FR2497929A2 - Solar panel heater using air as working fluid - uses photovoltaic cell to provide speed control signal for fan circulating air through panel to provide constant temp. output - Google Patents
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Abstract
Description
L'Addition a pour objet un capteur solaire utilisant l'air comme fluide caloporteur, et ses composants. The object of the Addition is a solar collector using air as the heat transfer fluid, and its components.
L'objet de l'Addition se rattache au secteur technique du chauffage et de la production de chaleur par captation de l'énergie solaire. The object of the Addition relates to the technical sector of heating and the production of heat by capturing solar energy.
Suivant l'Addition, on a voulu améliorer d'une manière appréciable les moyens de l'invention et les résultats avantageux attendus par le capteur solaire. According to the Addition, we wanted to improve appreciably the means of the invention and the advantageous results expected by the solar collector.
On rappelle que le capteur est du type de ceux comportant un caisson dans lequel se trouve un élément ou matériau absorbeur, ledit caisson présentant au moins un côté ou face transparente afin que l'absorbeur reçoive le rayonnement ou les radiations#- laires, les autres faces du caisson étant isolées thermiquement. It will be recalled that the sensor is of the type comprising those of a box in which an absorbing element or material is located, said box having at least one side or transparent face so that the absorber receives radiation or # # -radial radiation, the others sides of the box being thermally insulated.
Au moins une ouverture d'entrée et au moins une ouverture de sortie sont formées dans le caisson de façon à permettre l'entrée de l'air et aussi l'évacuation de l'air chauffé jusqu'à l'utilisation, tandis qu'un système de turbine ou ventilateur assure une circulation et un débit convenable de l'air chauffé.At least one inlet opening and at least one outlet opening are formed in the box so as to allow the entry of air and also the evacuation of the heated air until use, while a turbine or fan system ensures proper circulation and flow of the heated air.
Selon le Brevet, le capteur est caractérisé par un montage de l'absorbeur dans le caisson en formant un premier espace de circulation dans lequel arrive l'air qui entre dans le caisson, et un deuxième espace de circulation qui communique avec la ou les ouvertures de sortie de l'air chauffé, les deux espaces étant séparés par le matériau absorbeur formé en panneau qui est inclus dans le circuit de circulation d'air en étant traversé dans son épaisseur par l'air en circulation. According to the patent, the sensor is characterized by mounting the absorber in the box by forming a first circulation space into which the air which enters the box arrives, and a second circulation space which communicates with the opening (s) outlet of the heated air, the two spaces being separated by the absorbent material formed in panel which is included in the air circulation circuit while being traversed in its thickness by the circulating air.
Selon l'Addition, à partir de cette conception, on a voulu réa liser, d'une manière particulièrement simple, un capteur entièrement autonome quant à son fonctionnement, notamment en ce qui concerne le démarrage et le fonctionnement du système de ventilation à une vitesse variable en assurant une réglation du débit de l'air chauffé pour obtenir une température de sortie constante. According to the Addition, from this design, we wanted to realize, in a particularly simple way, a fully autonomous sensor as to its operation, in particular with regard to starting and operating the ventilation system at a speed variable by ensuring a regulation of the heated air flow to obtain a constant outlet temperature.
Dans ce but, le système de ventilation est alimenté soit directement par un panneau de cellules photovoltalques, soit par une batterie d'accumulateur et une cellule photovolta#que pilotant un régulateur de tension, en étant, dans les deux cas, de préférence, mais non exclusivement, asservi par un dispositif combinant un thermostat de seuil et un multiplicateur de tension. La conception et l'agencement du capteur sont modifiés en conséquence. For this purpose, the ventilation system is supplied either directly by a panel of photovoltaic cells, or by an accumulator battery and a photovoltaic cell that controls a voltage regulator, being, in both cases, preferably, but not exclusively, controlled by a device combining a threshold thermostat and a voltage multiplier. The design and arrangement of the sensor is changed accordingly.
On a également voulu réaliser un absorbeur d'un prix de re vient très sensiblement réduit, plus facilement et rapidement fabriqué, et qui est remarquable par sa configuration technologique lui conférant à elle seule une grande rigidité supprimant l'emploi de cadres ou autres moyens faisant office de raidisseurs. We also wanted to make an absorber at a very low price, more easily and quickly manufactured, and which is remarkable for its technological configuration, which alone gives it great rigidity, eliminating the use of frames or other means. stiffeners office.
Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la suite de la description qui suit. These characteristics and others will emerge from the following description.
