| 1. | Capteur d'énergie solaire comportant un passage ascendant en forme de boîtier plat limite d'un côté par une paroi transparente destinée à être exposée au rayonnement solaire et, à l'opposé, par un fond opaque, un corps d'échange perméable à l'air étant placé entre la paroi transparente et le fond opaque, de telle sorte que l'air doive le traverser pour franchir le passage, carac¬ térisé en ce que le corps d'échange perméable est combiné à des moyens qui créent une perte de charge régulièrement répartie sur sa surface, afin de répartir également le débit d'air sur l'ensemble de ladite surface. |
| 2. | Capteur selon la revendication 1, caracté¬ risé en ce que lesdits moyens comportent des orifices de passage régulièrement répartis sur la surface du corps d'échange. |
| 3. | Capteur selon la revendication 2, caracté¬ risé en ce que les orifices sont pratiqués dans le corps d'échange luimême. |
| 4. | Capteur selon la revendication 3, dans le quel le corps d'échange est formé de lamelles parallèles entre elles et orientables, caractérisé en ce que les la¬ melles ont une section sensiblement en L de façon à pou¬ voir se toucher les unes les autres en position d'échauf¬ fement, les orifices étant constitués par des trous et/ou des échancrures d'extrémité pratiqués dans les lamelles. |
| 5. | Capteur selon la revendication 2, caracté¬ risé en ce que les orifices sont pratiqués dans une cloi¬ son de répartition imperméable appliquée sur toute la sur¬ face du corps d'échange. |
| 6. | Capteur selon la revendication 5, caracté¬ risé en ce que la cloison de répartition est placée en visàvis du fond du boîtier, sa face tournée vers ce fond étant réfléchissante. |
| 7. | " Capteur selon la revendication 5, caracté risé en ce que la cloison de répartition est transparente et disposée du côté de la paroi transparente ou au sein du corps d'échange. |
| 8. | Capteur selon l'une quelconque des reven¬ dications 2 à 7, caractérisé en ce que le corps d'échange est poreux. |
| 9. | Capteur selon la revendication 8, caracté riεé en ce que le corps d'échange est formé de plaques placées sur chant et bout à bout, retenues par des inter¬ calaires horizontaux qui contribuent à éviter des courants de convexion au sein du corps d'échange. |
| 10. | Capteur selon l'une des revendications8 ou 9, caractérisé en ce que le corps d'échange est réalisé en matière à cellules ouvertes de diamètre supérieur à 0,3 mm, de préférence entre 1 et 5 mm et d'épaisseur de 5 à 30 mm,. |
| 11. | Capteur selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le corps d'échange est formé d'éléments assemblés dont la dimension caractéristique est comprise entre 1 et 10 mm, l'épaisseur du corps d'é¬ change étant au moins triple de ladite dimension. |
| 12. | Capteur selon l'une quelconque des reven dications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est réalisé en modules empilables pouvant être disposés en façade d'un bâtiment. |
| 13. | Capteur selon la revendication 12,^ caracté¬ risé en ce que les modules ont la hauteur d'un étage. |
| 14. | Capteur selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que la paroi transparente de cha¬ que module présente du fruit, de telle sorte que son bord inférieur déborde par rapport au bord supérieur du module sousjacent pour former une entrée d'air" abritée. |
| 15. | Capteur comportant plusieurs modules selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que les corps d'échange et les parois des divers modules sont raccordés avec étanchéité de façon à former, notamment, à l'arrière des corps d'échange, une conduite ascendante fermée à son extrémité inférieure. |
| 16. | Capteur selon la revendication 15, caracté¬ risé en ce que la conduite ascendante est reliée à un dis¬ positif de stockage de chaleur. |
| 17. | Capteur selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé par un conduit de rejet adjacent au dispositif de stockage de chaleur et équipé d'un échan geur escamotable. |
| 18. | Capteur selon l'une quelconque des reven¬ dications 15 à 17, caractérisé en ce qu'il comporte des orifices obturables d'évacuation d'air échauffé et d'as¬ piration d'air frais. 19» Capteur selon l'une quelconque des reven dications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il est combiné à un dispositif de stockage de chaleur disposé à l'arrière du corps d'échange perméable et servant en même temps de passage ascendant d'air chauffék. |
La présente invention se place dans le domaine de l'utilisation de l'énergie solaire, en particulier de l'absorption directe du rayonnement reçu sur une surface plane.
