Brevet FR3146723A1 — publié le 20240920

capteur solaire thermique L’invention concerne un capteur solaire thermique (1) sous forme d’un panneau (2) comprenant une paroi arrière (3) et une paroi périphérique (4) délimitant une enceinte (5) refermée par une paroi avant (6) transparente, dans l’enceinte (5) s’étendant au moins un tube (8) d’un échangeur de chaleur (9) traversé par un fluide caloporteur entre au moins une entrée (13) et au moins une sortie (14). La paroi arrière (3) et la paroi périphérique (4) sont conçues en un matériau isolant expansé, dans l’enceinte (5) étant ménagée au moins une rainure (7) de section ajustée pour le logement d’un tube (8) de l’échangeur (9) Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Capteur thermique solaire L’invention concerne un Capteur thermique solaire à circulation de fluide thermique. Cette invention concerne le domaine des panneaux solaires thermiques dont on connaît, d’ores et déjà, différents modes de réalisation. De tels panneaux solaires thermiques, encore appelé capteur solaire thermique ou chauffe-eau solaire individuel, sont destinés, pour la plupart, à chauffer de l’eau circulant dans un échangeur de chaleur grâce à l’énergie solaire. En particulier, il est connu que les capteurs plans non vitrés qui sont constitués d’un réseau de tubes synthétiques, souvent de couleur noire s’étendant en forme de nappe entre un collecteur d’entrée et un collecteur de sortie. Ces capteurs plans ou nappes de tubes sont directement exposées aux rayons solaires et ne bénéficie d’aucune isolation. On connaît encore les capteurs plans vitrés sous forme de panneaux définis par une paroi arrière surmontée d’un bord périphérique en forme de cadre recevant une paroi avant vitrés. Celle-ci délimite, avec la paroi arrière, un espace pour le logement d’un échangeur tubulaire dans lequel est amenée à circuler de l’eau entre une entrée et une sortie, soit par thermo siphon, soit de manière forcée grâce à un circulateur. L’intérieur de ces panneaux est de couleur noire de manière à absorber un maximum la chaleur du rayonnement solaire, la paroi avant vitrée venant piéger cette chaleur captée. Il est encore connu les capteurs tubulaires, plus onéreux que les précédents, qui sont constitués d’une pluralité de tubes sous vide comportant un revêtement absorbant pour capter de manière optimale le rayonnement solaire. L’énergie thermique qui en résulte est absorbée par un fluide thermique qui circule dans des tubes d’échangeur s’étendant à l’intérieur de ces tubes sous vide. Là encore, ces capteurs tubulaires prennent la forme de panneaux surmontés de ces tubes sous vide à l’arrière desquels est disposé un panneau réflecteur. Hormis les capteurs plans non vitrés qui n’ont qu’une utilité limitée en raison de leur faible rendement découlant de l’absence d’isolation thermique, les deux autres types de capteur solaire thermique sont de conception complexe et nécessitent le respect de conditions d’implantation strictes, en particulier en raison de leur poids. Cela en fait des capteurs solaires thermiques onéreux et, en même temps, fragiles en raison de leur conception mettant en œuvre des matériaux aux propriétés très distinctes et répondant différemment sous l’effet des variations de température. En conséquence, bien que technologiquement très avancés et onéreux ils sont fortement sollicités dans le temps affectant leur longévité. C’est dans le cadre d’une démarche inventive que l’on a imaginée un capteur solaire thermique d’un bon rendement, de conception simple et léger, donc à moindre coût de fabrication et d’installation aisée. L’invention concerne un capteur solaire thermique sous forme d’un panneau, comprenant une paroi arrière et une paroi périphérique délimitant une enceinte refermée par une paroi avant transparente, dans l’enceinte s’étendant au moins un tube d’un échangeur de chaleur traversé par un fluide caloporteur entre au moins une entrée et au moins une sortie, caractérisé en ce que la paroi arrière et la paroi périphérique sont conçues en un matériau isolant expansé, dans l’enceinte délimitée par ces parois étant ménagée au moins une rainure de section ajustée pour le logement d’un tube