Brevet FR2614680A1 — publié le 19881104

- 1 - Absorbeur-stockeur souple d'énergie solaire. La présente invention concerne un absorbeur-stockeur souple d'énergie solaire. Les installations de chauffage d'eau sanitaire par l'énergie solaire comprennent des captburs solaires, constitués généralement par des panneaux rigides de surface relativement grande, et un réservoir de stockage du fluide caloporteur. Le réservoir et lespanneaux sont reliés entre eux par une conduite d'admission, par laquelle le fluide relativement froid prélevé à la base - du réservoir est acheminé vers les capteurs, et par une conduite de retour, par laquelle le fluide réchauffé dans les capteurs est ramené au réservoir. Ces instal- lations sont montées à poste fixe sur les lieux o l'on désire produire de l'eau chaude, et elles sont définitivement scellées, puisqu'elles ne sont jamais déplacées. Ceci ne constitue d'ailleurs pas un inconvé- nient dans le cas du chauffage d'eau destinée à l'ali- mentation d'appareils sanitaires d'ensembles immobiliers, puisque le besoin en eau chaude y est permanent. Dans certaines applications particulières, toutefois, on a besoin de disposer d'une source d'eau chaude en des lieux variables, pendant des intervalles de temps rela- tivement courts. C'est ainsi, par exemple, que les agriculteurs doivent fréquemment nettoyer avec un jet d'eau chaude leurs machines et leurs outils pour les débarrasser de la terre qui y adhère, mais il n'est pas toujours possible d'amener les machines à proximité d'une source fixe d'eau chaude. Il n'est pas non plus rentable d'installer en permanence des capteurs solaires en chacun des points d'utilisation, compte tenu de la faible quantité d'eau qui est nécessaire en chacun de ces points. Pour répondre à ce besoin, il a déjà été propose, dans la demande de brevet européen NO 0 220 971,d'uti- liser un capteur-stockeur d'énergie solaire comprenant un réflecteur constitué par une première.feuille -2- rectangulaire, en une matière plastique souple,dont l'une des faces est réfléchissante, une seconde feuille en matière plastique souple et transparente, qui est assem- blée le long de ses bords longitudinaux à ceux de la feuille réflectrice, au moins un tronçon de tube étanche et enroulable, du type tuyau d'incendie, monté axialement entre les deux feuilles,et des moyens mécaniques de mise en forme, destinés à gonfler l'enveloppe formée par les deux feuilles et à supporter le tube sensiblement le long d'un axe focal de la feuille réflectrice. Un tel dispositif est aisément transportable, peut être monté rapidement à proximité d'une source d'eau et peut être stocké sous un volume réduit. Les moyens de mise en volume de l'enveloppe formée par les feuilles réflectrice et transparente majorent tou- tefois le coût de ce capteur. La présente invention vise à proposer un capteur- stockeur d'énergie solaire d'un type différent, qui puisse comme le précédent être facilement raccordé sur les lieux d'emploi à une canalisation d'eau et être rangé ou transporté sous une forme compacte, mais dont le coût de fabrication soit considérablement réduit. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour le captage et le stockage d'énergie solaire, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une enceinte tubulaire souple constituée essentiellement d'au moins une couche externe noire en fibres de matière plastique tissées, tressées ou tricotées, gainée intérieurement d'un film en un matériau imperméable à l'eau, ladite en- ceinte étant équipée à chacune de ses extrémités de moyens de raccordement à une conduite d'admission d'eau froide et à une conduite d'évacuation d'eau chaude. Avantageusement l'enceinte souple sera placée dans une enveloppeisolée, réchauffant l'eau-stockée par effet de serre. Par ailleurs, dans le but d'augmenter la surface à exposerail est possible d'adapter des surfaces réflectrices (planes, cylindriques, elliptiques ou paraboliques) sous le tube réservoirde façon à ce que les rayons solaires traversant un vitrage