Elle se place aussi dans le domaine de la cons¬ truction immobilière et spécialement du chauffage et de la ventilation de locaux d'habitation ou industriels, car les capteurs en question sont particulièrement adaptés au chauffage de l'air de ventilation. Ils peuvent à ce titre faire partie d'un circuit de conditionnement de l'air.
Chauffer l'air des locaux au moyen du rayonnement solaire est un problème ancien, mais l' expérience a prouvé que, malgré de très nombreux efforts, il n'a pas été encore résolu d'une façon satisfaisante, eu égard aux coûts d'ins¬ tallation et d'entretien.
Il convient en particulier que le capteur solaire puisse être monté très facilement sur les parois d'un im¬ meuble, qu'il soit solide et peu coûteux, léger si possi- ble, qu'il ne puisse s'encrasser ou se boucher même avec de l'air poussiéreux, et néanmoins qu'il conserve un ren¬ dement maximal pour les diverses conditions d'éclairement (direct, réfléchi ou diffus), enfin qu'il délivre l'air réchauffé aux endroits les plus favorables pour la ventila- tion et avec le minimum de perte de pression.
Pour préciser l'état de la technique en ce sens, parmi les très nombreux systèmes de capteurs solaires, on peut se référer au brevet des E.U.A. n° 2 680 437 de E. ¥. MILLER. Le capteur décrit dans ce brevet comporte, comme il est courant, un boîtier plat rectangulaire dont toutes les parois sont thermiquement isolées, sauf la paroi tour¬ née vers la lumière qui est transparente. Ledit boîtier contient des plaques absorbantes parallèles, en persienne ou en chicane, proches les unes des autres et à mi-distance de ladite paroi transparente et du fond opposé. De la sorte, un débit d'air admis à une des extrémités du boîtier près de la paroi transparente peut passer entre ces plaques
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réchauffées par le soleil et sortir chaud à l'autre ex¬ trémité le long du fond opposé.
Ces plaques peuvent en outre être réfléchissan¬ tes au rayonnement infrarouge du côté de ce fond, ce qui diminue les déperditions thermiques de ce fond en direc¬ tion de la paroi transparente, selon un effet bien connu.
Enfin, ce capteur peut être intégré à un circuit de ventilation qui comporte de façon connue un dispositif de stockage de chaleur, par exemple dans un lit de gravier traversé par l'air chaud qui sort du capteur.
Le brevet français n° 76 21 264 - 2 358 624 dé¬ crit un capteur de constitution analogue, mais avec des plaques constituées par des lamelles absorbantes et réflé¬ chissantes orientables. Les mêmes modes généraux de fonctionnement et d'utilisation sont repris dans la présente invention avec des perfectionnements qui concourent à un meilleur rende¬ ment à un moindre prix et à une meilleure intégration à la ventilation d'un immeuble. Ainsi, l'invention résout-elle le problème d'uti¬ lisation de la chaleur solaire à un prix compétitif avec celui de l'énergie de combustion des hydrocarbures, actuel¬ lement jusqu'ici le plus économique des moyens de chauffage. Pour ce faire, l'invention, qui utilise aussi un passage ascendant en forme de boîtier plat avec une face transparente et un corps d'échange perméable placé entre le fond opaque et la paroi transparente, se carac¬ térise en ce que ce corps d'échange perméable est combiné à des moyens qui créent une légère perte de charge régu- lierement répartie sur sa surface, ce qui répartit égale¬ ment le débit d'air sur l'ensemble de cette surface.
Lesdits moyens peuvent être associés au corps d'échange ou faire partie intégrante de celui-ci.
En pratique, il semble que le meilleur moyen de répartition selon l'invention consiste en une cloison im¬ perméable avec quelques orifices répartis et qui est ap¬ pliquée sur toute la surface du corps d'échange. On dénom¬ mera cette cloison ci-après : cloison de répartition.
On pourrait toutefois ménager de tels orifices dans le corps d'échange lui-même.
Grâce à l'invention, on évite dans le boîtier et au sein du corps d'échange les courants de convection thermique de l'air échauffé. De tels courants de convec¬ tion, qui peuvent se produire dans les réalisations rappe¬ lées plus haut -viennent réchauffer la paroi transparente, ce qui diminue énormément le rendement du capteur en ques¬ tion, Selon l'invention, au contraire, on obtient dans le boîtier un courant d'air régulier allant de la paroi transparente vers le fond, perpendiculairement en moyenne au corps d'échange perméable qui travaille ainsi de façon optimale. La cloison de répartition est placée de préfé¬ rence le long du corps d'échange en vis-à-vis du fond du boîtier. En ce cas, elle est de préférence rendue réflé¬ chissante en vis-à-vis de celui-ci,par- exemple par alu i- nisation. Cependant, elle pourrait aussi être transparente et placée le long du corps d'échange du côté de la paroi transparente ou même au sein du corps d'échange.