de l’échangeur. Avantageusement, dans l’enceinte sont ménagées plusieurs rainures délimitées par des parois séparatives, chacune de ces rainures étend de section ajustée pour la réception d’un tube de l’échangeur. Selon un mode de réalisation avantageux, la paroi arrière, la paroi périphérique et l’enceinte sont définis par un bloc, préférentiellement parallélépipédique, d’un matériau expansé de type polyuréthane ou autre, dans lequel est ménagée au moins une rainure pour le logement d’un tube d’échangeur. Selon une autre particularité de l’invention, un même tube d’échangeur s’étend successivement dans chacune des rainures de l’enceinte, entre l’entrée et la sortie que comporte le capteur solaire thermique. Avantageusement, un tube d’échangeur et conçu de couleur noire. Selon une autre particularité ce tube comporte sur tout ou partie de sa longueur des annelures définies, chacune, par une protubérance périphérique extérieurement au tube et d’un creux annulaire intérieurement à ce dernier. Selon encore une autre particularité de l’invention, la paroi avant transparente est défini par un film ou une bâche en matière plastique transparente Avantageusement, ce film ou cette bâche en matière plastique transparent constitue une enveloppe du capteur thermique solaire selon l’invention. Les avantages découlant de la présente invention consistent en ce que ce capteur solaire thermique est de conception particulièrement simple. Le matériau expansé qui le compose est léger ce qui en facilite l’accrochage sur la façade d’une construction. Le film formant la paroi avant transparente de ce capteur en assure l’étanchéité en venant l’envelopper. En tant que tube d’échangeur il peut être utilisé un tube annelé en polyéthylène, de type gaine électrique ICTA qui a pour avantage de supporter de fortes dilatations grâce à ses annelures. Cette caractéristique est particulièrement intéressante en ce que le capteur thermique solaire selon l’invention peut être alimenté en eau sans ajout d’additif antigelif, même dans les régions où les risques de gel sont élevés. D’autres buts et avantagent la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à un exemple de réalisation donnée à titre indicatif et non limitatif. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux figures des dessins ci-joint dans lesquels : La est une représentation schématisée et en perspective d’un exemple de réalisation d’un capteur thermique solaire conforme à l’invention, la paroi avant transparente n’ayant pas été illustrée ; La est une représentation schématisée et en coupe du capteur thermique solaire de la , la paroi avant transparente ayant été illustrée; La est une représentation schématisée, partielle et en perspective d’une paroi séparative entre deux rainures. La est une représentation schématisée en coupe d’une rainure configurée selon l’invention et accueillant un tube d’échangeur, étant également illustrés de manière schématisés des rayonnements solaires incidents perpendiculaire au plan du capteur ; La est une représentation similaire à la les rayonnements solaires incidents sur le capteur formant un angle α par rapport au plan de ce dernier ; La est une représentation similaire aux figures 4 et 5 avec des rayonnements solaires formant un angle d’incidence β sur le capteur. Tel que représenté dans les figures en annexe, la présente invention concerne un capteur thermique solaire 1, sous forme d’un panneau 2, à circulation de fluide thermique. Plus particulièrement, ce panneau 2 du capteur thermique solaire, comporte une paroi arrière 3 et une paroi périphérique 4 avantageusement conçues en matériau isolant et délimitant une enceinte 5 refermée par une paroi avant 6 au moins translucide, préférentiellement transparente. Lesdites parois arrière 3 et périphérique 4 sont conçues, selon un mode de réalisation préféré, en un matériau isolant expansé, de type polyuréthane. Tout particulièrement, le panneau 2 du capteur thermique solaire 1 peut être issu d’un bloc en matériau isolant expansé, préférentiellement de forme parallélépipédique, dont la face arrière et la périphérie, définissent respectivement la paroi arrière 3 et la paroi périphérique 4. Au niveau de