Brevet FR2679019A1 — publié le 19930115

La présente invention concerne un capteur solaire collecteur thermique à circulation d'air ou de tout autre gaz comprenant un échangeur airfluide caloporteur. Le capteur selon l'invention est du type constitué un caisson calorifugé présentant une face ouverte recevant au moins une paroi perméable au rayonnement solaire par exemple en verre. Dans le caisson est disposé des parois constituant absorbeurs calorifiques et un échangeur de chaleur dans lequel circule un fluide caloporteur qui est chauffé par contact avec l'air ou tout autre gaz soumis au réchauffement solaire dans le caisson. Dans les capteurs actuellement utilisées, la circulation du fluide caloporteur s'effectue directement dans le corps de l'absorbeur. L'inconvénient majeur de tels capteurs réside dans le fait qu'une partie non négligeable de la chaleur reste inutilisée La chaleur non retenue sty dégage et s'évacue soit à travers le vitrage, soit à travers le caison par convection et par conduction. Le capteur, objet de l'invention, obvie à cet inconvénient par la circulation de l'air à I'intérieur du caisson et par l'air à travers les absorbeurs. Selon une variante de l'invention, les pertes calorifiques par convection et par conduction peuvent également être reduites. La chaleur est ainsi libérée soumis à circulation d'air. Les caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, avec référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue en coupe d'une forme simplifiée de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe d'une autre forme de réalisation du capteur selon l'invention, - la figure 3 représente une vue en coupe d'un perfectionnement du capteur selon l'invention, - la figure 4 représente une vue en coupe d'un autre 'perfectinnanent d'un capteur selon l'invention. - la figure 5 représente une vue en coupe d'un autre perfectionnement d'un capteur selon l'invention. - la figure 6 représente une vue en coupe d'une variante de réalisation du capteur selon l'invention. Tel que représenté aux figuresde 1 à 6, le capteur selon l'invention est constitué par un caisson 4 de préférence de forme parallèlépipèdique rectangle comprenant une face avant ouverte et un fond et quatre côtés, deux longitudinaux et deux transversaux. Les parois du caisson tel que défini sont isoles de toute manière conne. Il va de soi que le caisson est conçu en un ou des matériaux adaptés en sorte que les faces externes de ses parois résistent aux intempéries et que les faces internes de ses parois résistent dans toutes circonstances aux températures maximales qui peuvent y être obtenues. La face ouverte du caisson est formée par une paroi 1 extérieure en un matériau perméable au rayonnement solaire qui peut être par exemple réalisée en verre ou en tout autre matériau adapté. A l'intérieur du caisson est monté des absorbeurs 2 . Les absorbeurs 2 sera de préférénce sélectif, c'est à dire apte à absorber le rayonnement visible et à retenir une grande partie du rayonnement infra-rouge. La paroi 13 est une paroi perméable au rayonnement solaire par exemple en verre ou en tout autre matériau plastique ou synthétique adapté. La paroi 13 est une petite pièce paroi disposée dans le caisson de manière avant le absorbeur proche du bord supérieur du caisson jointive avec deux cotés longitudinaux et le bord supérieur du caisson. La paroi 13 peut aider circulation d'air facilement et réduire la perte de convection. l'échangeur de chaleur 3 est disposé au montage du capteur selon l'inveni- tion derrière les absorbeurs. L'échangeur est monté de menlêre à occuper l'intégralité ~ de la section entre les absorbeurs et le fond du caisson pour constituer un passage obligé du gaz caloporteur. L'échangeur 3 est constitue par exemple par un serpentin n-i d'aillettes ou tout autre façon adapté, dans lequel circule un liquide caloporteur, par exemple de l'eau ou de l'huile ou tout autre liquide adapté. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur peut présenter une entrée ou alimentation en fluide caloporteur 5 à sa base et une sortie 6 en position haute. Les conduites de entrée 5 et sortie 6 sont en relation avec un réservoir de stockage non reprê6entô. Entre l'absorbeur et le bord interne inférieur du caisson est un passage 11 de circulation d'air ou de tout autre gaz qui y est contenu. De préférence, le passage 11 est de dimension apte à favoriser une ciculation suffisante du gaz. I1 est de ce fait pcssible de procéder, comne illustrés en fig. 2 - 6, un serpentin 8 dans lequel circule le même fluide caloporteur dans l'échangeur, il est soudé aux surfaces non exposées des absorbeurs. Le serpentin peut constituer une entrée ou alimentation en fluide caloporteur à sa base jointe à la sortie de l'échangeur avec un tube 12 représenté sur la figure 6 et une sortie 10 du serpentin en position haute. Dans cette forme d'utilisation, les conduites entrée 5 d'échangeur et sortie 10 du serpentin sont en relation avec un réservoir de stockage non représenté sur le croquis. Dens cette forme d'utilisation, le fluide caloporteur entre d'abord dans l'échangeur chauffé par l'air, ensuit entre dans le serpentin chauffé encore plus par les absorbeurs. Cette forme peut éviter une température des absorbeurs plus élevée. En figure 1, le capteur selon l'invention est représenté les absorbeurs 2 sans serpentin. En figure 2, le capteur selon l'invention est représenté les absorbeurs 2 avec le serpentin 8. En figure 3, à l'intérieur du caisson, sur