FR2500918A1

FR2500918A1 - Collecteur d'energie solaire air-liquide

Info

Publication number: FR2500918A1
Application number: FR8203175A
Authority: FR
Inventors: Kenneth Lee Moan
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1981-02-27
Filing date: 1982-02-25
Publication date: 1982-09-03
Also published as: BR8201018A; GB2093980A; AU8018582A; JPS57155061A; BE892011A; NL8200542A; IT1147816B; DE3206624A1; IT8247874A0; LU83927A1; IL65020A0

Abstract

CE COLLECTEUR D'ENERGIE SOLAIRE COMPORTE UNE PLURALITE D'ELEMENTS COLLECTEURS 14 EVACUES ET UN ECHANGEUR DE CHALEUR 120 GAZ-LIQUIDE. LES ELEMENTS COLLECTEURS SONT DISPOSES EN RANGEES SUR LES FACES OPPOSEES D'UNE TUBULURE OU MANIFOLD 12 QUI COMPORTE DEUX PASSAGES PARALLELES 40, 42 POUR LE MILIEU DE RECUPERATION DE LA CHALEUR DU GAZ, UNE SOUFFLANTE ET L'ECHANGEUR DE CHALEUR 120. CHACUN DES ELEMENTS COLLECTEURS 14 COMPORTE UN TUBE EN VERRE A DOUBLE PAROI 80, 82 A EXTREMITE OUVERTE, L'ESPACE ANNULAIRE ENTRE LES PAROIS ETANT SOUMIS A UN VIDE POUSSE. UN TUBE DISTRIBUTEUR METALLIQUE 52 A PAROI MINCE EST LOGE A L'INTERIEUR DE CHACUN DES ELEMENTS COLLECTEURS. LES ELEMENTS COLLECTEURS SONT MONTES SUR LES FACES OPPOSEES DE LA TUBULURE 12. L'ESPACE ANNULAIRE DEFINI PAR LE TUBE DISTRIBUTEUR ET LA PAROI INTERIEURE DE L'ELEMENT COLLECTEUR COMMUNIQUE AVEC LE PASSAGE ADJACENT ET LE TUBE DISTRIBUTEUR COMMUNIQUE AVEC LE PASSAGE ELOIGNE.

Description

Collecteur d'énergie solaire alr-llqulde.

L'invention concerne généralement les collecteurs

ou capteurs solaires et plus particulièrement un ensemble uni-

taire d'énergie solaire comportant une pluralité d'éléments de collecteur évacués et un échangeur de chaleur gaz-llqulde. Les besolnstouJours croissants en énergie et l'augmentation du coût de l'extraction des hydrocarbures ont poussé la recherche d'autres sources d'énergie. La variante de source la plus promettante du point de vue de l'immédlat est

représentée peut-être par l'énergie solaire, et les dévelop-

pements et les perfectlonnements relatifs à la conception des collecteurs d'énergie solaire au cours de la dernière décennie ont été dramatiques. Néanmolns, chaque conception physique

comme par exemple, plaque plane ou tube, accuse certaines ano-

malles de performance qui font appel à des perfectionnements.

Dans les collecteurs à tube évacué qui utlllsent l'air comme milieu de récupération de la chaleur, un problème commtZa été la distribution uniforme de l'air en direction des éléments

du collecteur. Un déblt d'air lnsuffilsant dans certains élé-

mente de collecteur dû à une mauvaise distribution au sein

d'une tubulure centrale se traduit non seulement par le fonc-

tlonnement de certains éléments de collecteur à des temperatu-

res élevées susceptibles d'affecter leur vie utile, mais aussi

par une réduction du rendement de tout l'ensemble collecteur.

28 Dans l'art antérieur, on sait que la distribution

non uniforme du fluide est généralement susceptible d'améllora-

tlon par augmentation de la pression d'exploitation du système et, par suite, de la perte de charge au travers des éléments

constltutifs du système. Malheureusement, une telle augmenta-

tion de la pression d'exploitation du système ne peut être obtenue que moyennant une augmntatlon correspondante de la consommatlon de l'énergle, c'est-à-dire admission d'énergie

aux éléments de déplacement de l'air. Dans un système de récu-

pératlon de l'énergie solaire, cette augmentation de la con-

sommation d'énergie peut s'avérer supérieure à l'augmentation en énergie récupérée résultant de la meilleure distribution

de l'air. A la lumière d'un système thermodynamique, le rende-

ment global du collecteur solaire peut éventuellement dlmlnuer, au fait par suite de l'augmentation de la consommation d'énergie associée avec l'obtention du but, c'est-à-dire

meilleure distribution de l'air.

