CA1113814A - Capteur solaire a ruissellement et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

PRECIS DE LA DIVULGATION

Structure composite déroulable de capteur solaire à
ruissellement dite tapis solaire, adaptable à toute surface con-venablement orientée. Cette structure est constituée d'un matelas thermoplastique de structure non tissée coextrudé de part et d'autre avec deux feuilles de matériau thermoplastique, soudées sur les bords pour assurer l'étanchéité, l'une étant exposée au soleil et perméable au rayonnement solaire, l'autre servant de support étanche au ruissellement du liquide calo-porteur circulant dans le matelas non tissé. La circulation de ce fluide est assurée par des collecteurs d'alimentation dans la partie haute et de réception dans la partie basse.

Description

~ a pr~sente invention a pour obJet un capteur solair0 à ruisaellement, qui peut être stocké en rouleau, pre;t ~ etre po~, découp~ et as~embl~ aux dimensions de supportæ quelconques de préf~rence isolants. Elle concerne également le proced~ de fabrication de ce type de capteur et ~es aE~plications au chauffa- ~ ' ~e de~ piscines et ~ la fourniture d'eau chaude sanitaire.
~ a Sociét~ Demanderesse a déj~ déc:rit dan~ la demande française 76 35345 du 24 novembre 1976 un capteur ~ ruisselle-ment e~sentiellement constitué dtun ~upport plan, recouvert d'un tapis fibreu~ et éventuellement d'une couverture transparente p~ur r~aliser l'effet de ~erre. ~e support e~t de pr~f~rence i~olant, orient~ ver~ le sud et pr~ente une inclinai~on appro-priée. Ce capteur e~t caractéri~é, en outre, par un dispositif de distribution du liquide caloporteur, qui comporte ~ l'entr~e de la di~tribution une retenue de liquide dan~ laquelle trempe l'extrémité supérieure du tapi~ ~ibreux, a~urant ain~i une impr~nation automatique et un ~coulement homogène par gravit~
à travers le tapi~ fibreux.
Dans le cas où 1'on di~poge une couverture tran~parente, vitre ou film plastiquet un cadre pour maintenir cette couverture et de~ di~po~itif~ d'~tanch~it~ ~ont nece~aire~.
~ e mode de réali~ation nouveau et ~conomique de capteur solaire ~ ruis~ellement propo3~ par la présente demande, est caractéri~é en ce que la paroi tran~parente e~t remplacée par un film plastique tran~parent appliqué direc~ement a la ~urface du tapi~ fibreux et lié ~ ce dernier par tout moyen approprié~
pulv~ri~ation au pistolet, collage, soudure, ou e~t réalisé par glaçQge ou fusion partielle de la ~urface du tapiY.
~ e film plastique ain~i formé tend à prévenir 1'~vapo-30 ration de l' eau tout en maintenant un effet de ~erre quelque peur~duit par rapport aux paroi~ tran~parente~ montée~ en ch~ssi~.

-- 1 ~ ,., * publiée sous le n 2, 372, 397 ~
B
.

