Brevet FR2911388A1 — publié le 20080718

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine des dispositifs de chauffage utilisant l'énergie solaire en tant que source calorique et a pour objet un panneau solaire à liquide caloporteur et une installation de chauffage et/ou de production d'eau chaude comportant au moins un tel panneau. Un premier type connu de dispositif de chauffage simple utilisant l'énergie solaire consiste en un tuyau en plastique noir disposé en forme de serpentin sur une surface support exposée au soleil. Un deuxième type connu de dispositif de chauffage utilisant l'énergie solaire, à structure plus sophistiquée et présentant un rendement plus élevé, comprend des panneaux solaires dont chacun est essentiellement constitué par un coffre ou caisson isolé et comportant une face vitrée destinée à être exposée au rayonnement solaire, et par un arrangement de tubes creux formant absorbeur, dans lesquels circule le liquide caloporteur, ledit arrangement étant disposé dans le coffre ou caisson précité et comportant également des éléments collecteurs assemblés de manière étanche avec lesdits tubes pour former des ensembles de tubes et assurant la distribution et la circulation du liquide caloporteur entre lesdits tubes et avec un circuit extérieur. La présente invention a pour but d'améliorer encore le rendement du deuxième type de panneau précité, avec simultanément une fabrication relativement standardisée associée à une grande flexibilité de production en terme de taille de panneaux. A cet effet, la présente invention a pour objet un panneau du type précité, caractérisé en ce que les tubes consistent en des tubes profilés à structure plate, disposés côte à côte dans le coffre avec l'une de leurs grandes faces située en regard de la face vitrée de ce dernier, la partie de paroi formant la grande face précitée de chaque tube étant pourvue, sur son côté intérieur, de formations profilées longitudinales, saillantes dans le volume intérieur du tube concerné et augmentant la surface de contact entre la paroi dudit tube et le liquide caloporteur circulant dans son volume intérieur.. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre -2d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un panneau solaire selon l'invention ; la figure 2 est une vue de dessus d'un arrangement de tubes faisant partie du panneau de la figure 1 et formé de deux ensembles [tubes/éléments collecteurs] avant leur assemblage ; la figure 3 est une vue de détail de l'objet de la figure 2 illustrant plus précisément l'assemblage entre deux éléments collecteurs de 10 deux ensembles [tubes/éléments collecteurs] adjacents ; la figure 4 est une vue en perspective des extrémités de deux tubes d'un ensemble de la figure 2 ; la figure 5 est une vue de dessous d'un élément collecteur faisant partie d'un ensemble de la figure 2 ; 15 la figure 6 est une vue en coupe selon A-A de l'élément collecteur de la figure 5 ; les figures 7A, 7B, 7C et 7D sont des vues partielles en coupe transversale d'une partie de la paroi d'un tube illustrant différentes variantes de réalisation de formations profilées internes ; 20 les figures 8A, 8B et 8D sont des vues respectivement de dessus, en élévation latéral et de dessous d'un élément collecteur faisant partie d'un ensemble représenté sur la figure 2 ; la figure 8C est une vue selon B-B de l'objet de la figure 8B ; la figure 9 est une vue en coupe d'une variante de réalisation 25 d'un tube profilé plat faisant partie d'un panneau selon l'invention, et, la figure 10 est une vue en coupe d'une variante de réalisation d'un élément collecteur à structure profilée faisant partie d'un panneau selon l'invention. Comme le montrent au moins partiellement les figures 1, 2, 4 et 30 5, le panneau solaire 1 à liquide caloporteur est essentiellement constitué par un coffre ou caisson 2 isolé et comportant une face vitrée 3 destinée à être exposée au rayonnement solaire RS, et par un arrangement de tubes creux 4 formant absorbeur 4', dans lesquels circule le liquide caloporteur. Cet arrangement 4' est disposé dans le coffre ou caisson 2 précité et 35 comporte également des éléments collecteurs 5 assemblés de manière étanche avec lesdits tubes 4 pour former des ensembles de tubes 4 (sous-ensembles de l'arrangement 4') et qui assurent la