Cette situation suggère que des faibles pressions de système et des pertes de charge d'ordre minime auraient un certain mérite. Un système de ce type est décrit dans le

brevet des Etats-Unis n' 4 016 860.

Un autre domaine de difficulté dans l'utillsation

des collecteurs d'énergie solaire concerne le mode de trans-

fert de l'énergie. Dans de nombreux collecteurs solaires faisant usage de l'air comme milieu de récupération, l'air se

dirige de l'ensemble de collecteur d'énergie solaire à tra-

vers une canalisation Jusqu'à l'endroit, comme un local d'ha-

bltatlon, o l'énergie thermique est destinée à être utilisée.

Cette canalisation présente plusieurs problèmes. Tout d'abord, les tra#ets d'une certaine longueur sont la cause de pertes de charge d'ordre s/gnificatif qui aggravent les problèmes d'alimentation d'énergie au système et de rendement global dont il a été question plus haut. Deuxièmement, les problèmes

de perte d'énergie à l'atmôsphère relatifs à la falble densi-

té de l'air, au grand diamètre et à l'aire clrconférentlelle de ladite canalisation sont slgnificatifs. Il est évident que cette canalisation peut, et doit, être bien calorifugée mals

cela augmente le dlamètre extérieur de la canalisation. FIna-

lement, l'installation d'une canalisation de diamètre exté-

rieur si important dans des structures existantes peut aussi

présenter des problèmes qu'un dispositif de transfert d'éner-

gle plus compact pourrait réduire ou alléger. Un exemple de collecteur d'énergie solaire falsant usage d'un tel dlspositif compact de transfert d'énergie est décrit dans le brevet des Etats-Unis n 3 960 136. Dans la réalisation décrite, l'air circulé dans un collecteur monté en toiture chauffe un liquide tel que l'eau, et l'eau est utilisée comme milieu de transfert

de chaleur.

La présente invention concerne un collecteur

d'énergie solaire de conception unitaire comportant une plura-

llté d'éléments collecteurs évacués fixes sur et en communica-

tion avec une tubulure à passage double disposée centralement

qui abrite un échangeur de chaleur gaz-liqulde et un disposi-

tif servant à circuler le milieu de récupération de la cha-

leur du gaz. Les éléments du collecteur sont disposés en

rangées en quinconce sur les faces opposées de la tubulure.

Chacun des éléments collecteurs comporte un tube en verre à double paroi de forme allongée dont une extrémité est ouverte et définlssant entre les parois de verre un volume annulaire évacué. Un tube distributeur métallique à paroi mince ayant un dlamètre quelque peu plus réduit que le diamètre intérieur de la paroi de verre intérieure est disposé à l'lntérleur et

s'étend au-delà de l'extrémité ouverte de l'élément collecteur.

L'espace annulaire défini par le tube distributeur et la paroi Intérieure de l'élément collecteur communique avec le passage

: le plus rapproché de la tubulure et l'intérieur du tube dis-

trlbuteur communique avec le passage le plus éloigné de la tubulure. Le dlsposltif de circulation d'air fournlt de l'air à basse pression en direction de l'un des passages et cet air se dirige dans tous les espaces annulaires et à l'intérieur des tubes distributeurs avec lesquels ils communiquent. L'air se dirige ensuite loin de la tubulure et vers l'lntérleur soit des espaces annulaires soit des tubes dlstrlbuteurs, arrive à l'extrémité des éléments collecteurs et se dirige

vers l'Intérieur en direction de l'autre passage de la tubu-

lure; l'air se trouvant précédemment dans les espaces annu-

lalres circulant maintenant dans les tubes distributeurs et vice versa. Le débit d'air est ensuite combiné avec l'autre passage de la tubulure et passé à travers l'échangeur de chaleur dans lequel l'énergie de l'air est transférée vers le liquide, soit l'eau, circulant à travers l'échangeur de chaleur. L'air sortant de l'échangeur de chaleur est renvoyé vers le souffleur et de là aux éléments collecteurs alors que l'eau ou autre liquide qui a absorbé l'énergie thermique de l'air est 'éllmlné de l'échangeur de chaleur et véhStulé à

travers une canallsatlon appropriée Jusqu'à l'endroit d'utl-

1isation.