Pour fixer l'objet de l'invention, sans toutefois le limiter dans le dessin annexé
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale du capteur équipé selon une première forme de réalisation d'un panneau de cellules photovolta#ques pour l'alimentation du système de ventilation.To fix the subject of the invention, without however limiting it in the attached drawing
Figure 1 is a longitudinal sectional view of the sensor equipped according to a first embodiment of a panel of photovoltaic cells for supplying the ventilation system.
La figure 2 est une vue en plan, avec coupe partielle, de la figure 1. Figure 2 is a plan view, partly in section, of Figure 1.
La figure 3 est un exemple d'un schéma électrique de principe pour l'alimentation du moteur du ventilateur selon les figures 1 et 2. FIG. 3 is an example of a basic electrical diagram for supplying the fan motor according to FIGS. 1 and 2.
La figure 4 est une vue en coupe longitudinale du capteur équipé selon une autre forme de réalisation, d'une cellule photo voltarque pour l'alimentatlon, par l'intermédiaire d'une batterie d'accumulateur et d'un régulateur de tension, du système de ventilation. FIG. 4 is a view in longitudinal section of the sensor fitted according to another embodiment, of a photo voltaic cell for the supply, by means of an accumulator battery and a voltage regulator, ventilation system.
La figure 5 est une vue en plan, avec coupe partielle de la figure 1. FIG. 5 is a plan view, with partial section of FIG. 1.
La figure 6 est un exemple d'un schéma électrique de princi- pe pour l'alimentation du moteur du ventilateur selon les figures 4 et 5. FIG. 6 is an example of a principle electrical diagram for supplying the fan motor according to FIGS. 4 and 5.
La figure 7 montre par une vue en perspective à caractère purement schématique, et avec coupe partielle, l'absorbeur dans une première forme de réalisation. Figure 7 shows a perspective view of a purely schematic nature, and with partial section, the absorber in a first embodiment.
La figure 8 est, à une échelle plus importante, une vue en coupe transversale considérée selon la ligne 8-8 de la figure 7. FIG. 8 is, on a larger scale, a cross-sectional view taken along line 8-8 of FIG. 7.
La figure 9 est une vue en perspective à caractère schématique, d'une autre forme de réalisation de l'absorbeur. Figure 9 is a schematic perspective view of another embodiment of the absorber.
Afin de rendre plus concret l'objet de l'Addition, on le décrit maintenant d'une manière non limitative en se référant aux exemples de réalisation des figures du dessin. In order to make the object of the Addition more concrete, it is now described in a nonlimiting manner with reference to the exemplary embodiments of the figures in the drawing.
On rappelle, pour une meilleure compréhension de la suite de la description que le capteur comprend essentiellement un caisson (C) isolé thermquement et dans lequel est monté un panneau absor beur (A), ledit caisson présentant au moins une face transparente < B) pour que l'absorbeur (A) reçoivent les rayonnements ou radiations solaires. Au moins une ouverture d'entrée (D) et au moins une ouverture de sortie (E), sont formées dans le caisson (') pour permettre l'entrée et aussi l'évacuation de l'air jusqu'à l'utilisation. Un système de ventilation, tel un ventilateur (V), est monté dans le caisson, à proximité de l'ouverture d'entrée (D), pour assurer la circulation de l'air. It will be recalled, for a better understanding of the rest of the description, that the sensor essentially comprises a box (C) thermally insulated and in which a absorber panel (A) is mounted, said box having at least one transparent face <B) for that the absorber (A) receive solar radiation or radiation. At least one inlet opening (D) and at least one outlet opening (E) are formed in the box (') to allow entry and also evacuation of air until use. A ventilation system, such as a fan (V), is mounted in the box, near the inlet opening (D), to ensure the circulation of air.
Le panneau absorbeur (A) est monté d'une manière inclinée entre la face transparente (B) et le fond du caisson (C) comme indiqué dans le Brevet. The absorber panel (A) is mounted in an inclined manner between the transparent face (B) and the bottom of the box (C) as indicated in the patent.