distribution et la -3- circulation du liquide caloporteur entre lesdits tubes et avec un circuit extérieur. Conformément à l'invention, les tubes 4 consistent en des tubes profilés à structure plate, disposés côte à côte dans le coffre 2 avec l'une 6 de leurs grandes faces 6, 6' située en regard de la face vitrée 3 de ce dernier, la partie de paroi 7' formant la grande face 6 précitée de chaque tube 4 étant pourvue, sur son côté intérieur, de formations profilées longitudinales 8, saillantes dans le volume intérieur du tube 4 concerné et augmentant la surface de contact entre la paroi 7 dudit tube 4 et le liquide caloporteur circulant dans son volume intérieur. En réalisant les tubes 4 sous forme de tubes plats profilés rigides, on aboutit à un absorbeur 4' autoportant, dont la taille peut être aisément adaptée à la demande en énergie et/ou aux conditions d'implantation (par découpe des tubes à la longueur souhaitée et/ou par multiplication du nombre de tubes par ensemble ou arrangement). En outre, un tel absorbeur peut accueillir un grand volume de liquide caloporteur en l'exposant de manière optimale (sur pratiquement la totalité de la surface de la face vitrée 3) au rayonnement solaire. Le transfert de calories entre la paroi 7 des tubes 4 et le liquide est en outre optimisé par les formations internes 8. De manière avantageuse, les formations saillantes internes 8 consistent en des ailettes formées d'un seul tenant avec la partie de paroi 7' formant la grande face plane exposée 6 de chaque tube 4, certaines desdites ailettes 8 pouvant se prolonger jusqu'à la partie de paroi constituant la grande face plane 6' opposée, en formant ainsi des parois d'entretoisement 8' qui compartimentent le volume intérieur dudit tube 4 en canaux de circulation longitudinaux 9, parallèles et adjacents (figures 1, 4 et 9). La plupart des ailettes 8 présentent une hauteur sensiblement égale à la moitié de la largeur 1 des tubes 4. La présence d'ailettes 8' formant paroi d'entretoisement permet de renforcer la rigidité des tubes 4 et de former des canaux 9 pour une circulation régulière et sensiblement laminaire du liquide. En accord avec un mode de réalisation pratique préféré mais non limitatif de l'invention, chaque tube 4 présente en section transversale un contour en forme de trou oblong très allongé, avec un rapport longueur L / largeur 1 compris entre 8 et 20, préférentiellement supérieur à 10, et est formé par extrusion d'aluminium ou d'un alliage à base -4- d'aluminium, au moins la face 6 exposée au rayonnement solaire étant traitée pour favoriser l'absorption de ce dernier, en particulier les ondes infrarouge et proche infrarouge, par exemple par galvanisation, anodisation ou application d'un revêtement du type peinture ou vernis, la face vitrée 3 présentant, en outre, avantageusement un facteur de transmission maximal pour ledit rayonnement, ainsi que des propriétés d'isolation thermique (obtention d'un effet de serre). Différentes formes sont possibles pour les ailettes 8 constituant les ou certaines des formations profilées saillantes intérieures des tubes 4 et elles peuvent par exemple être du type choisi dans le groupe formé par les ailettes à structure plate et plane, les ailettes à section sinusoïdale ou gondolée, les ailettes à section en T, les ailettes à section en arête, les ailettes à bord libre épaissi et les mélanges possibles de ces différentes structures. De plus, lesdites ailettes 8 présentent une extension longitudinale inférieure à celles des tubes 4 et s'arrêtent à une distance déterminée des bords 10 des extrémités opposées des parois 7 desdits tubes 4 (permettant la formation d'un manchon de raccordement constitué d'un prolongement de la paroi 7). Afin d'augmenter la surface extérieure d'absorption du rayonnement solaire, il peut être prévu que les faces 6 des tubes 4 exposées au rayonnement solaire présentent des formations saillantes profilées 11 sur le côté externe des parties de paroi 7' correspondantes, sous forme de nervures ou d'ailettes, préférentiellement formées d'un seul tenant avec lesdites parties de paroi 7' et, le cas échéant, chacune dans la continuité ou en regard d'une formation saillante interne 8 (figures 4 et 9). Ces formations extérieures 11 peuvent également présenter une grande variété de formes, à