Par conséquent, l'un des objectifs de la présen-

te invention est de fournlr un collecteur d'énergie solaire du type unitaire et dont le produit de sortie est un liquide chauffé. Un autre but de la présente Invention est de

créer un collecteur d'énergie solaire du type unitaire four-

nissant un rendement élevé.

Un autre but encore de la présente Invention est de créer un collecteur solaire à tube évacué et du type unitaire susceptible d'8tre Installé facilement dans des

structures existantes et nouvelles.

Un autre but encore de la présente invention est de créer un collecteur solaire à tube évacué et du type

unitaire qui utilise un dispogi=f de distribution d'air fonc-

tionnant à basse pression susceptible de provoquer une excel-

lente distribution de l'air avec une absorption minimale d'énergie.

D'autres buts et avantages de la-présente inven-

tion apparaîtront dans la description ci-après qui se réfère

aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un collecteur d'énergie solaire du type unitaire conforme à-la présente invention; la figure 2 est une vue en perspective agrandie

d'une portion de l'échangeur de chaleur utilisé dans un collec-

teur d'énergie solaire conforme à la présente Invention; la figure 3 est une vue en élévation du bout

d'un collecteur d'énergie solaire conforme à la présente inven-

tion, monté sur une surface inclinée; la figure 4 est une vue schématiquedu débit de l'air à travers la tubulure et les éléments collecteurs d'un collecteur d'énergie solaire conforme à la présente invention; la figure 5 est une vue en coupe complète de la tubulure d'un collecteur d'énergie solaire du type unitaire conforme à la présente invention prise le long de la ligne -5 de la figure 3; La figure 6 est une vue en coupe, fragmentaire et agrandie d'une partie de la figure 5 montrant le montage des tubes distributeurs dans la tubulure; et la figure 7 est une vue en coupe fragmentaire

de la tubulure d'un collecteur d'énergie solaire du type unl-

taire conforme à la présente invention prise le long de la

ligne 7 -7 de la figure 5.

En se référant maintenant aux figures 1 et 3,

un collecteur d'énergie solaire du type unitaire est générale-

ment désigné par le numéro de référence 10. Le collecteur solaire 10 comporte un ensemble de tubulure ou manifold 12

disposé centralement et ayant une pluralité d'éléments collec-

teurs 14 disposés en quinconce sur les faces opposées de ladite tubulure. L'ensemble de tubulure 12 et les éléments collecteurs 14 sont tous supportés par un ensemble de bâti 16 de forme généralement rectangulaire. L'ensemble de bâti comporte une

paire de poutres en Z 18 de forme allongée qui fixent solide-

ment et soulèvent l'ensemble de tubulure 12 au-dessus de la surface, telle qu'un toit 20, sur lequel le collecteur 10 est fixé. L'ensemble de bâti 16 comporte également une paire de poutres 22 de support du collecteur, en forme de L, qui sont généralement fixées, perpendiculalrement entre les extrémités des poutres 18 en Z. Chacune des poutres 22 de support comporte une pluralité de fentes 24 en forme de U servant & recevoir les éléments collecteurs, ces fentes supportant les extrémités des éléments collecteurs 14 les plus éloignés de l'ensemble de tubulure 12. L'ensemble de bati 16 peut être réalisé en

métal galvanisé, en aluminium ou en tout autre matériau analo-

gue. Les poutres 18 en Z peuvent être fixées sur l'ensemble de tubulure a13 et sur les pouttss22 en forme de L par n'importe quel moyen approprié, par exemple vis à filets,

rivets, soudage par point ou autre.

Comme l'illustre la figure 3, le collecteur solaire 10 peut être Installé sur le toit 20 d'une maison d'habitation ou autre structure. De préférence, le collecteur solaire 10 est orienté en direction mérldlonale et à un angle d'lncllnalson qui capte au mieux l'énergie solaire disponible à la latitude de l'installation. Les éléments collecteurs 14

sont Indépendants, c'est-à-dire que le collecteur 10 ne com-

porte pas de miroir, de réflecteur ou de disposltif de réflé-

chlssement spéculaire pour concentrer les rayons du soleil, mais se base surtout sur la réflection diffuse de la surface du toit 20 ou d'autres surfaces horizontales ou inclinées agissant sur le ceté des éléments collecteurs 14 faisant face

au soleil pour refléter l'énergie.