l’enceinte 5 est ménagée au moins une rainure 7 ouverte en direction de la paroi avant 6 pour le logement d’un tube 8 d’un échangeur de chaleur 9. Avantageusement, au niveau de cette enceinte 5 sont ménagée plusieurs rainures 7 sensiblement parallèles entre elles, pour le logement dans chacune d’elles d’un tube 8 d’échangeur 9, pour former un réseau de tube 10. Les rainures 7 communiquent à leurs extrémités avec des dégagements d’intercommunication 11, 12 pour le raccordement en parallèle, préférentiellement en série comme illustré dans les figures, des tubes 8 du réseau 10. Dans le cas d’un montage en parallèle, ces dégagements d’intercommunication 11, 12 contribuent au logement de collecteurs d’entrée et de sortie des tubes 8 dans les rainures 7. En cas de montage en série, ces dégagements d’intercommunication 11, 12 permettent à un même tube 8 de gagner, depuis une rainure 7 donnée, une autre adjacente pour définir un circuit d’échangeur en forme de serpentin, depuis au moins une entrée 13 et au moins une sortie 14 que comporte le panneau 2. Avantageusement, cette entrée 13 et cette sortie 14 sont ménagée dans la paroi arrière 3 et/ou dans la paroi périphérique 4 de ce panneau 2, en communication avec au moins un des dégagements d’intercommunication 11, 12. Un tel capteur thermique solaire 1 selon l’invention est plus particulièrement destiné à être positionné verticalement en façade sur une construction, implantation bien plus simple à réaliser en comparaison à une installation en toiture. Aussi, ce capteur thermique solaire 1, conforme à l’invention, est préférentiellement de forme de parallélépipède rectangle et comporte une paroi de bordure longitudinale supérieure 15, une paroi de bordure longitudinale inférieure 16 et des parois de bordure latérale verticale 17, 18, concevant ensemble la paroi périphérique 4, ainsi qu’une paroi arrière 3, définie verticale. Quant aux rainures 7, elles s’étendent dans l’enceinte 5, préférentiellement horizontalement, donc longitudinalement et parallèlement entre la paroi de bordure longitudinale supérieure 15 et la paroi de bordure longitudinale inférieure 16. Les dégagements d’intercommunication 11, 12 se situent, dans cette enceinte 5 aux extrémités des rainures 7 en s’étendant parallèlement aux parois de bordure latérale verticale 17, 18. Une rainure 7 est délimitée par une paroi de fond 19 d’où s’étend une paroi supérieure 20 et une paroi inférieure 21. Celles -ci respectent préférentiellement selon l’invention un écartement 22 de largeur ajustée de manière serrée à la section d’un tube 8, pour un logement légèrement par coincement de ces tubes 8 dans les rainures 7. Selon une autre particularité de l’invention, la paroi supérieure 20 d’une rainure 7 comporte, en partant de la paroi de fond 19, une première portion de paroi 23 perpendiculaire à cette paroi de fond 19 et prolongée par au moins une seconde portion de paroi 24 allant en s’évasant en formant un angle α compris entre 35 à 60° par rapport à la première portion de paroi 23. La particularité de cette configuration consiste en ce que des rayonnements solaires incidents sur le capteur 1, compris entre 90° et, selon la valeur de l’angle α retenu, entre 30° et 55° sont en mesure d’atteindre, directement ou par réflexion sur la seconde portion de paroi 24, un tube 8 logé dans une rainure 7 d’un capteur implanté verticalement sur une façade. Ceci a été représenté dans les figures 5 et 6. En somme les rayonnements solaires sont susceptibles d’être captés de manière optimale par un tube 8 d’échangeur que ce soit en hiver toute la journée ou le matin et le soir en période estivale. Inversement et comme souhaite l’illustrer la , lorsque que le soleil est au zénith en été et forme un angle inférieur, selon le cas de 30 ou 55° par rapport au plan du capteur 1 en position vertical sur une façade, ils n’atteignent plus le tube 8 et sont même rejetés par réflexion sur la paroi inférieure 21, s’étendant perpendiculaire à la paroi de fond 19 d’une rainure 7. Une telle configuration permet d’éviter une surchauffe du fluide caloporteur véhiculé dans les tubes 8 pendant ces périodes estivales. Dans le cas d’un panneau 2 issu d’un bloc en matériau