Enfin, elle pourrait être partie intégrante de celui-ci qui serait par exemple constitué d'une tôle per- forée ou d'une tôle déployée à très faible perméabilité. Ce ne serait pas cependant une solution optimale, car la surface d'échange avec l'air d'une telle tôle, même gau¬ frée, serait seulement égale ou de peu supérieure à la surface d'absorption desrayonnements. Elle serait donc surchauffée, ce qui donnerait des pertes par convection et par réé ission thermique.
Aussi, et selon un second aspect de l'invention, il est préférable que le corps d'échange soit poreux. De cette façon les rayons solaires qui pénètrent au fond des pores ou alvéoles réchauffent dans toute son épaisseur ce corps qui offre de plus une surface d'échange avec l'air qui est maximale jusqu'à 3 ou 4 fois la surface d'absorp¬ tion directe.
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En outre, cet air étant aspiré régulièrement sur toute la surface du fait de la susdite cloison de sé¬ paration, n'a pas tendance à ressortir des alvéoles vers la face d'entrée, il a donc très peu de possibilité de créer des courants de convection entre la paroi transpa¬ rente et ladite face d'entrée du corps d'échange.
On peut donc constituer ce corps par un empilage de fils ou fibres, tel que de la paille métallique ou na¬ turelle, du feutre, ou un empilage de couches de tissus ou de fibres non tissées. Dans tous les cas, il est néces¬ saire que l'empilage soit assez épais pour arrêter tous les rayons solaires directs et, naturellement, que la pre¬ mière couche au moins soit de couleur foncée ou noire. On peut aussi utiliser comme corps d'échange perméable des plaques de matériau granulaire : sable, bil¬ les vitrifiées ou en matériau plastique, matériau qui peut être retenu entre des grillages ou tamis, ou bien agglo¬ méré, mais toujours poreux et de couleur foncée.
En particulier, dans ce cas, mais aussi dans d'autres, on a intérêt à ce que le corps d'échange soit constitué de plusieurs plaques placées sur chant et bout à bout, retenues par des intercalaires minces horizontaux. De tels intercalaires qui peuvent être reliés à la cloi¬ son de répartition contribuent à éviter des courants de convection au sein du corps d'échange.
Les corps d'échange les plus légers, et par là souvent préférables, sont des plaques en matériau plastique à alvéoles communiquant entre eux, par exemple du poly- uréthane réticulé expansé à cellules ouvertes, de diamètre supérieur à 0,3 mm et compris en général entre 1 et 5 mm et d'une épaisseur de 5 à 30 mm. Il doit être de couleur foncée, tout au moins sur sa face exposée au soleil.
Il a été trouvé par la Demanderesse que, dans les divers cas ci-dessus de constitution du corps d'échange avec des éléments en fils ou fibres, granules, alvéoles, la dimension caractéristique de ces éléments (largeur ou diamètre des fibres ou fils, diamètre des granules ou al¬ véoles) doit être relativement grande et, de préférence,
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comprise entre 1 et 10 mm.
En effet, des éléments plus petits auraient leurs interstices vite colmatés par les poussières de l'air, et des éléments plus grands nécessiteraient des corps d'é- change trop épais donc chers et lourds. Ils pourraient de plus être le siège de mouvement de convection interne. La Demanderesse a trouvé que le corps d'échange doit avoir une épaisseur au moins triple de ladite dimen¬ sion caractéristique pour ne pas être traversé par le rayonnement solaire.
Pour les mêmes raisons, la cloison de répartition doit comporter des perforations de dimensions analogues à cette dimension caractéristique. Par exemple, elle est percée de trous de diamètre 5 mm au pas de 100 mm. Pour éviter toute convection le long du corps d'échange, cette cloison plaquée le long du corps d'échange est de préférence collée sur celui-ci. Elle peut de ce fait le supporter ou le renforcer. Elle peut se réduire en une couche de colle ou de vernis perforée ou éliminée aux endroits de diamètre et de pas voulus. De préférence, elle est réfléchissante et placée derrière le corps d'é¬ change.
