Brevet FR2590658A1 — publié le 19870529

La présente invention concerne un dispositif de captage de la chaleur solaire, et plus particulierement un tel dispositif dans lequel la chaleur est stockée sous forme de chaleur latente de changement de phase d'un matériau à changement de phase (MCP). On a déjà proposé de réguler thermiquement un local en remplaçant tout ou partie de ses parois ensoleillées par une lame d'un matériau présentant un changement de phase à une température convenable. Le matériau fond pendant la journée en stockant ainsi la chaleur solaire et évitant à celle-ci de se transmettre à l'intérieur du local, et se resolidifie pendant la nuit en cédant au local la chaleur ainsi stockée. Les dispositifs de ce type présentent toutefois un certain nombre d'inconvénients. Tout dtabord, dès que le MCP est totalement fondu, il continue à absorber mais réémet simultanément une part importante du rayonnement solaire vers le local, contribuant ainsi à élever la température de ce dernier. Par ailleurs, le MCP est, dans ces dispositifs, généralement disposé dans un conteneur opaque. L'absorption de la chaleur solaire par le MCP s'effectue dans ces conditions essentiellement au niveau de l'enveloppe. Cette enveloppe est par conséquent portée à une température élevée et il en résulte de fortes pertes de chaleur vers l'extérieur. On a déjà proposé d'améliorer ce type de dispositifs en utilisant une enveloppe transparente associée à un MCP à transparence variable (MCPTV). Ce type de matériau présente la propriété d'être opaque dans sa phase correspondant aux températures inférieures à la température de transition, et transparent dans sa phase correspondant aux températures supérieures à la température de transition. A titre d'exemple de tels matériaux, on peut citer le chlorure de calcium hexahydraté CaC12, 6H20 dont la température de fusion est de 2805 C, le nitrate de calcium tetrahydraté Ca(N03)2, 4H20 dont la température de fusion est de 430, ou encore diverses paraffines dont les températures de fusion sont de l'ordre de 500. Dans un tel dispositif, le matériau étant transparent dans sa phase "chaude" (phase liquide dans le cas d'une transition solide/liquide) et opaque dans sa phase "froide" (phase solide dans le cas d'une transition solide/liquide) l'absorption de la chaleur s1 effectue principalement à l'interface entre les deux phases, c'est-à-dire dans la masse du matériau à changement de phase. Les pertes vers l'extérieur sont réduites en conséquence. Mais l'inconvénient de ce dispositif réside dans le fait que, une fois le MCP totalement fondu, le rayonnement solaire pénètre directement dans le local. La présente invention vise à pallier cet inconvénient. A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un dispositif de captage de la chaleur solaire, du type dans lequel la chaleur est stockée sous forme de chaleur latente de changement de phase d'une lame d'un matériau à changement de phase à transparence variable, caractérisé par le fait qu'il comprend une surface réfléchissante sensiblement parallèle et faisant face à ladite lame. Ce MCP peut être un matériau à transition solide/liquide disposé entre deux lames transparentes. Ainsi, dès que la transition a eu lieu pour toute l'épaisseur de la lame de MCP, cette lame devient pratiquement transparente de sorte que le rayonnement solaire est en grande partie renvoyé par la surface réfléchissante, et non pas absorbé ou transmis comme cela était le cas avec les dispositifs de l'art antérieur. L'épaisseur de la lame de MCP est fonction de la nature du MCP utilisé, par l'intermédiaire de son coefficient de transmission optique. Une épaisseur trop importante n'autoriserait le renvoi vers l'extérieur que d'une faible partie du rayonnement. On peut en outre prévoir, du côté opposé à la surface réfléchissante par rapport à la lame de MCP, une lame d'air comprise entre ladite lame de MCP et une autre lame transparente. Cette lame d'air, permet lors du refroidissement, de limiter les échanges thermiques entre le MCPTV et le milieu extérieur, et par conséquent de favoriser la restitution de la chaleur stockée de l'autre côté de la surface réfléchissante. La présente invention a également pour objet une enceinte telle qu'un local, caractérisée par le fait qu'une de ses parois comporte un dispositif tel que décrit ci-dessus, afin d'obtenir une régulation thermique de cette enceinte. Dans le cas particulier d'un local d'habitation, ce dispositif peut par exemple remplacer une partie de ses parois ensoleillées. Dans le cas d'un local tel qu'une serre, où au moins une des parois ensoleillées est transparente, le dispositif peut au contraire être appliqué à l'intérieur d'une des parois opposées à cette paroi transparente. On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif,des modes de réalisation particuliers de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels - les figures la à lc représentent un dispositif de captage selon l'invention dans trois étapes successives de son échauffement, - la figure 2 représente une première application du dispositif des figures la à lc, et - la figure 3 représente une deuxième