~ a fibre devient ainsi le support de la couverture transparente, ce qui permet de faire l'écono~ie de la couverture transparente en ~erre ou en plastique, des joints d'étanchéité
et du ch~ssis porteur de cette paroi, la fi~re peut elle~m8~e être disposée sur un support étanche soudé sur les bords au film transparent et constituer ainsi un Tapis solaire.
Cette technique nouvelle est particulièrement avanta-geuse dans le cas o~ il y a concommitance de paramètres très favorables tels ~ue: ~ort ensoleillement, température extérieure élevée, demande d'une eau à une température d'utilisation de 20 à 40C. C'est le cas des piscines de plein air, ou de l'eau sanitaire dans les camps de vacances d'été. Pour ces applica-tions, on peut utiliser comme support du tapis fibreux toute surface correctement inclinée et orientée, voisine du lieu d'uti-lisation telle que toiture d'un local technique ou construction avoisinante, talus, sol, aire bétonnée ou carrelée faiblement inclinée, toit de tribune, de stade, etc.
La réalisation du film transparent re~êtant directe-ment la surface du tapis fibreux peut être effectuée de diverses matières.
Il est donc revendiqué ici un tapis solaire pouvant être stocké en rouleaux et comportant essentiellement un matelas perméable à un fluide caloporteur et en matériau ~ibreux soudé
entre deux feuilles de matériau thermoplastique dont au moins une est perméable au rayonnement solaire, et des collecteurs d'entrée et de sortie communiquant a~ec ledit matelas en des endroits de celui-ci espacés les uns des autres.
Il est également revendiqué un procédé de fabrication d'un tapis solaire comportant un matelas perméable a un iluide 3~ caloporteur et en un matériau fibreux, matelas soudé entre deux films de matéxiau thermoplastique dont un est permeable au rayonnement solaire et l'autre sert de support etanche au B r P~