En se référant maintenant à la figure 5, l'en- semble de tubulure 12 est généralement rectangulaire en coupe

et comporte une enveloppe métallique extérieure 30 et une en-

veloppe métallique intérieure 32 plus petite. Entre l'envelop-

pe métallique extérieure 30 et l'enveloppe métallique Intérieure

32 sont disposées des dalles Isolantes préformées 34 de dimen-

sions et d'orientation appropriées. Les dalles isolantes 34 sont de préférence réalisées en isocyanate de polyuréthane ou en matière analogue capable de réslster à des températures maximales d'au moins 163 C. L'épaisseur uniforme des dalles Isolantes 34 préformées ainsi que les bords perpendiculaires formés aveclpréclilon assurent l'ajustement serré des dalles 34 ainsi que le remplissage total du volume entre l'enveloppe métallique extérieure 30 et l'enveloppe métallique intérieure

32. Une chicane 36 en t81e est disposée centralement à l'Inté-

rieur de l'enveloppe métallique Intérleure 32; cette chicane divise le volume Intérieur de l'enveloppe métallique intérieure 32 tout le long de *a longueur en un passage d'admission ou

d'alimentation 40 et un passage d'échappement ou de retour 42.

En se référant maintenant aux figures 5 et 6, la chicane 36 disposée centralement définlt une pluralité d'orifices circulaires 44 dont chacun reçoit un élément de

Joint annulaire élastomère 46. Le Joint 46 comporte une sur-

face tronconique 48 qui facllite l'insertion du Joint 46 dans l'oriflce circulaire 44 et une rainure annulaire rentrante 50 disposée autour de sa périphérie qui fixe solidement le Joint 46 dans l'un des orifices cireulaires 44. Un tube distributeur métallique 52 à paroi mince est logé à l'intérieur de chacun

de ces Joints 46. Le tube distributeur 52 est retenu axlale-

ment à l'intérieur du Joint 46 par un voile 54 en saillie vers l'&xtérieur formé dans le tube distributeur 52 adjacent à une

extrémité qui coopère avec un creux 56 semi-circulaire de con-

figuration complémentaire pratiqué dans la surface intérieure

de l'élément de Joint 46. Chacun d'une pluralité de tubes dis-

trlbuteurs 52 est disposé concentrlquement dans l'un des élé-

ments collecteurs 14 et s'étend axialement au-delà de l'extré-

mlté ouverte de l'élément collecteur 14 associé d'une distance

suffilsante pour pouvoir être fixé dans la chicane 36 comme dé-

crlt. A l'extrémité opposée du tube distributeur 52, c'est-à-

dire l'extrémité dsposée dans l'élément collecteur 14, une

pluralité, de préférence trois creilles ou languettes 58 dtrl-

gées vers l'extérieur maintiennent le tube dltrlbuteur 52 en

disposition coaxiale à l'lntérleur de l'élément collecteur 14.

Eh alignement axial et concentrlquement autour de chacun des tubes distributeurs 52 se trouvent un premier

orifice circulaire 60 défini par l'enveloppe métallique exté-

rleure 30 et un deuxième orifice circulaire 62 défini par l'en-

veloppe métallique 32. Une portion des dalles isolantes 34 dis-

posées entre les orifices 60 et 62 est déposée d'une cavité circulaire 64 qui reçoit un Joint annulaire moulé 66. Le Joint moulé 66 est fabriqué de préférence à partir d'un élastomère

à base de d1liclum et peut être retenu dans l'ensemble de tubu-

lure 12 par application d'une couche mince d'un produit adhé-

sif à base de slllcium coïncident avec l'espace annulaire de contact entre le Joint moulé 66 et les dalles Isolantes 34. Le Joint moulé 66 comporte une lèvre extérieure 70 qui fonctionne en élément de calfeutrage et qui comporte par ailleurs une pluralité de voiles triéngulalres 72 clrconférentiels dirigées vers l'intérieur qui Jouent le r8le de Joint à chevron pour assurer l'étanchéité et le serrage des éléments collecteurs 14

dans l'ensemble de tubulure 12.

