur. 13.- Capteur d'énergie solaire plan, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de n absorbeurs, selon l'une des revendications 1 à 12 vec n 2, disposés co à côte, ledit ensemble étant constitué par un nombre d'ailettes (1, 2) variant de n + 1 à 2 n, selon que deux absorbeurs voisins sont solidaires ou non l'un de l'autre par une seule ailette. 14.- Capteur solaire selon la reendication 13, caractérisé en ce que deux absorbeurs voisins sont rendus solidaires l'un de l'autre par un élérient de liaison incurvé (3) cor,mun aux deux absorbeurs, et/ou par le conduit caloporteur (6). 15.- Capteur d'énergie solaire selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le conduit caloporteur (6) est situé totalement au-dessous d'une surface absorbante, que ce soit les ailettes (1, 2) ou l'élément de liaison (3). 16.- Procédé de fabrication d'un absorbeur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend a) l'extrusion de l'élément de liaison (3), b) le découpage des ailettes (1 2) dans des plaques connues en soi, c) le dépôt d'une substance sélective à haut pouvoir absorbant sur les ailettes et la partie supérieure (9) de l'élément de liaison, d) l'encastrage des ailettes dans les logements (71, 81) de l'élément de liaison et leur fixation, e) l'introduction éventuelle du conduit caloporteur (6) dans le canal de l'élément de liaison. 17. - Utilisation de l'absorbeur selon l'une des revendications 1 à 15 en caloduc. 18.- Utilisation de l'absorbeur selon l'une des revendications 1 à 12 et du capteur selon l'une des revendications 1 à 15 en thermosiphon.