souple ou rigide (tunnel transparent) puissent atteindre le tube soit directement, soit après réflexion sur ledit réflecteur. La combinaison d'une couche externe noire tissée, tressée ou tricotée et d'un film imperméable à l'eau permet de réaliser une enceinte souple de faible épaisseur (permettant ainsi le bon transfert de la chaleur à l'eau à réchauffer) et résistant néanmoins à des pressions élevées, de l'ordre de 15 bars, et à des températures également élevées, pouvant atteindre 110 C. Le diamètre de l'ensemble tubulaire ainsi cons- titué est variable suivant les utilisations du capteur- stockeur et peut atteindre 300 mm ou plus. La longueur est également variable et peut atteindre plusieurs di- zaines de mètres. Avantageusementla couche extérieure sera réalisée de façon à être absorbante et semi-sélective et à résister aux effets de vieillissement provoqués par le rayonnement solaire. La couche extérieure pourra être en polyester ous similaire (nylon,mylar, marques déposées) tandis que le film imperméable qui la gaine pourra être en une matière thermo- plastique et/ou élastomèrique, par exemple en E.P.D.M., ou encore un matériau commercialisé sous I'appellation PEBAX, par la Société ATOCHEM. Le film imperméable peut ou non adhérer à la couche externe. Les raccords d'extrémité seront du type dit à mon- tage rapide en deux parties, l'une mâle et l'autre femelle, dont l'une est solidaire de l'enceinte tubulaire et l'autre du conduit associé d'alimentation ou d'éva- cuation. Ces raccords peuvent être en une matière plastique moulée, par exemple en polypropylène, chargée de fibres de verre. Cette enceinte tubulaire souple pourra être disposée de façon rectiligne ou être repliée en serpentin ou en U -4 couché dans un plan vertical ou incliné, avec une (ou des) branche(s) supérieure(s), o la température sera plus élevée, raccordée à la canalisation d'évacuation d'eau chaude, et une (ou des) branche(s) inférieure(s), o la température sera plus basse, raccordée à la canalisation d'admission d'eau froide. Plusieurs enceintes pourront être raccordées entre elles, pour accroître le Volume d'eau disponible. La ou les enceintes pourront être logées dans un caisson protecteur, dont une partie au moins sera réalisée en un matériau transparent, avec éventuellement un calorifugeage d'au moins une partie desdits caissons, et une disposition plus ou moins serrée des différentes branches de cette ou ces enceintes dans ledit caisson. La ou les enceintes pourront également être dis- posées au-dessous d'un tunnel en un matériau transparent, pour réaliser un effet de serre. Elles pourront être disposées et raccordées bout à bout et/ou en parallèle dans des goulottes modulaires servant de support. Le capteur-stockeur conforme à l'invention s'appli- que notamment à la réalisation: - de chauffe-eau solaires sans source auxiliaire de chaleur, en usage actuellement dans certains pays à fortensoleillement; - de chauffe-eau d'été,pour les résidences de vacances,les résidences mobiles, la navigation de plaisance etc...; - de dispositifs assurant l'alimentation en eau chaude sanitaire des résidences principales, en isolant une partie de cet absorbeur comme réserve d'eau chaude et en couplant ce chauffe-eau avec une source d'énergie électrique; - de système de préchauffage de l'eau pour les' chauffe-eau à gaz modulés en température que l'on utilise dans certains pays; - de dispositifs de production d'eau chaude sani- taire de camping et de piscines; - de moyens de préchauffage de l'eau chaude sani- taire des hôtels. Il convient de noter que le montage très simplifié de ce capteur-stockeur et son volume réduit en pièces détachées(t'absorbeur vide est plat) permettent la réalisation de chauffe-eau montables directement par les utilisateurs, ce qui réduit de façon appréciable les coûts d'installation. Les dessins schématiques annexés illustrent diverses formes de mise en oeuvre de l'invention. Sur ces dessins: La figure 1 est une coupe partielle d'une enceinte souple conforme à