ruissellement du'liquide caloporteur, procédé essentiellement caractérisé en ce que l'on obtient lesdi.ts films chacun d'une extrudeuse~ en ce ~ue lesdits ~iLms ainsi extrudés alimentent respectivement un côté dlune filière de coextrusion, en ce que ledit matelas permeable alimente la partie centrale de ladite filière de coextrusion; en ce que l'on soude simultané-ment, dans'ladite filiere de coextrusion., lesd.its films et matelas pour former un ensemble, et en ce que deu~ extrém.ités opposées dudit ensemble sont ensuite solidarisées à des col~ec-teurs tubulaires dudit liquide caloporteur pour assurer la circulation de ce dernier au travers dudit matelas.
De toute façon, les caractéristiques et a~antages de l'invention apparaitront mieux apr~s la description qui suit, d'exemples de réalisation 'donnés à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels:
- la figure 1 représente, en coupe, un.premier mode de réalisation de capteur à ruissellement, - la figure 2 représente, en coupe, un second mode de realisation de capteur à ruissellemen.ti - la figure 3 représente un. montage sur un support du tapis solaire co.nforme à l'invention2 - la figure 4 représente une vari.ante de m~ntage du tapis solaire de l'invention;
- la figure 5 représente un schéma général du di~po-sitif de co-extrusion;
la figure 6 repr~sente un tube collecteur;
- la figure 7 représente une section droite d'un tube collecteur fixé ~ la structure complexe par collage et soudure;
- la flgure 8 repré~ente une sectlDn droi-te d'un tube collecteur profil~ obtenu par extrusion;
- la figure 9 représente le dispositif assurant les soudures latérales du tapis.
Selon un premier mode de réalieation,repr~senté ~ur la figure 1, le tapis Pibreux 1 di~po~é sur le support 3, est enduit sur sa surface ~upérieure, d'un ~ilm 2, en .une résine thermo-plastique d'inclusion, ayant un ~pectre d'absorption permettant la pénetration maximum de l'énergie solaire et étant opaque dan~ 1'infrarouge lointain.
- ~e film est réalisé in situ par enduction a l'aide de moyen~ connus tels que pistolet, rouleau ~ enduire, spatule, etcO .
Selon un second mode de réalisation représenté ~ur la figure 2, on applique un film transparent à la ~urface du tapis fibreux qu'on rend solidaire de celui-ci par collage, soudure ou tout moyen approprié et compatible aveo la na-ture de la fibre et du ~ilm. Ce film peut être en po~yéthylène 9 en méthacrylate, en polyfluorure de vinyle, etc. .
Pour un a~pect esth~-tique et pour éviter au maximum la formation de buee, pré~udiciable à la transparence du film, donc à la p~nétration du rayonnement dans la fibre 9 le contac-t fibre-film doit etre le plus intime poe~ible ~'~tanchéité peut être as~ur~e en repliant le film sur le pourtour du tapis entre le support 3 et la fibre comme on peut le voi~ en 4.
~ e collage, gr~ce à une re~ine de méthacrylate par exemple, polymérisée sur place, présente de nombreux avantages ~ ~ ~ 3~
Cette ré~ine est invisible, transparente, peu sen~ible au rayonnement ultra~iolet, peu su~ette au vieillissement et est un adhésif trè~ efficace. ~e film transparent thermopla~tique est, ou peut ~tre traité pour 8tre rendu peu ~ensible au vieillissement dû au rayonnement ultra-violet.