Selon une première forme de réalisation de l'Addition le moteur à courant continu (M) du ventilateur, est alimenté directement par un panneau (25) de cellules photovoltarques (25a) de ,tout type connu et approprié. Ce panneau (25) est monté transversalement directement sous la face sransparente (B) du caisson, ce qui accroit le rendement des cellules (25a) par rétention 'es rayonnements de longueur d'ondes situées dans le domaine de l'infra rouge. Par exemple, le panneau (25) est fixé sur un support (26) forme à l'intérieur dudit caisson (C) (figure 1). According to a first embodiment of the Addition, the DC motor (M) of the fan is supplied directly by a panel (25) of photovoltaic cells (25a) of any known and appropriate type. This panel (25) is mounted transversely directly under the transparent surface (B) of the box, which increases the efficiency of the cells (25a) by retention of radiation of wavelength located in the infrared range. For example, the panel (25) is fixed on a support (26) formed inside said box (C) (Figure 1).
On rappelle, d'une manière connue, que lorsque les différentes cellules du panneau sont éclairées, une différence de potentiel apparat aux bornes de l'ensemble des cellules montées en série par exemple. Si ces bornes sont réunies à un circuit, les cellules débitent un courant ; elles constituent donc un générateur qui transforme l'énergie lumineuse (solaire) en énergie électrique par effet photovoltaique. Le moteur (M) du ventilateur peut donc être entraîné en rotation. It is recalled, in a known manner, that when the various cells of the panel are lit, a potential difference appears across the terminals of all the cells connected in series for example. If these terminals are connected to a circuit, the cells deliver a current; they therefore constitute a generator which transforms light (solar) energy into electrical energy by photovoltaic effect. The fan motor (M) can therefore be rotated.
D'une manière préférée, le panneau (25) est composé de cellules photovoltalques (25a), dont le nombre et les caractéristiques, sont tels qu'en condition d'éclairement normale, la tension continue mesurée aux bornes soit de l'ordre de 12 V pour correspondre à la tensioninominale du moteur (M) du ventilateur. In a preferred manner, the panel (25) is composed of photovoltaic cells (25a), the number and the characteristics of which are such that under normal lighting conditions, the DC voltage measured at the terminals is of the order of 12 V to correspond to the nominal voltage of the fan motor (M).
Il est bien évident que la valeur de 12 V n'est nullement limite, la seule condition étant que la tension maximum captée aux bornes du panneau de cellules photovoltaiques, soit sensiblement éyale à la tension nominale du moteur d'entraînement. It is obvious that the value of 12 V is in no way limited, the only condition being that the maximum voltage sensed at the terminals of the panel of photovoltaic cells is substantially equal to the nominal voltage of the drive motor.
L'on conçoit donc qu'en fonction du degré 'ensoleillement, la tension recueillie aux bornes du panneau (25), c'est-à-dire la tension d'alimentation du moteur (M), sera plus ou moins élevée et que, par voie de conséquence, ledit moteur tournera plus ou moins vite (reglage de la vitesse de rotation d'un moteur à courant continu, par variation de sa tension d'alimentation). It can therefore be seen that, depending on the degree of sunshine, the voltage collected across the terminals of the panel (25), that is to say the supply voltage of the motor (M), will be more or less high and that , consequently, said motor will rotate more or less quickly (adjustment of the speed of rotation of a DC motor, by variation of its supply voltage).
Dans la réalisation des figures 42 5 et 6 le moteur à courant continu (M) du ventilateur (V), est alimenté par une batterie d'accumulateurs (31) logée dans un réceptacle(32) formé dans l'épaisseur du caisson (C) du capteur. In the embodiment of FIGS. 42 5 and 6, the direct current motor (M) of the fan (V), is supplied by a storage battery (31) housed in a receptacle (32) formed in the thickness of the box (C ) of the sensor.
Le réceptacle (32) est obturé temporairement par un capot ou porte amovible (33) pour permettre d'accéder facilement aux accumulateurs (31) en vue par exemple de les déconnecter et de les retirer du caisson pour les mettre en charge. Un moyen d'indication visuel ou sonore, intégré ou non au capteur, peut permettre de contrôler l'état de charge de la batterie d'accumulateurs (31). The receptacle (32) is temporarily closed by a removable cover or door (33) to allow easy access to the accumulators (31) with a view for example to disconnecting them and removing them from the box to charge them. A visual or audible indication means, integrated or not to the sensor, can make it possible to control the state of charge of the storage battery (31).
