Brevet FR2831247A1 — publié le 20030425

La présente invention concerne un panneau solaire à air et un bâtiment muni d'un tel panneau. Compte tenu du coût de l'énergie et de son caractère non renouvelable, on cherche toujours des dispositifs de chauffage naturel. Il serait donc souhaitable de disposer d'un dispositif de chauffage naturel, écologique, simple, bon marché et efficace. Or après de longues recherches la demanderesse a découvert un nouveau type de panneau solaire donnant toute satisfaction pouvant être installé sur tous types de bâtiments nécessitant un chauffage. C'est pourquoi la présente demande a pour objet un bâtiment comportant au moins un panneau solaire à air comprenant un caisson muni d'une cloison intermédiaire compartimentant ledit caisson en deux compartiments communicants, un compartiment supérieur et un compartiment inférieur, ladite cloison étant ouverte à une de ses extrémités pour permettre la communication entre les deux compartiments, ledit compartiment inférieur étant muni d'un conduit d'arrivée d'air et ledit compartiment supérieur étant muni d'un conduit de sortie d'air réchauffé, le conduit de sortie d'air débouchant dans le bâtiment à chauffer, le conduit d'arrivée d'air prenant son origine également dans le bâtiment à chauffer et les deux conduits débouchant dans les compartiments vers l'extrémité opposée à celle comprenant l'ouverture de communication. Dans la présente demande et dans ce qui suit, le terme conduit désigne, selon le contexte, un conduit tel une gaine guidant les flux d'air vers le caisson ou pour les éloigner du caisson, ou encore simplement une adaptation pour un conduit ci-dessus, par exemple une cheminée tubulaire. Le caisson peut avoir toute forme. On préfère cependant une forme parallélépipédique rectangle. La hauteur d'un compartiment est avantageusement comprise entre 2 et 30 cm, de préférence comprise entre 3 et 20 cm, notamment comprise entre 3 et 10 cm, tout particulièrement compris entre 3 et 6 cm. La surface de la cloison intermédiaire qui est l'élément chauffant est avantageusement comprise entre 0,5 et 10 m2, de préférence comprise entre 0,5 et 5 m2, notamment comprise entre 0,8 et 3 m2, tout particulièrement comprise entre 0,8 et 2 m2, compte non tenu d'éventuelles ailettes ou autres dispositifs radiants qui peuvent plus que doubler la surface de contact entre l'air et ladite cloison intermédiaire. Il est possible de prévoir ledit conduit de sortie d'air réchauffé dans le compartiment inférieur et ledit conduit d'arrivée d'air dans le compartiment supérieur mais avec une moins bonne efficacité. Le panneau solaire selon l'invention fonctionne comme suit : L'air à réchauffer arrive vers une extrémité du compartiment inférieur par le conduit d'arrivée. Le flux d'air se déplace dans le compartiment inférieur vers l'autre extrémité en direction de l'orifice de communication entre les deux compartiments. Pour cela, il lèche la cloison intermédiaire chauffée par les rayons solaires et se chauffe donc à son contact. Arrivé à une extrémité du compartiment supérieur, il en fait de même en se déplaçant vers l'autre extrémité qui comporte le conduit de sortie d'air réchauffé. Le caisson peut comporter plusieurs conduits tant d'arrivée que de sortie. Si les conduits sont installés plus vers le milieu du caisson, on perd de l'efficacité car le cheminement de l'air au contact de la cloison intermédiaire est plus court. On comprend de ce qui précède que la cloison intermédiaire produit l'essentiel du réchauffement de l'air. C'est pourquoi dans des conditions préférentielles de mise en oeuvre de l'invention, la cloison intermédiaire a une structure de radiateur et pour cela comporte par exemple des ailettes de préférence orientées dans la direction de déplacement du flux d'air. On peut trouver de tels dispositifs favorisant les échanges thermiques aussi bien sur la face supérieure que sur la face inférieure de la cloison intermédiaire. Pour favoriser le réchauffement de l'air, il est souhaitable que le chemin parcouru par l'air entre son admission dans le caisson et sa sortie du caisson soit le plus long possible. C'est pourquoi les conduits correspondants sont installés le plus près possible d'une extrémité du caisson. Dans d'autres conditions préférentielles de mise en oeuvre de l'invention, le caisson est installé sur le bâtiment non pas à l'horizontale mais incliné pour que les rayons solaires arrivent le plus perpendiculairement possible sur la surface supérieure du