isolant expansé, préférentiellement de forme parallélépipédique dont la face arrière et la périphérie, définissent respectivement la paroi arrière 3 et la paroi périphérique 4, les rainures 7 et les dégagements d’intercommunication 11, 12 dans l’enceinte 5 peuvent résulter d’une opération d’entaillage de la face avant 25 du panneau 2 en forme de de ce bloc en matériau isolant expansé. Le panneau 2 peut également être obtenu par un procédé de moulage, par exemple par injection dans un moule de matière synthétique expansible d’où résulte la forme finale du panneau 2, avec, en face avant 25, les rainures 7 conforme à l’invention et les dégagements d’intercommunication 11, 12, tout comme il est envisageable que ce panneau 2 soit le résultat d’une combinaison des deux procédés : moulage et entaillage. Selon un autre mode de réalisation, dans le fond 26 de l’enceinte 5 d’un panneau 2, comprenant une paroi arrière et une paroi périphérique 4 en matériau isolant expansé, sont collée des parois séparatives 27 délimitant entre elles les rainures 7. Une telle paroi séparative 27 sous forme de profil, préférentiellement en matériau isolant expansé, comporte une paroi supérieure destinée à définir la paroi inférieure 21 d’une première rainure 7 et une paroi inférieure conçu pour définir la paroi supérieure 20 d’une seconde rainure 7 se situant sous la première rainure 7. Cette paroi inférieure d’une telle paroi intermédiaire 27 se décompose par conséquent en une première portion de paroi 23 et une seconde portion de paroi 24 formant un angle α compris entre 35 à 60° par rapport à la première portion de paroi 23. De manière préférentielle, la face avant du panneau 2 est traitée de couleur blanche, par exemple par application d’une peinture blanche pour favoriser la réflexion des rayonnements solaire. La représente une vue en coupe d’une portion de tube 8 d’échangeur 9 du dispositif selon l’invention. Ce tube 8 comprend des annelures 28 sur tout ou partie de sa longueur. Comme illustré sur cette , une annelure 28 forme une protubérance périphérique sur le côté externe du tube 8 et un évidement annulaire en creux du côté interne de ce tube 8. De telles annelures 28 augmentent la surface d’absorption des rayons lumineux et confère une plus grande résistance au gel au travers d’une grande capacité de dilation de ce tube 8. Grace à cette particularité, il peut être utilisé de l’eau en tant que fluide caloporteur traversant le ou les tube 8 de l’échangeur 9, même dans les régions soumises à des période hivernale avec risque de gel. De manière avantageuse, ledit tube 9 est de couleur noir afin de permettre une meilleure absorption des rayonnements lumineux. Selon une autre mode de réalisation, un absorbeur peut être placé devant un tube 8. Notamment en tant que tube 8 d’échangeur 9, il peut être utilisé un tube annelé en polyéthylène, de type gaine électrique ICTA. Le capteur thermique solaire 1 selon l’invention comporte encore une paroi avant 6 transparente. Plus particulièrement elle est définie par un film ou une bâche synthétique transparent résistant aux UV du type film ou bâche polyéthylène ou similaire. Avantageusement, le capteur thermique solaire 1 comporte une enveloppe définie par un film ou bâche transparente résistant aux UV et concevant en même temps la paroi avant 6 transparente. Un film ou bâche transparente a pour avantage de rendre étanche à moindre coût et à faible poids le capteur thermique solaire 1. Ce film ou cette bâche peut être thermo-rétractée sur le panneau 2 ou collé sur les parois de ce dernier pour limiter les déplacements d’air dans l’enceinte 5. Selon une autre caractéristique, le capteur thermique solaire comporte des moyens de fixation (non représentés) conçus pour le rapporter verticalement sur façade d’une construction. Ces moyens de fixation peuvent comporter des premiers moyens d’accrochage directement associés à la paroi arrière 3 du panneau 2 et des seconds moyens d’accrochage conçus pour être fixer sur ladite façade de construction et avec lesquels sont prévus de coopérer les premiers moyens d’accrochage. De tels moyens de fixation peuvent évidemment prendre d’autres formes de réalisation, par exemple