la face avant ouverte et parallé- dément à la paroi 1 peut être montée selon une forme de réalisation une deuxième paroi 7 perméable au rayonnement solaire et qui peut être également réalisée par un vitrage en verre ou en matière synthétique ou en tout autre matériau adapté. Suivant cette forme de réalisation, les parois 1 et 7 sont séparées par un intervalle ménageant un matelas d'air isolant. En figure 4 est représenté d'un autre perfectionnement du capteur selon llinuention. Selon le perfectionnement, un dispositif 9 en nid d'abeilles est ajouté. il est fixé contre 1a face intérieure de parol 1 . Il est ajouté pour aider encore plus réduire les pertes par convection et par conduction. En figure 5 est représenté d'un plus perfectionnement d'un capteur selon l'invention. Il utilise plusieurs torves qui utilisé selon l'invention. Selon la forme de réralisation du type constitué par un caisson présentant paroi 1, sur la face intérieure de paroi 1 jointe un dispositif 9 en nid d'abeilles , entre le dispositif 9 et les absorbeurs 2 est le paroi 7 Le dispositif 9 et la paroi 7 sont utilisés ensemble pour atteindre la température haute et réduire les pertes par convection et par conduction. Le fonctionnement du capteur tel que décrit dans ses formes de réalisation préférentielle non limitatives est le suivant Le gaz caloporteur en l'espèce de l'air par exemple subit comne repré senté par les flèches un mouvement ascendant dans les intervalles des absorbeurs 2 traversant les absorbeurs 2 pénétrant dans l'écnangeur 3. Les absorbeurs 2 chauffés par l'action du rayonnement solaire chauffent l'air ambiant dans les intervalles des absorbeurs 2 en permettant son ascension et pénétration. L'air chaud s'élève et pénètre dans l'échangeur 3 libére sa chaleur à l'échangeur 3 descend à la base du caisson. Quand l'air traverse le passage 11, la autre fois circulation d'air peut commencer. La circulation de l'air fonctione automatique sans ventilation selon le principe du thermosiphon. Le fonctionnement de l'air traversant les absorbeurs peut réduire les pertes calorifiques par convection et par conduction. La circulation du liquide caloporteur est le suivant Le liquide caloporteur entre dans l'échangeur 3 chauffé par l'air, et ou ensuie entre dans le serpentin 8 chauffé encore par les absorbeurs dans les cas des figures de 2 à 6. Quand le liquide caloporteur atteint la température dont nous avons besoin le thermostat provoque alors une pompe non représenté de mise en circulation du liquide caloporteur dans le circuit stockage (ou réseau d'utilisation) et échangeur, la pompe étant alimentée par électricité. REVENDICATlONS 1) Capteur solaire du type comprenant un caisson 4 présentant une face ouverte recevant au moins une paroi 1 perméable au rayonnement solaire1 une paroi 13 de guidage du gaz, des absorbeurs 2, un échangeur 3 inclus dans le caisson et dans lequel circule un liquide caloporteur qui est chauffé par l'air ou tout autre gaz soumis au réchauffement solaire dans le caisson, caractérisé en ce que les absorbeurs 2 chauffent l'air ambiant en permettant son ascension et sa pénétration, dans l'échangeur 3 où il transmet sa chaleur au liquide caloporteur circulant dans l'échangeur et descend à la base du caisson. 2) capteur solaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que les absorbeurs 2 peuvent chauffer encore le même liquide caloporteur circulant dans un serpentin 8 soudé aux surfaces non exposées des absorbeurs. 3) Capteur solaire selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'un dispositif 9 en nid d'abeilles est fixé contre la face intérieure de la paroi 1. 4) Capteur solaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une seconde paroi 7 perméable au rayonnement solaire qui est disposée parallèlement à la première paroi 1. 5) Capteur solaire selon l'une queconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que les absorbeurs sont des parois 2 disposées devant l'échangeur 3 et chauffées par l'action du rayonnement solaire, qui chauffent l'air ambiant et le liquide caloporteur dans le serpentin 8 soudé sur les surfaces non exposées des absorbeurs. 6) Capteur solaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'échangeur 3 est disposé dans la section entre les absorbeurs et le fond du caisson de manière à occuper l'intégralité de la section pour constituer un passage obligé du gaz caloporteur qui y a abandonne ses calories et descend à la base du caisson. 7) Capteur solaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'alimentation de l'échangeur calorifique en liquide caloporteur froid s'effectue en partie basse de celui-ci et que l'évacuation du liquide caloporteur chaud s'effectue en partie haute de celui-ci. 8) Capteur solaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 7 caractérisé en ce que dans le serpentin 8 soudé sur les surfaces non exposées des absorbeurs 2 circule le même liquide caloporteur que dans l'échangeur 3, un tube 12 reliant la sortie de l'échangeur et l'entrée du serpentin 8, l'alimentation du capteur en liquide caloporteur froid s'effectuant en partie basse de l'échangeur et l'évacuation du liquide caloporteur chaud s'effectuant en partie haute du serpentin. 9) Capteur solaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la paroi 13 est une petite paroi disposée en avant de l'absorbeur supérieur et jointive avec deux côtés longitudinaux et le bord supérieur du caisson pour aider la circulation de l'air et réduire la perte de convection.