caisson. Dans encore d'autres conditions préférentielles de mise en oeuvre de l'invention, le caisson est installé incliné de sorte que l'extrémité comportant le conduit de sortie d'air réchauffé et de préférence le conduit d'arrivée d'air est placée au dessus de l'autre extrémité, à savoir celle comportant la communication entre les compartiments. La face supérieure du caisson est exposée au rayonnement solaire. Comme tout panneau solaire elle comprend une vitre permettant le passage des rayonnements infra rouges. Dans la présente demande et dans ce qui suit, le terme vitre désigne toute couverture transparente aux rayonnements énergétiques du soleil et par exemple le polycarbonate, de préférence le quartz et particulièrement le verre. Dans encore d'autres conditions préférentielles de mise en oeuvre de l'invention, la face supérieure de la cloison intermédiaire est de couleur sombre et notamment de couleur noire pour absorber le maximum de radiations et échanger l'énergie reçue avec l'air à réchauffer. La convection naturelle suffit habituellement à provoquer le déplacement de l'air, notamment par effet de thermosiphon. Toutefois, dans d'autres conditions préférentielles de mise en oeuvre de l'invention, un des conduits est muni d'un dispositif provoquant un déplacement forcé de l'air tel qu'un ventilateur, par exemple du type utilisé pour les VMC (ventilations mécaniques contrôlées). Afin de cantonner les échanges de chaleur à l'intérieur du dispositif selon l'invention, celui-ci comprend avantageusement des parois thermiquement isolantes. Par exemple les parois inférieures et de préférence en outre les parois latérales peuvent être munies notamment de panneaux en polyuréthane ou polystyrène expansé. Le conduit d'arrivée d'air peut prendre son origine dans toutes pièces froides du bâtiment, par exemple, dans le cas d'une maison individuelle, dans la cave ou le vide sanitaire, dans des pièces situées au nord, etc. L'origine du conduit est avantageusement munie d'un filtre à particules ou à charbon actif ou tous filtres adaptés aux besoins du bâtiment. Le conduit de sortie d'air réchauffé peut déboucher dans toutes pièces ou locaux nécessitant un chauffage. Ce conduit peut bien sûr être ramifié pour chauffer plusieurs pièces ou emplacements distincts du bâtiment. Dans encore d'autres conditions préférentielles de mise en oeuvre de l'invention, il est prévu dans le compartiment supérieur, une canalisation de circulation d'un fluide à réchauffer tel que de l'eau. On peut par exemple prévoir un serpentin éventuellement muni lui-même d'un radiateur à ailettes. En effet, il est à noter que la température de l'air au niveau du conduit de sortie d'air réchauffé peut, un jour ensoleillé, atteindre 90 C pour un caisson de dimensions approximatives suivantes : longueur 3,00 m largeur 1,00 m et hauteur 0, 15m. La canalisation de circulation d'un fluide à réchauffer peut évidemment se trouver dans le conduit de sortie, de préférence à proximité du caisson où la température est encore maximum. On peut aussi prévoir une ou plusieurs sondes thermiques notamment au niveau de la sortie d'air réchauffé, par exemple pour réguler la température de l'air chaud en agissant sur la vitesse de circulation de l'air. La présente demande a également pour objet un panneau solaire à air tel que décrit ci-dessus et notamment un panneau solaire à air comprenant un caisson muni d'une cloison intermédiaire compartimentant ledit caisson en deux compartiments communicants, un compartiment supérieur et un compartiment inférieur, ladite cloison étant ouverte à une de ses extrémités pour permettre la communication entre les deux compartiments, ledit compartiment inférieur étant muni d'un conduit d'arrivée d'air et ledit compartiment supérieur étant muni d'un conduit de sortie d'air réchauffé, le conduit de sortie d'air et le conduit d'arrivée d'air étant situés sur la même face du caisson et les deux conduits débouchant dans les compartiments vers l'extrémité opposée à celle comprenant l'ouverture de communication. Un panneau solaire préféré selon l'invention comporte avantageusement des conduits qui sont des adaptations pour des gaines, par exemple deux cheminées. Ces dernières sont de préférence parallèles. Elles peuvent notamment prendre la forme de deux tubes cylindriques par exemple de 10 à 25 cm de diamètre et de 5 à 50 cm de longueur selon que l'on veut adapter les cheminées à des tuiles à douille ou traverser l'isolation d'un toit. Avantageusement, leur section