Elle peut aussi être une pellicule transparente sur la face avant de celui-ci, exposée au soleil. Dans ce cas, la pression de l'air sur elle suffit à l'appliquer étroitement sur le corps d'échange. Mais elle constitue alors un certain obstacle au rayonnement, surtout après un certain temps de service, par accumulation de poussière ou vieillissement. Aussi, cette solution n'est-elle pas recommandée en général.
L'invention comporte aussi certains détails de la constitution du boîtier pour l'adapter au mieux aux caractéristiques précédentes, en particulier des entrées d'air réparties, des possibilités d'empilement en hauteur de boîtiers modulaires, ainsi que des procédés pour l'in¬ tégration de ceux-ci sur une façade d'immeuble avec venti¬ lation naturelle ou artificielle, détails et procédés qui apparaîtront dans la description des modes de réalisation
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ci-après, donnés à titre d'exemples non limitatifs.
La figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un capteur perfectionné selon la présente in¬ vention. La figure 2 est une vue en coupe verticale rac¬ courcie d'un capteur réalisé sous la forme de modules em¬ pilables.
La figure 3 montre schématiquement un immeuble équipé de modules selon la figure 2. La figure 4 est une vue schématique en coupe verticale d'une autre variante de capteur.
La figure 1 montre un exemple d'application de l'invention au capteur décrit en référence de la figure 1 du brevet n° 21 264 précité où l'on retrouve un pas- sage ascendant 1 limité, du côté destiné à être exposé au soleil, par une paroi transparente 2. La cloison de répartition est constituée par des lamelles 3 parallèles entre elles et orientables dont l'une des faces 31 est noire ou de couleur sombre tandis que l'autre face 32 est claire ou métallisée. Selon l'invention, les lamelles 3 portent des prolongements 15 ui peuvent être de simples pliures de ces lamelles, à peu près à angle droit, leurs sections ayant ainsi une forme de L. En pratique, ces la¬ melles sont beaucoup plus rapprochées les unes des autres que sur la figure afin d'assurer un bon échange thermique. Par exemple, elles peuvent avoir une largeur de 50 mm et être distantes de 5 mm, dans la position d'échauffement qui est représentée en haut de la figure, où l'extrémité des prolongements 15 vient buter contre la face réfléchis- santé 32. Ces prolongements, dans cet exemple, ont donc une longueur de 5 mm, et l'angle α des lamelles 3 avec le plan du capteur est environ 12°. Les orifices 15, 16 ou échancrures 17 peuvent être d'environ 3 m et répartis à 120 mm les uns des autres. L'extrémité de chacun desdits prolongements vient buter contre la face réfléchissante 32, dans la position d'échauffement (haut de la figure).
Des trous tels que 16 pratiqués dans les lamelles
et leurs prolongements et/ou des échancrures d'extrémité telles que 17 créent une perte-de charge répartie sur la Burface des lamelles et permettent donc de répartir éga¬ lement le débit d'air star l'ensemble du corps d'échange- que forment celles-ci. On remarquera que la paroi transparente 2 peut être à simple paroi, et non pas double comme l'on pratique généralement dans les capteurs solaires à absorption pour diminuer les pertes thermiques de cette paroi chauffée par convection. Ici l'air échauffé sur le corps d'échange le traverse aussitôt, et ne vient pas réchauffer la paroi transparente. C'est un avantage important de l'invention. En outre, la paroi unique est moins coûteuse et absorbe moins le rayonnement thermique.
La figure 2 représente un mode préféré de réali- sation en modules empilables légers pouvant être disposés en façade sud de bâtiment. Chaque module ou groupe de modu¬ les peut être de même hauteur qu'un étage, de façon à être en harmonie d'aspect avec l'ensemble des fenêtres voisi¬ nes. Ici, chaque module possède une hauteur de 2,85 m, par exemple»
Il comporte un boîtier 20 délimitant un passage ascendant 21 d'épaisseur égale par exemple à 200 mm entre le corps d'échange perméable 23 et le fond 25 de préférence calorifuge. Devant le corps d'échange, qui est formé d'une plaque de polyurethane expansé perméable à l'air, ayant par exemple 12 mm d'épaisseur et disposée verticalement, la paroi transparente 22 est montée un peu obliquement, présentant ce qui est dénommé un fruit en terme d'archi¬ tecture, de sorte que son bord inférieur 26 déborde à l'ex- térieur relativement au bord supérieur 27 du module placé en dessous»
Ce rebord 28 constitue une entrée d'air abritée de la pluie pour l'air à réchauffer dans le boîtier 20.