l'instar des formations intérieures 8. Conformément à une caractéristique de l'invention, et comme le montrent les figures 2, 5, 8 et 10, les éléments collecteurs 5, montés au niveau des ouvertures 10' des deux extrémités longitudinales opposées des tubes 4 profilés plats, comprennent chacun un corps tubulaire 12 allongé, qui se prolonge latéralement par un manchon d'accouplement 13 en communication fluidique avec l'intérieur du corps tubulaire 12 et comportant au moins deux segments de rainures ou gorges 14 aptes à recevoir de manière ajustée les portions de bord 10 des extrémités des parties de la paroi 7 d'un tube 4 correspondant aux grandes faces planes 6 et 6' de ce dernier, l'assemblage par emmanchement des tubes 4 dans deux -5- éléments collecteurs 5 opposés étant verrouillé et étanchéifié, par exemple au moins par collage au moyen d'une colle thixotrope à base de silicone. Pour permettre une réalisation aisée d'un arrangement 4' à partir d'au moins deux ensembles [tubes 4/éléments collecteurs 5], comme indiqué par exemple sur les figures 2 et 3 des dessins annexés, les corps tubulaires 12 des éléments collecteurs 5 présentent une section circulaire et sont pourvus au niveau de chacune de leurs deux extrémités longitudinales opposées d'un filetage 17, de manière à autoriser leur assemblage deux à deux par l'intermédiaire d'un raccord annulaire 18 à filetages intérieurs droite et gauche, tels que des nipples. Avantageusement, l'arrangement de tubes 4 formant absorbeur 4' est constitué par au moins deux ensembles [tubes 4/éléments collecteurs 5] assemblés entre eux par raccordement au niveau des extrémités filetées des corps tubulaires 12 de leurs éléments collecteurs 5 (Fig. 2). Selon une première variante de réalisation, ressortant des figures 2, 3, 5, 6 et 8 des dessins annexés, les manchons d'accouplement 13 des éléments collecteurs 5 présentent des sites ou emplacements 13' de montage par emmanchement avec coopération de formes complémentaires pour les bords 10 des extrémités des tubes 4 et consistent en des pièces venues de moulage, dont chacune est rapportée sur ou formée d'un seul tenant avec le corps tubulaire 12 de l'élément collecteur 5 considéré. Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, et comme le montre la figure 10 des dessins annexés, les manchons d'accouplement 13 des éléments collecteurs 5 sont formés chacun à partir de deux paires de nervures longitudinales 15 formées en s'étendant latéralement le long du corps tubulaire 12 de l'élément collecteur 5 considéré et dont chaque paire délimite un segment de rainure 14 de réception d'une portion du bord 10 de l'extrémité de la partie de paroi 7 correspondant à l'une des grandes faces planes 6 et 6' d'un tube 4. Dans ce cas, chaque élément collecteur 5 peut consister en une pièce profilée réalisée par extrusion et pourvue d'un ou de plusieurs orifice(s) de passage 16 ménagé(s) entre les deux paires de nervures 15 pour établir une communication fluidique entre le corps tubulaire 12 et le ou les tube(s) 4 monté(s) dans le manchon d'accouplement 13. En relation avec cette deuxième variante de réalisation, la pièce profilée formant l'élément collecteur (intégrant d'un seul tenant le corps tubulaire 12 et le manchon d'accouplement 13 correspondant) est usinée -6-après mise à la longueur afin de ménager les orifices de passage 16 au niveau des emplacements de réception des tubes 4, les nervures internes 15 étant en outre découpées pour former les passages de réception des petits côtés des tubes 4. Par ailleurs, on peut également prévoir le perçage d'orifices 19 et la réalisation de filetages extérieurs 17 au niveau des extrémités opposées des éléments 5, après leur découpe à la longueur adéquate. Avec ce mode de réalisation des éléments collecteurs 5, le fabricant dispose d'une très grande souplesse en termes de taille desdits éléments 5 et donc des ensembles [tube 4/élément 5], tout en ne nécessitant qu'un seul type de pièce profilée découpée à la longueur adéquate. En vue de fournir également un assemblage mécanique entre les éléments collecteurs 5 et les tubes 4 montés dans ces derniers, il peut être prévu que chaque tube profilé plat 4 et chaque emplacement 13' des éléments collecteurs 5 destiné au montage de l'extrémité d'un tube profilé plat 4 comportent des sites 