est telle qu'elle est environ égale à la surface de la section transversale à leur longueur des compartiments supérieur ou inférieur pour éviter les pertes de charge. C'est pourquoi la présente demande a aussi pour objet un panneau solaire ci-dessus comportant non pas des conduits mais des adaptations pour des conduits, par exemple des cheminées. De préférence les cheminées débouchent sous la face inférieure du caisson. Dans d'autres conditions préférentielles de mise en oeuvre de l'invention, le caisson comprend une interface adaptée au montage sur la couverture d'un toit recouvert de tuiles ou ardoises par exemple. Par exemple le caisson est entouré d'une jupe horizontale par rapport à la surface de ses faces supérieure et inférieure constituant ladite interface. De tels dispositifs sont bien connus par exemple pour l'adaptation des fenêtres de toiture telles celles commercialisées sous la marque Velus@ ou des vasistas. Ces jupes confèrent à la fois l'adaptation à la toiture et l'étanchéité à la pluie. Les différents éléments des panneaux solaires selon l'invention peuvent être assemblés classiquement par emboîtage, vissage, collage, rivetage, utilisation d'aimants, etc. Ils peuvent aussi notamment être munis de dispositifs de réglage de l'inclinaison ou de l'orientation du panneau. Les panneaux solaires à air objet de la présente invention possèdent de très intéressantes propriétés. Ils sont notamment capables de chauffer directement, sans électricité, un bâtiment, voire un fluide tel que de l'eau. Ils sont faciles à fabriquer, de conception simple et sans entretien. Leur durée de vie est très longue. Ces propriétés sont illustrées ci-après dans la partie expérimentale. Elles justifient l'utilisation des panneaux solaires à air ci-dessus décrits, dans un procédé de réchauffement d'un fluide par exemple pour chauffer un bâtiment ou un liquide. La présente demande a aussi pour objet un procédé pour chauffer un bâtiment dans lequel on prélève dans ledit bâtiment l'air à chauffer, on le fait circuler dans le compartiment inférieur puis dans le compartiment supérieur d'un caisson tel que ci-dessus décrit comportant un compartiment inférieur et un compartiment supérieur, ledit compartiment supérieur étant vitré et exposé au rayonnement solaire puis on renvoie dans ledit bâtiment l'air réchauffé. La présente demande a enfin pour objet un procédé pour chauffer un fluide tel que l'eau dans lequel on fait circuler ce fluide dans la partie chaude dudit caisson. Les conditions préférentielles de mise en oeuvre des bâtiments comportant au moins un panneau solaire à air ci-dessus décrites s'appliquent également aux autres objets de l'invention visés ci-dessus. Les exemples qui suivent illustrent la présente demande. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue en perspective et partiellement éclatée d'un panneau solaire à air selon l'invention. - la figure 2 représente également une vue en perspective et partiellement éclatée d'un panneau solaire à air selon l'invention mais plus éclatée que la précédente pour dévoiler la structure de la cloison intermédiaire et la structure de la face inférieure du panneau. - la figure 3 représente une vue en coupe partielle de détails d'une construction artisanale d'un panneau solaire à air selon l'invention monté sur le toit d'un bâtiment. - la figure 4 représente une vue démontée d'une construction artisanale d'un panneau solaire à air selon l'invention mettant en évidence divers détails de montage utilisables. Sur la figure 1, on peut distinguer un caisson 1 de forme générale parallélépipédique rectangle. Ce caisson 1 comprend une face supérieure 2 comprenant une vitre en verre transparente aux rayonnements calorifiques, une face inférieure 3 ainsi que quatre faces latérales. Ce caisson 1 est partagé grâce à une cloison intermédiaire 4 en deux compartiments, un compartiment supérieur 5 et un compartiment inférieur 6. Le compartiment inférieur 6 est muni d'une cheminée 7 pour l'adaptation d'un conduit d'arrivée d'air froid qui débouche dans ledit compartiment. Le compartiment supérieur 5 est muni d'une cheminée 8 pour l'adaptation d'un conduit de sortie d'air réchauffé qui débouche dans ledit compartiment. La cloison intermédiaire 4 est une plaque métallique munie d'ailettes 9 installées perpendiculairement à ladite cloison et orientées dans la direction du déplacement de l'air dans le caisson pour servir de radiateur calorifique. On distingue aussi la bouche 10 par laquelle l'air réchauffé