Selon un troi~ième mode préférentiel de réalisation, on peut d~rouler sur un support quelconque, un mat~riau compo-site, dit tapis solaire, constitué d'un matelas thermopla3tique de structure non ti~sée, fibreu~e, alvéolaire ou feutrée, per~
mettant le rui~sellement du liquide caloporteur, ledit matela~
adhérant de part ~et dlautre ~ deux feuilles de matériau -ther-mopla~tique dont l'une au moins expos~e au soleil est transpa-rente, l'autre étant le support étanche au ruissellement. Ces feuilles sont soudées sur les bords pour a~surer l'étanchéit~
de la structure composite. ~e capteur ~ rui~sellement ainsi réalisé peut être stocké en rouleau prêt à etre po~é, découpa-ble et assemblable aux dimen~ion~ de ~upports quelconques, de préférence i~olants, l'alimentation en fluide caloporteur étant assurée par des goulottes-~urverses d'alimentation et de~ gou-lottes de reprise dans les partie~ basse~.
Il e~t possible d'as~ocier à l'élément de capteur àruissellement un isolant tel que matelas de laine de verre ou autre matériau isolant enroulable sur la face opposée à la face d'exposit~on solaire sans modifier son caractère d~roula-ble et découpable à volont~ "
La figure 3 représente un premier di~positif de monta- '^`
ge de oe type de capteur solaire. On reoonna~t ~ur cette figure le matela3 fibreux, feutré ou alv~olaire 1, adhér~nt ~ deux feuilles de plastique 2, dont celle ~ituée ~ la partie supérieure e~t en un thermopla~tique ayant un spectre d'ab~orption permett~nt 1'entrée maximum de l'énergie ~olaire et opaque dans 1'infra-rouge lointain (3 microns). Le capteur déroulable comporte en outre un matelas isolant 5 et il es-t inséré entre une goulotte surverse d'alimentation 6 et une goulotte de réception 7.
~a figure 4 repr~3ente une autre ;Eorme d'exécution de capteur ~olaire, constitué par un tapis sol~ire comportant un tapi~ fibreux 1, un film transparent et un film suppor-t 2 identiques 9U non, in~éré~ dan~ deux collecteurs tubulaire~ 8, 9, en polyé--thylène par exemple. ~'étanchéit~ tapis-co:Llecteur peut etre réalis~e par ~oudure ou collage, Un isolant 5 est intexposé
entre le tapis solaire et le support qui peut 8tre un toit, un mur, un ~ol. ~e film support du tapis solaire peut etre en un thermoplastique alv~olé ou un polymère expansé.
~e procédé de fabrication de la structure composite dite "Tapis Solaire'l est en outre caractérisé en ce que le film perméable au rayonnement ~olaire et le support sont coextrudés et soudés avec insertion simultanée du matelas fibreux interne.
Comme on peut le voir sur la figure 5, la fili~re se compose d'une extrudeuqe pour le support, 11, d'une ~econde extrudeuse pour le film perméable au rayonnement ~olaire, 12 J
d'un dérouleur sur lequel le matela~ cellulaire non ti~sé, 13, se déroule et pa~se dans un coin isolant, 14, pour s'in~érer entre le~ deux films, ces dernier~ s'échappant réciproquement dee lèvre~ flexibles, 15, de la filière de coextrusion. Cette dernière est évidemment munie d'éléments chauffants, 16.
Par opposition aux filiere~ cla~iques de coextrusion des thermoplastiques, cette filière a la particularité de rece-voir le matelas al~éolaire non tis~é dans sa partie centrale en évitant que celui-ci soit porté ~ une temp~rature trop élev~e. r ~e film transparent et le ~upport 80nt formé~ ~ tem-~0 pérature ~lev~e pouvant aller de 180 C ~ 280 C ~ viennent en contact avec les deux faces du matelas alvéolaire sur lequel : , ,.. , :