19, 19' de réception d'un élément d'assemblage fileté, en regard et alignés après montage des tubes 4 dans les éléments collecteurs 5, par exemple de manière à fournir un assemblage par alvéovis. Ainsi, l'invention permet de fournir un panneau solaire modulable à liquide caloporteur dont le rendement est optimisé et comprenant un absorbeur 4' formé par au moins deux ensembles de deux tubes profilés plats. Ces tubes et ces ensembles sont montés de manière sensiblement adjacente afin d'avoir une surface exposée maximale et un transfert calorique optimal vers ledit liquide circulant dans ces tubes, ce transfert étant favorisé par la présence de formations saillantes interne 8 et, le cas échéant, externe 11. La présente invention a également pour objet une installation de chauffage et/ou de production d'eau chaude pour les immeubles d'habitation, commerciaux ou industriels ou les maisons individuelles, avec un circuit de circulation forcée de liquide caloporteur, tel que de l'eau ou de l'eau glycolée, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif de chauffage formé par au moins un panneau 1 tel que décrit ci-dessus et représenté aux dessins annexés. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers -7- éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1) Panneau solaire à liquide caloporteur, pour le chauffage et/ou la production d'eau chaude, essentiellement constitué par un coffre ou caisson isolé et comportant une face vitrée destinée à être exposée au rayonnement solaire, et par un arrangement de tubes creux formant absorbeur, dans lesquels circule le liquide caloporteur, ledit arrangement étant disposé dans le coffre ou caisson précité et comportant également des éléments collecteurs assemblés de manière étanche avec lesdits tubes pour former des ensembles de tubes et assurant la distribution et la circulation du liquide caloporteur entre lesdits tubes et avec un circuit extérieur, panneau (1) caractérisé en ce que les tubes (4) consistent en des tubes profilés à structure plate, disposés côte à côte dans le coffre (2) avec l'une (6) de leurs grandes faces (6, 6') située en regard de la face vitrée (3) de ce dernier, la partie de paroi (7') formant la grande face (6) précitée de chaque tube (4) étant pourvue, sur son côté intérieur, de formations profilées longitudinales (8), saillantes dans le volume intérieur du tube (4) concerné et augmentant la surface de contact entre la paroi (7) dudit tube (4) et le liquide caloporteur circulant dans son volume intérieur. 2) Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les formations saillantes internes (8) consistent en des ailettes formées d'un seul tenant avec la partie de paroi (7') formant la grande face plane exposée (6) de chaque tube (4), certaines desdites ailettes (8) pouvant se prolonger jusqu'à la partie de paroi constituant la grande face plane (6') opposée, en formant ainsi des parois d'entretoisement (8') qui compartimentent le volume intérieur dudit tube (4) en canaux de circulation longitudinaux (9), parallèles et adjacents. 3) Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque tube (4) présente en section transversale un contour en forme de trou oblong très allongé, préférentiellement avec un rapport longueur (L) / largeur (1) supérieur à 10, et est formé par extrusion d'aluminium ou d'un alliage à base d'aluminium, au moins la face (6) exposée au rayonnement solaire étant traitée pour favoriser l'absorption de ce dernier, en particulier les ondes infrarouge et proche infrarouge, par exemple par galvanisation, anodisation ou application d'un revêtement du type peinture ou vernis, la face vitrée (3) présentant, en outre,-9-avantageusement un facteur de transmission maximal pour ledit rayonnement, ainsi que des propriétés d'isolation thermique. 4) Panneau selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les ailettes (8) constituant les ou certaines des formations profilées saillantes intérieures des tubes (4) sont du type choisi dans le groupe formé par les ailettes à structure plate et plane, les ailettes à section sinusoïdale ou gondolée, les ailettes à section en T, les ailettes à section en arête, les ailettes à bord libre épaissi et les mélanges possibles de ces différentes structures et en ce que lesdites ailettes (8) présentent une extension longitudinale inférieure à celles des tubes (4) et s'arrêtent à une distance déterminée des bords (10) des extrémités opposées des parois (7) desdits tubes (4). 5) Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les faces (6) des tubes (4) exposées au rayonnement solaire présentent des formations saillantes profilées (11) sur le côté externe des parties de paroi (7') correspondantes, sous forme de nervures ou d'ailettes, préférentiellement formées d'un seul tenant avec lesdites parties de paroi (7') et, le cas échéant, chacune dans la continuité ou en regard d'une formation saillante interne (8). 6) Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments collecteurs (5), montés au niveau des ouvertures (10') des deux extrémités longitudinales opposées des tubes (4) profilés plats, comprennent chacun un corps tubulaire (12) allongé, qui se prolonge latéralement par un manchon d'accouplement (13) en communication fluidique avec l'intérieur du corps tubulaire (12) et comportant au moins deux segments de rainures ou gorges (14) aptes à recevoir de manière ajustée les portions de bord (10) des extrémités des parties de la paroi (7) d'un tube (4) correspondant aux grandes faces planes (6 et 6') de ce dernier, l'assemblage par emmanchement des tubes (4) dans deux éléments collecteurs (5) opposés étant verrouillé et étanchéifié, par exemple au moins par collage au moyen d'une colle thixotrope à base de silicone. 7) Panneau selon la revendication 6, caractérisé en ce que les manchons d'accouplement (13) des éléments collecteurs (5) présentent des sites ou emplacements (13') de montage par emmanchement avec coopération de formes complémentaires pour les bords (10) des extrémités des tubes (4) et consistent en des pièces venues de moulage, dont chacune-10- est rapportée sur ou formée d'un seul tenant avec le corps tubulaire (12) de l'élément collecteur (5) considéré. 8) Panneau selon la revendication 6, caractérisé en ce que les manchons d'accouplement (13) des éléments collecteurs (5) sont formés chacun à partir de deux paires de nervures longitudinales (15) formées en s'étendant latéralement le long du corps tubulaire (12) de l'élément collecteur (5) considéré et dont chaque paire délimite un segment de rainure (14) de réception d'une portion du bord (10) de l'extrémité de la partie de paroi (7) correspondant à l'une des grandes faces planes (6 et 6') d'un tube (4) et en ce que chaque élément collecteur (5) consiste en une pièce profilée réalisée par extrusion et pourvue d'un ou de plusieurs orifice(s) de passage (16) ménagé(s) entre les deux paires de nervures (15) pour établir une communication fluidique entre le corps tubulaire (12) et le ou les tube(s) (4) monté(s) dans le manchon d'accouplement (13). 9) Panneau selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les corps tubulaires (12) des éléments collecteurs (5) présentent une section circulaire et sont pourvus au niveau de chacune de leurs deux extrémités longitudinales opposées d'un filetage (17), de manière à autoriser leur assemblage deux à deux par l'intermédiaire d'un raccord annulaire (18) à filetages intérieurs droite et gauche, tels que des nipples, et en ce que l'arrangement de tubes (4) formant absorbeur (4') est constitué par au moins deux ensembles [tubes (4)/éléments collecteurs (5)] assemblés entre eux par raccordement au niveau des extrémités filetées des corps tubulaires (12) de leurs éléments collecteurs (5). 10) Panneau selon l'une quelconque des revendications 7 et 9, caractérisé en ce que chaque tube profilé plat (4) et chaque emplacement (13') des éléments collecteurs (5) destiné au montage de l'extrémité d'un tube profilé plat (4) comportent des sites (19, 19') de réception d'un élément d'assemblage fileté, en regard et alignés après montage des tubes (4) dans les éléments collecteurs (5), par exemple de manière à fournir un assemblage par alvéovis. 11) Installation de chauffage et/ou de production d'eau chaude pour les immeubles d'habitation, commerciaux ou industriels ou les maisons individuelles, avec un circuit de circulation forcée de liquide caloporteur, tel que de l'eau ou de l'eau glycolée, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif de chauffage formé par au moins un panneau (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.