s'engouffre dans le conduit d'air réchauffé 8. On distingue enfin une couche d'isolant 11 installée à l'intérieur sur toute la surface de la face inférieure 3. Sur la figure 2, on distingue les mêmes éléments que ceux illustrés sur la figure 1. On distingue de plus la bouche du conduit d'air froid 12. Celle-ci est munie de lamelles (non représentées sur la figure) qui dispersent l'air à son arrivée dans le compartiment inférieur 6, sur toute la largeur du caisson 1. Sur la figure 3, est illustré un montage d'un caisson selon l'invention sur le toit d'une maison. On peut observer les liteaux 13 sur lesquels sont montées les tuiles 14. Le caisson est fixé à la charpente à l'aide de supports de caisson 15,16 prenant la forme de pattes de fixation. La patte de fixation supérieure 16 est à glissière pour permettre le réglage de l'inclinaison du caisson. On distingue clairement le circuit de circulation de l'air. A cette fin, les cheminées ont été décalées pour plus de clarté. Le caisson 1 est muni d'une cheminée 7 sur laquelle est adaptée un conduit 17 d'arrivée d'air froid qui débouche dans le compartiment inférieur 6. Le compartiment supérieur 5 est muni d'une cheminée 8 pour l'adaptation d'un conduit 18 de sortie d'air réchauffé qui débouche dans ledit compartiment. Le conduit 17 est muni d'un filtre 19 tandis que le conduit de sortie d'air réchauffé 18 est muni d'un ventilateur 20 de circulation. L'un ou l'autre ou les deux de ces dispositifs peuvent être installés indifféremment sur l'un, l'autre ou les deux conduits ou cheminées. On a également prévu vers l'extrémité 21 du caisson située du côté des cheminées un serpentin 22 dans lequel circule de l'eau à réchauffer provenant d'un circuit de distribution d'eau. C'est en effet dans cette zone que l'air est le plus chaud. On distingue également sur cette figure la cloison intermédiaire 4 plus courte que les faces supérieure 2 et inférieure 3 du caisson pour ménager une communication 23 entre les compartiments. Les flèches indiquent le sens de circulation de l'air. Sur la figure 4, on remarque les supports de caisson 15 et 16. Ils sont amovibles, et fixés par le biais de goujons 24, de part et d'autre des parois latérales du caisson 1. Il y en a trois par caisson. Ils ont pour rôle de soulager le caisson 1 afin que tout son poids ne soit pas supporté par la face inférieure 3. En outre, ils permettent un réglage d'inclinaison du panneau. La collerette 25 a son diamètre qui est supérieur au diamètre de la pièce complémentaire de l'interface 26 avec le toit. Elle est fixée par soudure à points, ou par rivets sur la face inférieure 3. Son rôle est de garantir l'étanchéité lors de l'écoulement de l'eau de pluie. Il y en a une par cheminée. Les goujons 24, rondelles 27 et écrous 28 permettent de fixer les pattes de fixation 15 et 16 au caisson 1. Le caisson 1 a une section en forme de U et est réalisé en tôle. On va y glisser tous les éléments du panneau à l'exception de la vitre constituant la face supérieure 2, du joint de vitre 29 et des plots magnétiques 30. Le panneau en polyuréthane constituant la couche isolante 11 permet d'isoler thermiquement l'ensemble de l'extérieur. Le nombre d'orifices percés dans ce panneau est proportionnel au nombre de cheminées qui vont traverser le panneau, c'est à dire au nombre de deux. Les diamètres des perforations sont aux diamètres des cheminées qui le traversent (les cheminées peuvent prendre la forme de tuyaux en aluminium ou en tôle galvanisée). La face inférieure 3 qui est ici une plaque en aluminium protège le panneau. Il est prévu un habillage intérieur 34 en bandeau qui fait le tour du caisson. Cet habillage intérieur 34 maintient les plaques inférieures c'est à dire la face inférieure 3 et la couche d'isolant 11. Cet habillage intérieur 34 sert aussi d'isolant. Sa face interne est en aluminium. Il peut être réalisé en polyuréthane. Il est également prévu un panneau en tôle 31 qui comporte également des perforations, correspondant au nombre de cheminées et au diamètre des cheminées. II est juxtaposé à la couche d'isolant 11. Sur ce panneau en tôle est fixée la cheminée d'arrivée d'air froid 7 ou de sortie d'air chaud 8 ou les deux, ou plus encore de cheminées si plus de deux cheminées sont présentes. Ce panneau 31 est fixé sur l'isolant 11 par collage. Ses grandeur et largeur sont ceux de l'intérieur du caisson (longueur et largeur du caisson moins son épaisseur). L'air passe dessus et va s'engouffrer dans la cheminée d'arrivée d'air froid 