En série avec la batterie d'alimentation (31) du moteur (M), est monté un régulateur de tension (34), de tout type connu et approprié, dont la variation de tension de sortie permet d'-sbu- rer le variation de vitesse du moteur (M!. Dans ce but, le régulateur de tension (34) est asservi à une cellule photovoltaïque (35) qui, en fonction du degré d'ensoleillement, fournit à ses bornes une tension plus ou moins élevée, en assurant le pilotage automatique du régulateur (34), dont les variations de tension de sortie permettent, comme indiqué, de faire varier la vitesse du moteur (M). In series with the supply battery (31) of the motor (M), is mounted a voltage regulator (34), of any known and suitable type, the variation of output voltage of which allows variation motor speed (M !. For this purpose, the voltage regulator (34) is controlled by a photovoltaic cell (35) which, depending on the degree of sunshine, provides a higher or lower voltage across its terminals, ensuring automatic control of the regulator (34), the variations in output voltage of which make it possible, as indicated, to vary the speed of the motor (M).
Comme dans la réalisation précédente, la cellule photovoltal- que (35) est montée sous la face transparente (B) du caisson (C) en étant par exemple firé sur un suppurt (36) formé à l'intérieur dudit caisson 'figures 4 et 5). As in the previous embodiment, the photovoltaic cell (35) is mounted under the transparent face (B) of the box (C) by being, for example, torn on a suppurt (36) formed inside said box 'Figures 4 and 5).
Le régulateur de tension (34) est logé par exemple dans le réceptacle (32) recevant la batterie d'accumulateurs (31). The voltage regulator (34) is housed for example in the receptacle (32) receiving the storage battery (31).
Cette variation automatique de la vitesse du ventilateur (V) assure la régulation du débit de l'air pour que la température de sortie du capteur soit constante. This automatic variation of the fan speed (V) regulates the air flow so that the output temperature of the sensor is constant.
En effet, lorsque le ventilateur tourne à son régime nominal (température captée élevée, degré d'ensoleillement important) 1' air chaud doit circuler plus rapidement duns le capteur, l'échange thermique, au travers de l absorbeur (A) qui est très chaud, s' effectue d'une manière rapide. A l'inverse, lorsque le degré d' ensoleillement est moindre, le ventilateur tcurne moins vite, le panneau absorbeur est moins chaud, l'échange thermique s'effectue moins rapidement au travers de l'échangeur pour capter le maximum de chaleur. In fact, when the fan turns at its nominal speed (high sensed temperature, high degree of sunshine), the hot air must circulate more quickly through the sensor, the heat exchange, through the absorber (A) which is very hot, is carried out quickly. Conversely, when the degree of sunshine is lower, the daytime fan slower, the absorber panel is less hot, the heat exchange takes place less quickly through the exchanger to capture the maximum heat.
En conclusion, avec des températures d'entrée différentes, c'est-à-dire un degré d'ensoleillement variable, le ventilateur par sa variation de vitesse, assure plus ou moins rapidement la circulation de l'air au travers du panneau absorbeur (A) (régulation du débit de l'air), de sorte que la température de sortie demeure constante. Il y a donc une autorégulation entre l'énergie solaire à évacuer du capteur et l'énergie solaire captée. In conclusion, with different inlet temperatures, that is to say a variable degree of sunshine, the fan by its speed variation, ensures more or less quickly the circulation of air through the absorber panel ( A) (air flow regulation), so that the outlet temperature remains constant. There is therefore a self-regulation between the solar energy to be evacuated from the collector and the solar energy collected.
D'une manière préférée, quoique non limitative, le fonctionnement du moteur (M) de ventilation, est asservi à un thermostat de seuil (27) couplé à un multiplicateur de tension (28), ce dispositif étant monté en série dans le circuit d'alimentation dudit moteur (figures 3 et 8). In a preferred manner, although not limiting, the operation of the ventilation motor (M) is controlled by a threshold thermostat (27) coupled to a voltage multiplier (28), this device being mounted in series in the circuit d 'supply of said motor (Figures 3 and 8).
Le multiplicateur de tension (28), de tout type connu et approprié parfaitement connu pour l'homme de l'Art permet de vaincre le couple de démarrage du moteur. En effet, lorsque la tension d' alimentation du moteur n'est pas suffisante (faible ensoleillement) le moteur ne tourne pas. Le multiplicateur (28) a pour effet d' élever suffisamment cette tension d'alimentation pour vaincre 1' inertie du moteur. The voltage multiplier (28), of any known and appropriate type perfectly known to those skilled in the art, makes it possible to overcome the starting torque of the engine. In fact, when the supply voltage of the motor is not sufficient (low sunshine) the motor does not run. The multiplier (28) has the effect of raising this supply voltage enough to overcome the inertia of the motor.