l'invention; La figure 2 illustre la forme d'utilisation la plus simple de cette enceinte souple, par raccordement à une conduite d'amenée d'eau froide et une conduite d'évacuation d'eau chaude et exposition directe au soleil; La figure 3 est une vue en élévation d'une enceinte souple selon l'invention disposée dans un caisson incliné; La figure 4 est-une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3; La figure 5 illustre le raccordement en série de deux enceintes souples disposées dans des goulottes; La figure 6 illustre l'utilisation d'enceintes souples selon-l'invention sous un tunnel de matière plastique transparente formant serre. L'enceinte tubulaire souple 1 représentée sur la figure 1 comprend une couche externe noire, 2, en fibres de matière plastique tissées, tressées ou tricotées, doublée intérieurement, par un film 3 en un matériau imperméable à l'eau. Le film 2 peut adhérer ou non à la couche 1. Aux deux extrémités de cette enceinte tubulaire souple est fixé un raccord 4, du type dit à montage rapide, permettant de brancher rapidement sur les lieux d'utilisa- tion ou de démonter une conduite d'amenée 5 d'eau froide (voir figure 2) et une conduite d'évacuation d'eau chaude 6. Ce raccord 4 est constitué typiquement de deux parties 6- mâle et femelle 4a, 4b, qui s'emboîtent ltune dans l'auti avec les deux fractions (couche et film) de l'enceinte. L'étanchéité est réalisée par un double écrasement du film entre deux parois lisses alors que la résistance à l'arrachement est assurée par un double cisaillement de la couche externe. La figure 2 montre un mode d'emploi simple de l'enceinte tubulaire 1, qui est exposée directement au soleil et disposée longitudinalement. L'enceinte souple 1 peut également être enroulée en serpentin, comme on le voit sur la figure 3, o elle est logée dans un coffrage 7 en un matériau ther- miquement isolant, qui est incliné sur la verticale et présente, sur sa face tournée vers le soleil, une ouver- ture recouverte d'une feuille 8 de matière plastique transparente ou par une plaque de verre. Un tel caisson fait ainsi effet de serre pour le capteur-stockeur. Selon une variante de l'invention, la partie supérieure de ce caisson peut être isolée de façon à mieux conserver, pendant les périodes non ensolleillées, la fraction la plus chaude de l'eau, alors que la partie inférieure du caisson est rendue transparente,de façon à capter l'énergie solaire. L'Homme de l'Art sera à même, selon les régions, l'ensoleillement moyen au sol, et l'écart des tempéra- tures diurne et nocturne, de choisir un rapport favo- rable entre lapartie supérieure isolée et la partie inférieure transparente; avantageusement, la Demanderess a constaté qu'un rapport 1/2 entre respectivement la partie supérieure et la partie inférieure, assurait un optimum pour un climat tempéré comme celui de la France métropolitaine. C'est ce qu'illustre la figure 4, qui est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. Selon une deuxième variante de l'invention, les branches supérieures de l'enceinte disposées dans une zone isolée du caisson peuvent être serrées voire jointii -7 alors que les branches inférieures de l'enceinte peuvent être disposées de façon plus espacée, notamment si la face inférieure du caisson est réflectrice. D'une manière analogue, le diamètre des branches de l'enceinte disposées en la partie inférieure du caisson peut être inférieur à celui de la (ou des) branche(s) supérieure(s) (car la surface captatrice varie comme la diamètre de l'enceinte, alors que le volume d'eau varie comme le carré de ce même diamètre). Comme on le voit sur la figure 5, plusieurs enceintes 1 peuvent être connectées en série par des conduites de raccordement telles que 9, afin d'accroître la capacité du capteur-stockeur. Les enceintes 1 peuvent être disposées dans des goulottes parallèles, éven- tuellement à fond réfléchissant, et être surmontées d'une feuille 10 de matière plastique transparente, ou par une plaque de verre, faisant office de