celle de consoles supports sous forme de berceaux définies pour être fixer sur la construction et conçues pour recevoir le capteur thermique solaire 1. A noter que la circulation du fluide caloporteur dans l’échangeur de chaleur 9 peut être assurée simplement par thermosiphon ou au moyen d’un circulateur adapté. Les avantages résultant de la présente invention consistent en ce que ce capteur thermique solaire est de conception simple et surtout de faible poids susceptible d’être mis en œuvre en façade de construction, implantation bien plus simple et aisée qu’une installation en toiture. Capteur solaire thermique (1) sous forme d’un panneau (2) comprenant une paroi arrière (3) et une paroi périphérique (4) délimitant une enceinte (5) refermée par une paroi avant (6) transparente, dans l’enceinte (5) s’étendant au moins un tube (8) d’un échangeur de chaleur (9) traversé par un fluide caloporteur entre au moins une entrée (13) et au moins une sortie (14), caractérisé en ce que la paroi arrière (3) et la paroi périphérique (4) sont conçues en un matériau isolant expansé, dans l’enceinte (5) étant ménagée au moins une rainure (7) de section ajustée pour le logement d’un tube (8) de l’échangeur (9). Capteur thermique solaire (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le panneau (2) est défini de forme de parallélépipède rectangle pour une implantation verticale et comporte une paroi de bordure longitudinale supérieure (15), une paroi de bordure longitudinale inférieure (16) et des parois de bordure latérale verticale (17, 18) concevant la paroi périphérique (4), ainsi qu’une paroi arrière, définie verticale, (3), la ou les rainures (7) s’étendent dans l’enceinte (5) horizontalement, longitudinalement et parallèlement entre la paroi de bordure longitudinale supérieure (15) et la paroi de bordure longitudinale inférieure (16). Capteur thermique solaire (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans l’enceinte (5), aux extrémités des rainures (7), sont ménagés des dégagements d’intercommunication (11, 12) s’étendant parallèlement aux parois de bordure latérale verticale (17, 18). Capteur thermique solaire (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’une rainure 7 est délimitée par une paroi de fond (19) d’où s’étend une paroi supérieure (20) et une paroi inférieure (21), celles -ci respectant un écartement (22) de largeur ajustée de manière serrée à la section d’un tube (8). Capteur thermique solaire (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que, la paroi supérieure (20) d’une rainure (7) comporte, en partant de la paroi de fond (19), une première portion de paroi (23) perpendiculaire à cette paroi de fond (19) et prolongée par au moins une seconde portion de paroi (24) allant en s’évasant en formant un angle (α) compris entre 35 à 60° par rapport à la première portion de paroi (23). Capteur thermique solaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le panneau (2) est issu d’un bloc en matériau isolant expansé. Capteur thermique solaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le panneau (2) est obtenu par moulage par injection de matière synthétique expansible. Capteur thermique solaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face avant (25) du panneau (2) est traitée de couleur blanche. Capteur thermique solaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube (8) comprend des annelures (28) sur tout ou partie de sa longueur, une annelure (28) formant une protubérance périphérique sur le côté externe du tube (8) et un évidement annulaire en creux du côté interne de ce tube (8). Capteur thermique solaire (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le tube (8) est un tube annelé en polyéthylène, de type gaine électrique ICTA. Capteur thermique solaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi avant (6) transparente est définie par un film ou une bâche synthétique transparente résistant aux UV, du type film ou bâche en polyéthylène ou similaire. Capteur thermique solaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une enveloppe (29) définie par un film ou une bâche transparente résistant aux UV et concevant la paroi avant 6 transparente.