Brevet FR3070200A1 — publié le 20190222

[1] La présente invention concerne un procédé de captage d'énergie solaire par effet de serre, avec pour fluide caloporteur l'air. L'air utilisé provient soit de l'intérieur d'un bâtiment à chauffer soit de l'extérieur de celui ci et peut être employé au réchauffage de locaux d'habitation, de locaux industriels ou agricoles voire de procédés. Les capteurs solaires à air sont habituellement constitués d'un caisson vitré sur une face pour bénéficier de l'effet de serre ; ils intègrent un corps noir qui absorbe l'énergie solaire pour la retransmettre à l'air utilisé comme fluide caloporteur et disposent en parties arrière et latérales de ce corps absorbant d'un isolant afin de limiter les pertes thermiques. Ces systèmes de captation solaire permettent généralement de disposer en leur sortie d'une élévation de température de l'air entrant de l'ordre de 30°c à 40°c, voire davantage si le débit traversant le capteur est diminué, toutefois lorsque l'énergie captée n'est pas évacuée par le fluide caloporteur (exemple : demande nulle en énergie thermique) il s'ensuit, du fait de l'effet de serre et des isolants thermiques, un effet de surchauffe interne du capteur. Cette surchauffe peut être préjudiciable à la tenue physique de certains matériaux ou peut conduire à des déformations mécaniques du capteur lui- même. Il en résulte que les bureaux d'études sont contraints, pour répondre à ce problème, d'exclure des matériaux courants et peu onéreux mais incapables de résister aux températures pouvant dépasser largement 120°c qui peuvent survenir à l'intérieur du capteur solaire. Suivant la nature des isolants thermiques employés, ceux-ci génèrent de plus des contraintes dimensionnelles sur l'épaisseur en particulier du capteur solaire. Différents dispositifs existent pour limiter la surchauffe des capteurs solaires (soupape thermostatique, actionnement d'un dispositif d'ouverture, ...). Toutefois ces dispositifs engendrent des surcouts supplémentaires du fait des équipements ajoutés et nuisent à la fiabilité globale du système. Une solution peut aussi être la diminution des épaisseurs de l'isolation mise en place, toutefois cette solution conduit à une réduction du rendement du capteur en fonctionnement qui se situe alors au dessous de 70% à 80%. L'isolation dynamique dont le principe est de faire fonctionner une paroi comme un échangeur de chaleur avec une ou plusieurs lames d'air, présentant ainsi un haut pouvoir d'isolation thermique permet de s'affranchir de l'isolant physique traditionnel, simplifiant ainsi la conception et la construction. Cependant les systèmes à isolation dynamique à une seule lame d'air assurent une isolation imparfaite (pour ce qui concerne la face qui n'est pas balayée par la lame d'air), et les systèmes fonctionnant par aller et retour de la lame d'air présentent l'inconvénient de rallonger la lame d'air et de créer deux changements de direction complets de celle-ci, d'où une augmentation importante des pertes de charge ce qui implique une puissance plus élevée du système de ventilation mis en place. [2] La présente invention permet de s'affranchir de ces inconvénients et concerne un procédé de captage solaire caractérisé en ce qu' il comprend : .une isolation dynamique réalisée par lame d'air sur chaque face du corps absorbant. Ce dernier, rep.4, est intégré dans le flux d'air à réchauffer, formant ainsi une isolation dynamique intégrale, 5 . un parcours allant dans le même sens pour les lames d'air en contact avec chaque face du corps absorbant; la longueur de chaque lame d'air est inférieure ou au maximum égale à la longueur, ou suivant le cas à la hauteur, du capteur solaire à air. Ainsi, la présente invention est décrite par le schéma de la figure 1 et comprend: 10 1) une face avant du capteur solaire rep.3 réalisée en matériaux présentant un coefficient de transmission solaire élevé, par exemple en matériau polycarbonate pour les avantages liés à son pouvoir de transmission solaire, son poids, son faible cout, sa résistance mécanique, sa facilité de mise en oeuvre, 2) une face arrière du capteur rep. 6 réalisée en matériau présentant une résistance thermique faible 15 (exemple aluminium), 3) un corps absorbant rep.4, à faible inertie thermique, inséré dans le flux d'air à réchauffer. Le corps absorbant est fixé à un cadre rep.5 par l'intermédiaire d'entretoises dont le rôle est de s'affranchir des ponts thermiques (entre corps absorbant et cadre ou bâtit du capteur) et de permettre l'insertion la plus complète du corps absorbant à l'intérieur du flux d'air. Le corps absorbant est 20 positionné à égale distance de la face avant et de la face arrière du capteur, pour permettre le passage d'une lame d'air d'environ 12mm d'épaisseur de part et d'autre (voir schéma de la fig. 2). 