Brevet FR2922299A1 — publié le 20090417

-1- La présente invention concerne un dispositif pour collecter le rayonnement solaire afin de chauffer un fluide caloporteur. Les collecteurs solaires actuels : • Sont constitués de nombreux composants, qu'il faut assembler mécaniquement puis interconnecter, ce qui nécessite beaucoup interventions • Utilisent des matériaux couteux. Le dispositif technique décrit ici permet de remédier à ces inconvénients : • Le collecteur est un panneau extrudé, réalisé en matière plastique (i.e. polycarbonate) ou en métal (i.e. aluminium). Il est constitué de tubes, appelés ici canaux, disposés côte à côte. Ce collecteur est monobloc, autoportant, sa taille peut être adaptée à la demande, y compris pour réaliser des collecteurs de très grande taille, sans pour autant compliquer sa réalisation, il est même possible de le cintrer. • Le fluide caloporteur, gaz ou liquide, chemine à l'intérieur des canaux. Le fluide baignant toute la surface exposée au soleil, il n'est pas nécessaire de réaliser le collecteur dans un matériau particulièrement performant en termes de conductibilité thermique. Les deux extrémités du panneau sont obturées (1) et (2). Le fluide est injecté dans un premier canal (3), puis chemine successivement à l'intérieur des autres canaux, où il se réchauffe, grâce au rayonnement solaire, avant d'être extrait du panneau (4). Ce cheminement peut être réalisé sous deux formes, conduisant à deux modes particuliers de réalisation : 20 I. Figure 1 : transfert interne du fluide entre canaux contigus (5), en rognant l'extrémité (6) de la cloison (7) les séparant. II. Figure 2 : transfert externe du fluide entre canaux distants (8), (9), grâce à des perforations (10) pratiquées dans la façade arrière du panneau, perforations à travers lesquelles le fluide est extrait d'un canal, puis réinjecté dans un canal distant. Le transfert du fluide s'effectue 25 dans des `goulottes' (11), (12), (13), (14), fixées sur la façade arrière du panneau. On peut, selon le nombre et la structure de ces goulottes, mettre en oeuvre d'autres types de cheminements, dont la figure 2 n'illustre qu'un exemple. La figure 1 représente (partiellement) un exemple de collecteur mesurant l cm d'épaisseur, lm de large et lm de long (soit 100 canaux de section lem * lcm, sur lm de 30 longueur) et illustre un trajet du fluide entre canaux contigus. On y distingue les canaux (5), délimités par des cloisons (7), tous les canaux étant obturés en leurs extrémités (1) et (2). Le fluide caloporteur pénètre dans le collecteur en (3), y chemine par des lumières obtenues en rognant les cloisons (6), et finit par en être extrait (4). La figure 2 représente (partiellement) un exemple de collecteur mesurant l cm 35 d'épaisseur, lm de large et lm de long (soit 100 canaux de section l cm * l cm, sur lm de longueur) et illustre un trajet du fluide entre canaux distants. Le dispositif représenté ici concerne la face qui n'est pas exposée au soleil, la face exposée au soleil étant vierge de tout dispositif. 10 15 On distingue sur cette figure 2 : - d'une part quatre goulottes (Il), (12), (13), (14), préalablement cloisonnées (15) - d'autre part les canaux (8), (9), tous obturés en leurs extrémités (1) et (2), délimités par des cloisons (7) et enfin les perforations (10) par lesquelles le fluide est transféré des goulottes aux canaux, et inversement. Le fluide caloporteur pénètre ainsi dans le collecteur en (3) par la goulotte (11) pour être injecté dans le premier canal, puis passe par la goulotte (14) pour être transféré dans le troisième canal ...et ainsi de suite. Arrivé dans le dernier canal impair (le canal 99) le fluide est injecté dans le canal précédent de rang pair (le canal 98) par la goulotte (12), pour cheminer ensuite à travers le collecteur, en sens inverse, à travers les canaux pairs et les goulottes (12) et (13), pour finalement être extrait du panneau (4). Dans les deux formes de transfert du fluide (figures 1 et 2), il est possible : - de faire cheminer le fluide caloporteur dans plusieurs canaux contigus, voire simultanément dans tous les canaux, ce qui permet de faciliter la circulation du fluide, tout en conservant la rigidité mécanique du panneau - d'isoler certains canaux qui, n'étant pas parcourus par le fluide caloporteur, peuvent alors être réservés à la fixation du panneau (fixations traversantes ou câbles passés dans ces canaux). Pour absorber le rayonnement solaire on peut, soit teinter le collecteur (peinture ou coextrusion), soit teinter le liquide, s'il est fait d'une matière transparente et parcouru par un liquide caloporteur. Il est à noter que le nombre d'opérations requises pour fabriquer ce collecteur est indépendant de sa longueur. Dans la suite de ce document les deux modes particuliers de réalisation de transfert du fluide entre canaux, mentionnées précédemment, sont illustrées par la description de deux (parmi plusieurs) des prototypes qui ont été construits et testés. Pour des raisons de facilité d'exécution par un amateur, ils ont été réalisés à partir de panneaux de polycarbonate (lm*1m*1cm), 30 cloisonnés tous les cm. Chaque panneau est ainsi constitué d'un ensemble de 100 canaux contigus, obturés en leurs extrémités, longs de 1m chacun et d'une section de 1cm2. L'obturation de l'extrémité des canaux est réalisée en enfichant, dans chacune des deux extrémités du panneau, un profilé en U, préalablement rempli de colle-mastic. En amont des obturations, le système de guidage du fluide caloporteur (de l'eau en l'occurrence) l'oblige à traverser 35 successivement tous les 100 canaux. Le fluide parcourt ainsi 100 mètres à l'intérieur même du panneau (carré, surface 1m2, épaisseur 1cm). La face du collecteur qui est exposée au soleil est noircie, pour absorber au mieux le rayonnement solaire; l'autre face, qui est à l'ombre, est recouverte d'un isolant thermique pour minimiser les déperditions de chaleur. 