Comme indiqué plus haut, l'un de la pluralité des éléments collecteurs 14 est disposé coaxlalement autour de chacun des tubes distributeurs 52. Les éléments collecteurs 14 sont de préférence circulaires en section et sont fabrlqués en verre. Chacun des éléments collecteurs 14 comporte une paroi

extérieure 80 et une paroi intérieure 82 de plus petit diamètre.

Les parois 80 et 82 définlssent une zone allongée annulaire 84 entre ces dernières qui est soumise à un vide poussé d'environ 1,3310-4 mb. Le vide est obtenu en retirant l'air de la région 84 à l'extrémlté des éléments collecteurs 14 et un queusot 86 en cet endroit est scellé hermétiquement selon des méthodes

connues dans l'art. Le vide dans la région 84 élimine essentiel-

lement les pertes de conduction et de convection provenant des éléments conducteurs 14. Les parois intérieures 82 des éléments collecteurs 14 comportent de préférence une surface absorbante

d'énergie 88. La surface absorbante d'énergie comporte un revg-

tement sélectif de longueur d'onde possédant une absorptivité élevée et une émlsslvité réduite de l'ordre de 0,1 ou moins

dans la région infrarouge qui peut être fabriqué par la déposi-

tion sous vide d'une couche mince (l.OOOAngstroms) d-'aluminium

sur la surface extérieure des parois intérieures 82 des élé-

ments collecteurs 14. Une couche de chrome est ensuite vapori-

- sée électriquement et déposée sur le substrat d'aluminium sous forme de chrome noir. raison d'une épaisseur d'environ 1.500 Angstroms. Autrement, la surface 88 peut être noircie au moyen d'un revêtement de matière absorbande d'énergie infra-rouge telle que l'oxyde de magnésium, le fluorure de magnésium, etc. En se référant maintenant aux figures 1, 5 et 7, l'ensemble de tubulure 12 comporte par ailleurs un ensemble de soufflante 90 disposé centralement. L'ensemble de soufflante 9D comporte un moteur électrique 92 de type essentiellement

classique qui est fixé par des moyens démontables 94 sur l'en-

veloppe métallique extérieure 30 de l'ensemble de tubulure 12.

De préférence, le moteur électrique 92 est imperméabilisé de manière appropriée. Autrement, le moteur 92 peut être logé dans un carénage de protection (non représenté). Le moteur électrique 92 comporte un arbre récepteur 96 doté d'un organe d'accouplement 98 à fixation sélective qui entratne l'arbre

d'un souffleur faisant saillie à travers les dalles iso-

lantes 34 dans un passage à revêtement I02 et dans le passage d'admission ou d'alimentation. A l'extrémité de l'arbre 100 arrangé dans le passage d'alimentation 40 est fixée la roue 104 d'une soufflante en cage d'écureuil de type classique. Un

carénage 106 approprié fixé sur la chicane 36 définit un ori-

fice d'admission 108 qui est disposé concentriquement avec et

à proximité étroite de la roue 104 de soufflante.

En se référant maintenant brièvement à la figure 7, l'ensemble de tubulure 12 comporte également une barrière d'air 110 disposée dans le passage d'alimentation 40 entre la chicane 36 et l'enveloppe métallique Intérieure 32, et un panneau à contour arqué 112. La barrière d'air 110 et

le panneau à contour arqué 112 comportent tous deux une sur-

face courbe 114 disposée symétriquement qui assure une dis-

trlbution uniforme de l'air en provenance de la roue 104 de soufflante vers toutes les réglons du passage 40 d'admission ou d'alimentation. L'accès à la roue 104 de soufflante est assuré facllement en fabriquant le panneau à contour arqué 112 et un panneau extérieur correspondant 116, qui forme une portion de l'enveloppe métallique extérieure 30, sous forme de

sections amovibles pouvant être flxées par des moyens 118 amo-

vlbles au choix.