Conformément à l'invention, une cloison de répar- tition 29 percée d'orifices tels que 30 uniformément ré¬ partis est collée contre la face arrière du corps d'échange
23 et ce jusqu'à toucher les parois latérales du boîtier,
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pour éviter tout passage d'air autrement qu'à travers la¬ dite cloison.
On remarquera que la plaque transparente 22, qui peut être en verre de basse qualité optique, ou même en verre • ondulé, est fixée par des parecloses démontables 33,. avec joints étanches 34, sur les bords supérieurs et latéraux du boîtier. En bas, elle peut être montée dans un profil fixe 331.
La figure 3 est un exemple d'utilisation de six hauteurs de tels boîtiers 20 en façade d'un bâtiment de sept niveaux, le rez-de-chaussée n'étant pas garni afin d'évi¬ ter des dommages au capteur et de dégager les vitrines commerciales.
Les passages ascendants 21 se prolongent les uns les autres avec étanchéité pour ormer une conduite dont l'extrémité inférieure est fermée en 211 et l'extrémité supérieure alimente en air. réchauffé un circuit de venti¬ lation mécanique contrôlée.
Ce circuit comporte, raccordé en 35 à la conduite 21 , un stockage/de la chaleur de cet air réchauffé pendant la ournée.
Celui-ci comporte ici deux lits de gravier su¬ perposés, traversés par l'air réchauffé par les capteurs. Ces lits sont reliés à l'arrière par un coude 37 de sorte que le conduit descendant 38 de distribution d'air chaud peut se trouver en façade, où il est souvent plus facile de le placer. Il pourrait aussi être placé latéralement le long des capteurs et même faire partie de ceux-ci comme les passages ascendants 21. Des bouches telles que 39 d'aération des locaux sont pratiquées en "ventouses" communiquant avec le con¬ duit 38. A partir d'elles, l'air circule par les joints des portes jusqu'aux locaux de service où il est repris par des orifices d'évacuation tels que 40, collecté dans une gaine 41 et rejeté à l'atmosphère en 42 grâce à un moyen d'aspiration tel qu'un ventilateur 43.
Le conduit de rejet 42, qui est adjacent au" stockage 36, peut comporter un échangeur, par exemple formé
d'ailettes 44 pour éviter de refroidir l'air arrivant par le conduit 35. Ces ailettes peuvent être escamotées pour être mises hors d'action lorsque le chauffage solaire est suffisant. En été, l'air échauffé est évacué par un orifice
45 ue l'on débouche, dans le conduit 35, tandis que l'air frais est aspiré directement par un autre orifice 46 que l'on débouche, dans le conduit descendant 38, ou bien en 47 à l'entrée du dispositif de stockage 3 pour profiter de l'inertie thermique de celui-ci.
La figure 4 montre un autre mode d'application de l'invention, Le capteur est fixé sur une structure ver¬ ticale creuse 50, 51 préfabriquée que l'on remplit ensuite de gravier 2 et qui sert simultanément de passage ascen- dant d'air réchauffé et de dispositif de stockage ther i- .que. A cet effet, la paroi 50 est percée d'orifices tels que 53 répartis et elle constitue par elle-même la cloison de répartition selon l'invention. Sur elle sont fixés des intercalaires horizontaux tels que 54 qui supportent un grillage 55 à fils fins pour retenir un remplissage de sable de couleur foncée qui constitue le corps d'échange perméable.
La plaque transparente 56 est, dans cet exemple, articulée à sa partie supérieure en 57 pour faciliter son entretien.
La paroi 51 ainsi que les parois latérales com¬ portent sur leurs tranches des moulures en creux 58 et en relief 59 pour guider l'empilement de tels capteurs. Le remplissage en gravier 52 se fait de préférence après cette mise en place.
La structure 50, 51 , 52 pourrait aussi consti¬ tuer la structure de l'immeuble, par exemple réalisée selon le brevet français n° 1 515 039 de la Demanderesse.
La perte de charge du circuit de chauffage et ventilation pouvant être assez faible, une simple aspira¬ tion statique telle qu'une cheminée peut remplacer le ven¬ tilateur 43 pour assurer la circulation de l'air.
Il va de soi que les modes de réalisation décrits n'ont été donnés qu'à titre d'exemples et qu'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans que l'on sorte pour cela du cadre de la présente invention.
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