10 15 20 25 -3- Les figures annexées illustrent les deux modes particuliers de réalisation des deux prototypes décrits ici : • Prototype I (figure 1) : Transfert interne entre canaux (5) contigus. Rappelons qu'il s'agit de transférer le fluide caloporteur entre canaux contigus, en rognant alternativement l'extrémité d'une cloison sur deux (6), avant que les canaux ne soient ensuite obturés (1) et (2), selon la technique indiquée précédemment. Le fluide caloporteur (de l'eau dans ce prototype) est ainsi injecté (3) dans le canal 1 puis, après l'avoir parcouru sur une longueur de lm, passe dans le canal 2 par une lumière (6) ménagée dans l'extrémité de la cloison entre les canaux 1 et 2. Le fluide parcourt le canal 2 (sur lm), en sens opposé puis, à l'autre extrémité du collecteur, passe par une lumière entre les canaux 2 et 3... etc. Arrivé dans le dernier canal le fluide est extrait du panneau (4), après avoir parcouru une distance de 100 mètres à l'intérieur du panneau de 1 m2 et avoir complètement baigné sa face exposée au soleil, qui a été préalablement noircie pour absorber le rayonnement solaire. • Prototype H (figure 2) : Transfert externe entre canaux (8), (9) distants. Cette technique permet de transférer le fluide caloporteur entre canaux distants, grâce à des perforations (10) pratiquées dans la façade du panneau. Grâce à ces perforations, le fluide est extrait d'un canal, puis réinjecté dans un autre canal, par l'intermédiaire de goulottes (11), (12), (13), (14). Pour illustrer la flexibilité de ce procédé nous avons imaginé de faire faire au fluide caloporteur, en l'occurrence de l'eau, un aller retour à travers les 100 canaux du collecteur. Ce cheminement n'est qu'une illustration de la variété de cheminements qu'il est possible de mettre en oeuvre grâce à cette technique. La figure 2 représente le cheminement du liquide, dans un sens, à travers les canaux impairs (1 à 99) et les goulottes (11) et (14) puis le cheminement retour du liquide, en sens contraire, à travers les canaux pairs (98 à 2) et les deux autres goulottes (12) et (13). Cette figure représente la face du collecteur (la face à l'ombre), qui porte les quatre goulottes, qui sont disposées deux par deux et côte à côte, à chaque extrémité du collecteur. La face du collecteur qui est exposée au rayonnement solaire est noircie et libre de tout dispositif. L'eau est ainsi injectée (3) dans le canal 1 puis, après l'avoir parcouru passe, grâce à la goulotte (14), dans le canal 3, le parcourt en sens opposé, puis passe dans le canal 5 par la goulotte (11)... etc. Arrivé dans le dernier canal impair (en l'occurrence le canal 99), par la goulotte (14), le liquide est, cette fois-ci, guidé dans le canal mitoyen (qui est le dernier canal pair, soit ici le 98ème), par la goulotte (12) puis dans le canal pair précédent (en sens opposé) par la goulotte 13, jusqu'à atteindre le canal 2, d'où le liquide est extrait du panneau (4). La connexion entre les canaux est donc réalisée par 4 goulottes étanches (2 par extrémité), plaquées sur la face arrière (face à l'ombre) du panneau. 5 -4 - Cette invention peut donner lieu à d'importantes applications industrielles, car elle rend possible la réalisation de collecteurs solaires monoblocs, autoporteurs, simples à fabriquer, faits de matériaux peu couteux et donc d'un coût modéré. A titre d'exemple non limitatif le collecteur aura des dimensions pouvant facilement aller jusqu'à 2m*6m, et au-delà, avec une épaisseur de 1 ou 2cm. Le dispositif selon l'invention est destiné à la fourniture d'eau chaude, aussi bien pour des usages domestiques individuels/collectifs ou industriels. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour collecter le rayonnement solaire, afin de chauffer un fluide caloporteur, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un panneau monobloc et autoportant de matière extrudée à l'intérieur duquel circule le fluide. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le panneau est 5 constitué de canaux contigus, obstrués en leur extrémité. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le transfert du fluide d'un canal à l'autre est réalisé de manière interne au collecteur, en rognant les extrémités des cloisons séparant les canaux. 4. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le transfert 10 du fluide d'un canal à l'autre est réalisé de manière externe, par des goulottes et des trous percés dans les façades du panneau. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transfert du fluide peut être réalisé à travers tous les canaux constituant le collecteur, ou seulement une partie d'entre eux.