Le thermostat (27) placé dans le local à chauffer, ajuste le seuil de fonctionnement du moteur en fermant ou non son circuit d'alimentation en fonction de la température affichée sur le dit thermostat. The thermostat (27) placed in the room to be heated, adjusts the engine operating threshold by closing or not its supply circuit depending on the temperature displayed on said thermostat.
Suivant une autre caractéristique, le panneau absorbeur (A) est constitué par le montage en superposition de différentes couches (29 et 30) composées de fils d'aluminium tissés entre-eux d'une manière classique (figures 7 à 9). According to another characteristic, the absorber panel (A) is constituted by the mounting in superposition of different layers (29 and 30) composed of aluminum wires woven together in a conventional manner (Figures 7 to 9).
Le tissage des fils d'aluminium s'opère, en continu sur des machines de tous types appropriés. The weaving of aluminum wires takes place continuously on machines of all suitable types.
Lorsque l'opération de tissage est terminée, on obtient différentes couches tissées à plat. Certaines de ces couches sont soumises à une opération dite de gaufrage leur conférant un certain taux d'ondulation. When the weaving operation is finished, different layers are woven flat. Some of these layers are subjected to a so-called embossing operation giving them a certain waviness rate.
Cette opération de gaufrage est effectuée sur des machines classiques conformées pour ce type de travail. This embossing operation is carried out on conventional machines configured for this type of work.
Selon l'Addition, l'absorbeur (A) est composé par l'empilage régulièrement alterné, de couches tissées et planes (29) et de couches tissées et ondulées (30) (figures 4 et 5). Par exemple, à titre indicatif nullement limitatif, le panneau absorbeur est réalisé par le montage en superposition de sept couches (29 et 30) régulièrement alternées (figure 8). According to the Addition, the absorber (A) is made up of regularly alternating stacking, of woven and flat layers (29) and of woven and wavy layers (30) (Figures 4 and 5). For example, by way of non-limiting indication, the absorber panel is produced by the superposition of seven regularly alternating layers (29 and 30) (FIG. 8).
Les couches tissées et ondulées (30) des fils d'aluminium assurent la rigidité de l'absorbeur (A). Il n'est donc pas nécessaire de monter les différentes couches (29 et 30) dans un cadre de renforcement. Il suffit d'assembler ces différentes couches entre-elles au moyen de simples agrafes couramment employées. The woven and corrugated layers (30) of the aluminum wires ensure the rigidity of the absorber (A). It is therefore not necessary to mount the different layers (29 and 30) in a reinforcing frame. It is sufficient to assemble these different layers together by means of simple staples commonly used.
On note que pour assurer une rigidité tant longitudinale que transversale du panneau absorbeur (A) selon l'invention, on prévoit d'alterner le sens des ondulations des couches gaufrées (30) (figure 9). It will be noted that, in order to ensure both longitudinal and transverse rigidity of the absorber panel (A) according to the invention, provision is made to alternate the direction of the corrugations of the embossed layers (30) (FIG. 9).
Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on souligne, en plus des avantages conférés par les caractéristiques du Brevet - L'autonomie totale du capteur évitant l'emploi d'une source d' énergie supplémentaire pour l'alimentation du système de ventilation notamment. The advantages emerge clearly from the description, in particular it is emphasized, in addition to the advantages conferred by the characteristics of the Patent - The total autonomy of the sensor avoiding the use of an additional energy source for supplying the ventilation system especially.
- La régulation automatique du débit de l'air, en fonction de 1' ensoleillement pour une température de sortie constante. - Automatic regulation of the air flow, depending on the sunshine for a constant outlet temperature.
- L'économie résultante.- The resulting economy.
- Le faible coût de revient du panneau absorbeur conféré par
la réalisation des différentes couches par simple tissage des fils d'aluminium
l'absence de cadre support et de rigidité
la facilité d'assemblage des différentes couches par simple agrafage
la possibilité de couper les différentes couches aux dimensions et formes souhaitées par l'utilisateur.- The low cost of the absorber panel provided by
making the different layers by simply weaving aluminum wires
the absence of support frame and rigidity
the ease of assembling the different layers by simple stapling
the possibility of cutting the different layers to the dimensions and shapes desired by the user.
L'Addition ne se limite aucunement à celui de ses modes d' applicat5on non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant plus spécialement été indiquées ;elle en embrasse au contraire toutes les variantes. The Addition is in no way limited to that of its modes of application nor to those of the embodiments of its various parts that have been more specifically indicated; on the contrary, it embraces all variants.
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