il9 adhèrent.
~ 'adhé~ion ainsi réali~ée est ensuite renfor¢~e en ~oumettant cette ~tructure complexe ~ l'action dlune pres~ion entre un cylindre pres~eur, 17, et un rouleau refrDidi~eur, 18.
Ce~ cylindres sont munls d'une circulation d'eau et a~urent également un refroidi~sement rapide du complexe.
Deux vérin~, 24, aliment~spar de 1'air comprimé sous une pres~ion de 1 à 5 kg9 actionnent le rouleau pre~eur, 17, et lui permettent d'exercer une pre~sion sur le tapi~ ~olaire, ~;
11, 12, 13, quand celui-ci arrive en conta¢t avec le rouleau refroidis~eur, 18 Une meilleure qualité des ~oudures laterales du tapis peut être obtenue en donnant ~ ce niv~au un diamètre plu~ impor-tant au rouleau presseur comme on peut le voir figure 9.
~e matériau de film perméable au~ rayon~ ~olaires est choi~i dans le groùpe des thermoplastiques suivants: polyéthy-lènes haute et basse den~i-t~, polypropylène.pouv~nt ~ventuelle-ment contenir ju~qu'~ 15% en poids de polyéthylène, ohlorure de polyvinyle, fluorure de polyvinyle, polyamides, polycarbonates, ré~ines acrylique~ et polye~ters, ce~ film~ pouvant etre éventuel-lement associés ~ un second film transparent in~ensible aux rayon-nements ultr~violets, de~tinés ~ la protection du ler film contre le vieillissement ~'~pai~seur du film perm~able aux rayons solaires varie ~elon les mati~re~ plastiques de 50 ~ 200 micron~.
En vue d'empêcher ou de retarder la photod~gradation de~ r~sines, due au~ ràyon~ ultraviolets, on peut envore ajouter aux résines divers additifs, ou leur invorporer certain~ pigment~
tels que noir de carbone ou dioxyde de titane.
Pour chaque famille de matières plastique~, on recom-mande des additif~ spéci~ique~ dont la liste est donn~e ci-de~sus et dont on a indiqué un ordre de grandeur souhaitable de con-centration.
~ ent_________ Concentration Pol~éthylènes benzophénone OJ 5 %
Haute et basse densité benzotriazole t butylphényl ~alicylate benzophénone 0,15 ~ 1 %
organo métallique (nickel) PVC benzotria~ole 0,5 benzophénone cya~oQcrylate e-t/ou pigments: -sels de ~arium, Cadmium Zinc, Plomb polye3ters insaturés addition de m~thyl métacrylate et/ou ben20tria~01e 0,2 polycarbonates benzotria~ole benzophénone 0,5 %
~olyuréthanes isocyanates ~e plus ~ouvent, ces additi~ sont melangés aux granulés et incorpor~s au cours de l'extrusion, ~ e matelas alveolaire non ti88é, est le plus souvent, mais non exclusi~ement, constitu~ de fibre~ longue~ de polypro-pylane, ou de polyamide, ou de polyester, ou par un m~lange de ces fibres. Il se présente sou~ la ~orme d'un tissu très aéré
ayant quelques millimètres d'épais~eur pouvant assurer un débit de fluide caloporteur de 100 ~ 300 l/heure par m~tre de largeur, et doit po~séder une bonne tenue mécanique pour ne pa~ se rompre lors du passage dans la filière. ~es fibre~ de oe matela~ non ti~sé contiennent ~galement un colorant vert ou noir ajout~ dans la résine au niveau de la granulation, donc avant l'élaboration des fils.
~e film ~upport peut 8tre con~titué des m~me~ mat~- ;
riaux que le fil~ perméable au rayonnement E~olaire, mai~ de préf~rence on le choisit dans le groupe du polyéthylène ba~e densité ou des polyamide~. Son ~pai~seur est superieure ~ celle du film perm~able et de 1'ordre de quelque~ millimètres; 1 ~ 3mm.
lO` ~e support peut avantageusement ëtre allégé par in- `~
corporation ~ la ré~ine d'une ~ub~tance qui passe ~ l~état ga~eux à la ~ortie de la filiare, tel que 1'a~odicarbonamide qui se décompose en libérant de l'azote et de l'anhydride carbonique générateur~ de bulles, ce qui améliore les propriétés d'isolation thermique du support. On peut également a;outer un agent nuclé-ant ~ui assure la régularité des dimen~ions des bulle~.
~ es Collecteurs sont des cylindres en métal ou en plastique. On les choisit de préférence en plastique pour leur~
propriétes de ré~i~tance ~ la corro~ion, leur facilité de fixation et leur légèret~.
~ es cylindres collecteurs, 22, en plastique presentent une fente, 23, selon une génératrice conformément ~ la figure, 6.
Ils peuvent ~tre réalisés par soudures, 9, 10, ~ par-tir de tubes figure 7 ou 8tre réalisé~ directement par extrusion figure 8.
~ eur diamètre est de 1 ~ 3cm.
Ils ~ont en polyethylane haute ou basse densit~, poly-propylène, chlorure de polyvinyle ou polyamide.
~ a liai~on avec le tapi~ ~olaire e~t réali~ee de la façon suivante.
Gn d~colle ~ l'ex~rémit~ du tapis le film, 12, et le ~upport~ 11, du non tis~ ~ur une longueur d'environ 1 centimètre.
On le~ colle sur la face extérieure ~ chaque languette. Dans certains ca~, en particulier quand la nature des m~t~riaux e~t identique, cette liai~on peut ~tre r~alisée par ~oudure. On peut également renforcer la résistance et l'étanch~it~ de cette liai-son en soudant des baguettes de matiare pla~tique, 25, 26, de na ture identique ~ cette con~tituant le collecteur7 12, ~ur le~
faces extérieure~ de~ languette~. ~e film e-t le ~uppor-t ~e trou-vent alors plaoé~ au coeur de la soudure.
~a longueur du collecteur e~t de quelque~ centimètre~
superieure à la largeur du tapis ~olaire. On a~ure par æoudure l'étanchéité aux extr~mit~s du collecteur et on relie celui-ci au circuit de circulation de l'eau ou du fluide caloporteur.
~'exemple suivant est donné ~ titre non limitatif.
EXEMP~E
. _ , ~
Un tapis ~olaire est oon~titu~ d'un non tiss~ de fibres de polyamide, 6, de 5 mm d'épais~eur ~e film est en polyéthylène ba~e densit~ contenant un agent anti W . Son épai~seur est de 100 micron3.
~e support est en pol~éthylene bas~e densité contenant 1 % d~azodicarbonamide et un agent nucl~ant. ~'épai~seur du 8Up-port est de 1 millimètre.
~a température de la fili~re est de 280C. ~a vite~se de tirage est de 3 mètre~ par minute. Etant donn~ la conception de la filière, le temp~ de ~jour du non tiB9~ est suffi~amment court pour que ~a température ~ coeur re~te inférieure au point de fu~ion de la fibre. Par contre ~es faces externe~ ~ont chauf-fée~ par le con-tact a~ec le film et le support et y adh~rent.