serre. Comme représenté sur la figure 6, des enceintes 1 parallèles pouvent être disposées sous un tunnel 10 de matière plastique transparente, supporté par des arceaux 11, et être raccordées à un collecteur 12 d'alimentation d'eau froide et à un collecteur 13 d'évacuation d'eau chaude. Exemples de réalisation: EXEMPLE 1 La Demanderesse a réalisé un absorbeur-stockeur souple individuel, à partir d'une enceinte (12 m de long; 0 = 110 mm) repliée en serpentin jointif dans un caisson isolé recouvert d'un vitrage. L'enceinte était composée d'une couche externe en un tissu de fibres de polyester chargées de carbone dans la masse (fibres présentant un titre de 560 tex (g/Km)) et d'un film interne, sous la forme d'un élastomère thermoplastique à séquence polyamide- polyéther chargé avec environ 2% de carbone (PEBAX 40 D noir). Le film était rendu solidaire de la couche, car collé par une colle réactivable à chaud (en anglais: -8- "hot-melt"). Cette enceinte présentait les propriétés opto- électroniques suivantes: =95%l = 65% Avec un ensoleillement moyen de'800 W/m, la température d'eau moyenne stockée était de 750C. EXEMPLE 2 La Demanderesse a réalisé un autre absorbeur- stockeur à partir d'une enceinte composée dtun film non solidaire de la couche externe. Alors que la couche externe était réalisée avec le même matériau que dans l'exemple précédent, le film était en un élastomère de type thermoplastique, le Santoprène,commercialisé par la firme MONSANTO. A noter que les deux extrémités de la couche externe étaient enduites d'un plastisol, puis gélifiées, afin d'assurer en extrémité une bonne cohésion des fibres entre elles. La partie supérieure du caisson, contenant l'eau la plus chaude, était isolée de façon à éviter les pertes noctures, sur une fraction appréciable de sa longueur (environ 1/3). La productivité annuelle à Nice est ainsi passée à 556 kWh/an avec ce masquage partiel (pour 464 kWh/an sans masquage). Les modes d'utilisation qui viennent d'être décrits, du capteur-stookeur conforme à l'invention, ne visent, bien entendu, qu'à illustrer diverses applications de celui-ci, en soulignant sa simplicité, sa facilité de montage et de démontage et son faible encombrement. On notera, en particulier, que l'enceinte tubulaire vide peut être aplatie en vue de son stockage. -9- REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour le captage et le stockage d'énergie solaire, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une enceinte tubulaire souple (1),constituée essentiellement d'au moins une couche externe noire (2) en fibres de matière plastique tissées, tressées ou tricotées, gainée intérieurement d'un film (3) en un matériau imperméable à l'eau, ladite enceinte étant équipée à chacune de ses extrémités de moyens de rac- cordement (4) à une conduite d'admission d'eau froide et à une conduite d'évacuation d'eau chaude. 2.- Capteur-stockeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enceinte tubulaire (1) est logée dans un coffrage (7), éventuellement calorifugé, qui présente sur sa face tournée vers le soleil une partie transparente. 3.- Capteur-stockeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie supérieure de la face tournée vers le soleil est isolée, alors que la partie inférieure est transparente. 4.- Capteur-stockeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite enceinte tubulaire (1) est repliée en plusieurs branches en serpentin ou en U couché. 5.- Capteur-stockeur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins une branche supérieure de l'enceinte est disposée sous ladite partie supé- rieure isolée. 6.- Capteur-stockeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs enceintes tubulaires (1) raccordées en série. 7.- Capteur-stockeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les enceintes tubulaires (2) sont raccordées en parallèle à des collecteurs 8. - Capteur-stockeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enceinte tubulaire est surmontée d'un tunnel (10) en une matière transparente.