7 ou de sortie d'air chaud 8 supportées par le panneau. La cloison intermédiaire 4 est munie de quatre barres d'aluminium en forme de T 9 qui ont pour rôle de diffuser la chaleur. Elles sont fixées sous la cloison intermédiaire 4, par rivets ou points de soudure. L'air circule entre les barres en T 9 et en conséquence se réchauffe. La cloison intermédiaire 4 prend la forme dans cette réalisation d'une plaque en aluminium traité (anodisé ou époxy). Elle est plus courte que les faces supérieure 2 et inférieure 3. L'air peut circuler du compartiment supérieur 5 au compartiment inférieur 6. Les cheminées permettent l'aspiration ou le refoulement de l'air. Plus précisément, la cheminée 7 permet l'arrivée de l'air froid et la cheminée 8 l'expulsion de l'air chaud. Elles sont fixées par points de soudures ou par rivets. Les rivets 32 servent à la fixation des cheminées. Des plots magnétiques 30 (aimants Néodyme-Fer-Bore) terres rares sont collés sur la vitre et s'agrippent magnétiquement sur la face supérieure du caisson. Un joint en silicone 29 est prévu pour garantir l'étanchéité au niveau de la vitre (réalisée par exemple en verre ou plexiglas@) constituant le panneau supérieur 2. Dans une variante de réalisation, une bande de plomb 33 qui fait tout le tour du panneau est fixée sur le montant du panneau soit par collage, rivets ou vis, est prévue ; elle est amovible. Cette bande, permet de poser le panneau à même les liteaux ; elle permet l'étanchéité entre le panneau et les tuiles. Cette variante de pose permet d'éviter l'interface 26. REVENDICATIONS 1. Un bâtiment comportant au moins un panneau solaire à air comprenant un caisson (1) muni d'une cloison intermédiaire (4) compartimentant ledit caisson (1) en deux compartiments (5,6) communicants, un compartiment supérieur (5) et un compartiment inférieur (6), ladite cloison (4) étant ouverte à une de ses extrémités pour permettre la communication entre les deux compartiments, ledit compartiment inférieur (6) étant muni d'un conduit d'arrivée d'air (7) et ledit compartiment supérieur (5) étant muni d'un conduit (8) de sortie d'air réchauffé, le conduit de sortie d'air (8) débouchant dans le bâtiment à chauffer, le conduit d'arrivée d'air (7) prenant son origine également dans le bâtiment à chauffer et les deux conduits (7,8) débouchant dans les compartiments (5,6) vers l'extrémité opposée à celle comprenant l'ouverture de communication (23). 2. Un bâtiment selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conduits (7,8) sont des cheminées tubulaires. 3. Un bâtiment selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la hauteur d'un compartiment (5,6) est comprise entre 2 et 30 cm. 4. Un bâtiment selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface de la cloison intermédiaire (4) est comprise entre 0,5 et 10 m2 5. Un bâtiment selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cloison intermédiaire (4) a une structure de radiateur et comporte des ailettes (9) orientées dans la direction de déplacement du flux d'air. 6. Un bâtiment selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le caisson (1) est installé incliné de sorte que l'extrémité (21) comportant le conduit de sortie d'air réchauffé (8) est placée au dessus de l'autre extrémité. 7. Un bâtiment selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'un des conduits est muni d'un dispositif (20) provoquant un déplacement forcé de l'air tel qu'un ventilateur. 8. Un bâtiment selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est prévu dans le compartiment supérieur (5), une canalisation (22) de circulation d'un fluide à réchauffer. 9. Un panneau solaire à air comprenant un caisson muni d'une cloison intermédiaire (4) compartimentant ledit caisson en deux compartiments (5,6) communicants, un compartiment supérieur (5) et un compartiment inférieur (6), ladite cloison (4) étant ouverte à une de ses extrémités pour permettre la communication entre les deux compartiments, ledit compartiment inférieur (6) étant muni d'un conduit d'arrivée d'air (7) et ledit compartiment supérieur (5) étant muni d'un conduit (8) de sortie d'air réchauffé, le conduit de sortie d'air (8) et le conduit d'arrivée d'air (7) étant situés sur la même face du caisson et les deux conduits (7,8) débouchant dans les compartiments (5,6) vers l'extrémité (21) opposée à celle comprenant l'ouverture de communication. 10. Un panneau solaire à air selon la revendication 9, caractérisé en ce que les conduits (7,8) sont des cheminées.