Claims (11)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Structure composite déroulable de capteur solaire à ruissellement dite tapis solaire, adaptable à toute surface convenablement orientée caractérisée en ce qu'elle est consti-tuée d'un matelas thermoplastique de structure non tissée coextrudé de part et d'autre avec deux feuilles de matériau thermoplastique, soudées sur les bords pour assurer l'étanchéité, l'une étant destinée à être exposée au soleil et perméable au rayonnement solaire, l'autre servant de support étanche au ruissellement d'un liquide caloporteur devant circuler dans le matelas non tissé, et de collecteurs d'alimentation dans la partie haute, et, de réception dans la partie basse dudit tapis solaire pour assurer la circulation du liquide colaporteur.

2. Tapis solaire selon la revendication 1, caracté-risé en ce que le film perméable au rayonnement solaire est choisi dans le groupe des thermoplastiques comportant les poly-éthylènes haute et basse densités, le polypropylène comportant éventuellement jusqu'à 15% de polyéthylène, les polyamides, les polycarbonates, le chlorure de polyvinyle, le fluorure de poly-vinyle, les résines acryliques et les polyesters.

3. Tapis solaire selon la revendication 2, caracté-risé en ce que la résistance aux rayons ultraviolets des thermo-plastiques est améliorée par des additifs spécifiques et des pigments appropriés.

4. Tapis solaire selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le film-support est constitué d'un thermo-plastique éventuellement allégé choisi dans le groupe du poly-éthylène basse densité, et des polyamides,

5. Tapis solaire selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le matelas non tissé cellulaire est un matériau thermoplastique fibreux, coloré en teinte sombre choisie dans le groupe du polypropylène, des polyamides, des polyesters ou de leur mélange.

6. Tapis solaire selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le matelas cellulaire a une épaisseur de 1 à 10 mm et permet un débit de fluide caloporteur de 100 à 300 l/heure par mètre de largeur.

7. Tapis solaire selon les revendications 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que les collecteurs sont des cylindres en matière plastique présentant une fente selon la génératrice, dans laquelle vient s'insérer le matelas cellulaire, les films étant collés soudés ou sertis sur le collecteur.

8. Tapis solaire pouvant être stocké en rouleaux com-portant: un matelas perméable à un fluide caloporteur et en matériau fibreux soudé entre deux feuilles de matériau thermo-plastique dont au moins une est perméable au rayonnement solaire, et des collecteurs d'entrée et de sortie communiquant avec ledit matelas en des endroits de celui-ci espacés les uns des autres.

9. Procédé de fabrication d'un tapis solaire com-portant un matelas perméable à un fluide caloporteur et en un matériau fibreux, matelas soudé entre deux films de matériau thermoplastique dont un est perméable au rayonnement solaire et l'autre sert de support étanche au ruissellement du liquide caloporteur, procédé caractérisé en ce que l'on obtient lesdits films chacun d'une extrudeuse; en ce que lesdits films ainsi extrudés alimentent respectivement un côté d'une filière de coextrusion; en ce que ledit matelas perméable alimente la par-tie centrale de ladite filière de coextrusion; en ce que l'on soude simultanément, dans ladite filière de coextrusion, les-dits films et matelas pour former un ensemble, et en ce que deux extrémités opposées dudit ensemble sont ensuite solidarisées à des collecteurs tubulaires dudit liquide caloporteur pour assurer la circulation de ce dernier au travers dudit matelas.

10. Procédé selon la revendication 9 caractérisé
en ce que la température d'extrusion des films varie de 180°C
à 280°C, suivant la nature des thermoplastiques utilisés alors que le temps de séjour et de déroulement du matelas cellulaire dans la filière de coextrusion est suffisamment court pour que sa température demeure inférieure à son point de fusion.

11. Procédé selon les revendications 9 ou 10, carac-térisé en ce que l'adhérence entre les films et le matelas est assurée par le cheminement dans une partie commune courte à
l'extrémité de la filière de coextrusion et renforcée, à la sortie de la filière de coextrusion, par pression entre un rou-leau presseur et un tambour refroidisseur.