4) un dispositif permettant l'entrée et la sortie du flux d'air du capteur solaire, réalisant une division du flux d'air pour former les lames d'air autour du corps absorbant. Dans l'exemple donné par les figures 1 et 2, ce dispositif est constitué comme suit : 25 a) La face arrière du capteur présente 2 orifices circulaires situés en partie supérieure et en partie inférieure afin de permettre l'entrée et la sortie de l'air du capteur. Entrée et sortie d'air pouvant se faire indifféremment en haut ou en bas du capteur assurant un flux d'air vertical ascendant ou descendant à l'intérieur du capteur. Ce flux d'air peut aussi etre réalisé de manière horizontale (capteur solaire positionné de manière horizontale) moyennant une baisse 30 de rendement de quelques pourcents du capteur solaire. b) Le corps absorbant dispose de 2 ouvertures circulaires situées en vis à vis de l'entrée et de la sortie du flux d'air de la face arrière du capteur. Des cornières latérales en matériau à faible résistance thermique assurent la fixation mécanique de l'ensemble (rep.3, rep.5, rep.6) et l'étanchéité à la pluie par l'intermédiaire d'un ensemble de joints. 35 La mise en mouvement du flux d'air, pour cet exemple, est réalisée par un ventilateur inséré dans la gaine de sortie du flux d'air, soit par conséquent à l'extérieur du capteur solaire. [3] Ainsi lors de l'entrée de l'air dans le capteur, celui-ci se répartit en lames d'air de part et d'autre du corps absorbant, les lames d'air se réunissant lors de la sortie de l'air du capteur. La meilleure efficacité du capteur est mesurée lorsque le diamètre de l'ouverture réalisée dans le corps absorbant vaut 0,9 fois le diamètre de l'ouverture réalisée dans la partie arrière du capteur. Ainsi pour un capteur 5 solaire à air de 2 m2, le diamètre de l'ouverture d'entrée vaut 110mm, le diamètre de l'ouverture réalisée dans la plaque corps absorbant vaut 100mm. Dans cette configuration, le rendement mesuré en fonctionnement est de l'ordre de 85%, ce qui traduit un haut niveau de performance. En cas de non utilisation du capteur solaire (pas de flux d'air traversant le capteur), la température interne 10 augmente, toutefois la surchauffe du capteur solaire est limitée. En effet, l'absence de matériaux isolant à l'intérieur du capteur et l'utilisation de matériaux à faible résistance thermique pour le capteur solaire lui-même conduisent à favoriser le transfert des calories de l'intérieur du capteur vers l'extérieur par les effets de rayonnement et de conduction. L'ensemble des faces du capteur solaire est ainsi sollicité pour l'évacuation des calories (face avant, face arrière, cotés latéraux). 15 Dans cette configuration la température interne du capteur non utilisé et positionné face au soleil d'été demeure inférieure à 90°c, les faces avant et arrières étant elles à une température au contact bien inférieure, permettant ainsi l'utilisation de matériaux de type polycarbonate, polyamides. Les autres avantages de cette réalisation sont la conception simplifiée par le faible nombre de composants mis en oeuvre. 20 25 30 35 [4] REVENDICATIONS1. Capteur solaire à air comportant : . une face avant du capteur solaire (3) . une face arrière du capteur (6) . un corps absorbant (4) inséré dans le flux d'air à réchauffer, caractérisé en ce que le corps absorbant (4) est fixé à un cadre (5) par l'intermédiaire d'entretoises dont le rôle est de s'affranchir des ponts thermiques, formant ainsi une isolation dynamique et en ce que la longueur de chaque lame d'air de part et d'autre du corps absorbant (4) est inférieure ou au maximum égale à la longueur, ou suivant le cas à la hauteur, du capteur solaire à air. 2. Capteur solaire à air suivant revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué en matériaux de faible résistance thermique tel l'aluminium pour réduire l'effet de surchauffe en cas de non utilisation. 3. Capteur solaire à air suivant revendication 1 caractérisé en ce que des entrées et des sorties d'air sont disposées à l'arrière du capteur et en ce que le capteur comprend deux ouvertures réalisées dans le corps absorbant (4) pour permettre le passage de l'air de part et d'autre de celui-ci. 4. Capteur solaire à air suivant revendication 3 caractérisé en ce que les ouvertures réalisées dans le corps absorbant (4) sont circulaires et d'un diamètre égal à 0,9 fois le diamètre de l'ouverture réalisée pour l'entrée ou la sortie du flux d'air dans le capteur. 5. Capteur solaire à air suivant revendication 1 caractérisé en ce qu'un ventilateur disposé à l'extérieur du capteur solaire assure le déplacement de manière verticale ou de manière horizontale du flux d'air à l'intérieur du capteur. 20 25 30 35