application. Le dispositif de captage de la chaleur solaire représenté aux figures la à lc, comprend tout d'abord une lame 1 d'un matériau à changement de phase solide/liquide à transparence variable tel que du chlorure de calcium hexahydraté. Cette lame 1 est comprise entre deux lames 3 et 4 d'un matériau transparent tel que du plexiglas. (marque déposée) Du côté opposé au rayonnement solaire 5, un panneau 6 est disposé parallèlement à la lame 1, le panneau 6 possédant une surface réfléchissante 7 dirigée vers la lame 1. La surface du panneau 6 peut être réfléchissante au sens propre, si le panneau est, par exemple, constitué par une feuille de métal poli, ou être plutôt diffusante, auquel cas la surface 7 peut être prévue de couleur blanche. Le panneau 6 peut également être partiellement transparent. Préalablement à l'insolation du dispositif, le matériau de la lame 1 est entièrement dans sa phase solide comme cela est représenté à la figure la. Au fur et à mesure que se poursuit l'insolation, le matériau de la lame 1 fond progressivement suivant un front 8 (figure lb). La partie liquide 9 du matériau de la lame 1 est transparente, alors que sa partie solide 10 est opaque. Il en résulte que l'absorption du rayonnement solaire s'effectue principalement au niveau de l'interface 8 dans la masse de la lame 1. Lorsque tout le matériau de la lame 1 est fondu (figure lc), cette lame devient transparente, de sorte qu'une partie du rayonnement solaire 5 est réfléchi en 11 sur la surface 7, ce qui limite la montée en température du MCP. La figure 2 représente un local 12 dont les parois 13 et le toit 14 sont opaques, un dispositif 15 selon l'invention étant disposé à la -place d'une partie de la paroi 13 ensoleillée. En avant du dispositif 15 du côté du rayonnement, une lame d'air 16 est emprisonnée entre le dispositif 15 et une lame transparente 17. Pendant la journée, le rayonnement solaire est tout d'abord absorbé par le dispositif 15 puis, lorsque le MCP est entièrement fondu, ce rayonnement est réfléchi à l'extérieur, ce qui limite les surchauffes dans le local. Durant la nuit, le dispositif 15 est isolé de l'extérieur par la lame d'air 16, et éventuellement par une isolation nocturne supplémentaire, de sorte que la chaleur qu'il a stockée est restituée à l'intérieur du local 12. La figure 3 illustre l'utilisation de dispositifs 18 selon l'invention à l'intérieur d'une serre 19. La paroi 20 et le toit 21 de la serre 19 sont transparents et les dispositifs 18 sont placés à l'intérieur du local contre la paroi opposée à la paroi 20. Ils peuvent être orientables manuellement ou automatiquement. On remarquera que, dans ce cas, les dispositifs 18 sont inclinés vers le haut par rapport à la verticale, de sorte que, lorsque la fusion du MCP est terminée, une partie du rayonnement solaire est réfléchi vers le haut pour retraverser les parois transparentes de la serre et éviter ainsi sa surchauffe. Comme précédemment, la chaleur stockée dans les dispositifs 18 est restituée lors de la resolidification du HCP. Dans un autre mode de fonctionnement, le rayonnement solaire réfléchi peut être dirigé vers une autre paroi, vers le sol, ou vers un dispositif secondaire de captation ou de stockage du rayonnement solaire. Bien entendu, diverses variantes et modifications peuvent être apportées à la description qui précède sans sortir pour autant du cadre ni de l'esprit de l'invention. C'est ainsi, en particulier, que les dispositifs selon l'invention représentés aux dessins sont formés de lames planes mais que toute autre surface peut être envisagée, par exemple si l'on souhaite focali8er- le rayonnement réémis par la lame réfléchissante après fusion du MCP. De même, les dispositifs selon l'invention ont tous été représentés avec une orientation fixe, mais il est bien entendu possible de les prévoir orientables. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de captage de la chaleur solaire, du type dans lequel la chaleur est stockée sous forme de chaleur latente de changement de phase d'une lame (1) d'un matériau à changement de phase à transparence variable, caractérisé par le fait qu'il comprend une surface réfléchissante (7) sensiblement parallèle et faisant face à ladite lame. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit matériau à changement de phase est un matériau à changement de phase solide/liquide, et qu'il est disposé entre deux lames transparentes (3,4). 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend, du côté opposé à la surface réfléchissante par rapport à la lame de MCP, une lame d'air (16) comprise entre ladite lame de MCP et une autre lame transparente (17). 4 - Enceinte régulée thermiquement, caractérisée par le fait que l'une de ses parois ensoleillées comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 5 - Enceinte selon la revendication 4, caractérisée par le fait que ladite paroi est une paroi extérieure (13). 6 - Enceinte selon la revendication4, caractérisée par le fait qu'au moins une de ses parois ensoleillées (20, 21) est transparente, et que ledit dispositif est appliqué à l'intérieur d'une des parois opposées à ladite paroi transparente.