En se référant maintenant aux figures 2 à 5,

l'ensemble de tubulure 12 comporte aussi un ensemble d'échan-

geur de chaleurallongé qui est disposé dans le passage 42 d'échappement ou de retour d'air. L'ensemble d'échangeur de chaleur 120 comporte une paire de plaques 122 parallèles et

allongées servant au montage de l'ernsemble d'échangeur de cha-

leur 120 entre la chicane 36 disposée centralement et

la paroi latérale de l'enveloppe 32 pour bloquer envi-

ron deux tiers de la largeur du passage 42 d'échappement Cu de retour. Une paire de tubes 124 conducteurs de fluide, plats et parallèles, est fixée hermétiquement sur la paire de plaques allongées 122. La paire de tubes 124 définlt un passage 126 rectangulaire allongé dans lequel est disposée une ailette ou surface 128 en serpentin de transfert de chaleur. La surface 128 de transfert de chaleur est de préférence fabriquée en métal tel que le cuivre, possédant de bonnes caractéristiques de transfert de chaleur, et sa configuration générale peut se conformer à la pratique classique du transfert de chaleur dans le but d'optimallser l'échange de chaleur de l'air passant à travers le passage 126 au flulde passant à travers les tubes 124. A chaque extrémlté des tubes aplatis 124 se trouve une tubulure 130 qui assure la communication et la distribution du débit entre les tubes aplatis 124 et une ligne unique 132 de fluide. A l'une des extrémités de l'ensemble d'échangeur de chaleur 120, la ligne de fluide 132 décrit un coude d'inversion de direction (non représenté) et la ligne de fluide 132 est Juxtaposée sur l'ensemble d' échangeur de chaleur 120 dans le sens de sa longueur de sorte que les deux lignes d'admission et d'échappement de fluide 132 s'étendent à partir de la m8me extrémité de l'ensemble de tubulure 12 comme illustré à la

figure 1.

En se référant maintenant à la figure 4, on dé-

crlra la circulation de l'air à l'intérieur de l'ensemble de

tubulure 10, des éléments collecteurs 14 et des tubes dlstrl-

buteurs 52. Comme il a été indiqué plus haut, la roue 104 du souffleur est positionnée à l'intérieur du passage d'alimen-

tation 40, ce qui permet le passage de l'air dans ce dernier.

Une portion de l'air fournl par la roue 104 du souffleur pénè-

tre dans la pluralité des passages circulaires définis par les

tubes distributeurs 52 à paroi mince et se dirige vers la gau-

che, vers l'extérieur at loin de l'ensemble de tubulure 12. De la m8me manière, une portion sensiblement égale de l'air par la roue 104 du souffleur pénètre dans les espaces annulaires définis par les tubes distributeurs 52 à paroi mince et les surfaces intérieures des parois de verre Intérieures 82 des éléments collecteurs 14. Cet air se dirige vers la droite, vers l'extérieur et loin de l'ensemble de tubulure 12. Dans les deux cas, au fur et à mesure que le débit d'air atteint l'extrémité des tubes distributeurs 52 et les parois de verre intérieures 82, la direction du débit s'inverse. Dans le premier cas, l'air circulant dans le passage circulalre du tube distributeur 52 commence à circuler vers l'intérieur en direction du passage 42

de retour dans les espaces annulaires définis par les tubes dis-

tributeurs52 et les parois de verre intérieures 82 des éléments collecteurs 14. Contrairement, l'air qui auparavant circulait

vers l'extérieur dans les régions annulaires de dirige de nou-

veau vers le passage 42 dans le passage circulaire défini par les tubes distributeurs 52. L'air passe ensuite à travers le passage 126 de l'ensemble d'échangeur de chaleur 120 et dégage l'énergie thermique recullle dans les éléments collecteurs 14

en faveur de la surface 128 de l'échangeur de chaleur et éven-

tuellement vers le fluide circulant à travers les tubes aplatis 124 de l'ensemble 120 d'échangeur de chaleur. L'air est ensuite tiré à travers l'orifice circulaire 108, à travers la roue 104

de soufflante, et se remet en circulation.

Egalement en référence à la figure 4, on voit illustré l'espacement préféré, sans toutefois 8tre obligatoire, entre éléments de collecteur adJacents. Comme il:a été dit

plus haut, les éléments collecteurs 14 sont de préférence cir-

culalres en coupe transversale. Là o "T" indique le diamètre il

d'un élément collecteur 14, on a trouvé que la densité opti-

male, et par conséquent le meilleur rendement du point de vue

collection d'énergie, sont obtenus quand les éléments collec-

teurs 14 sont espacés d'une distance approximativement égale à "T". En d'autres termes, l'espacement sur centres entre éléments collecteurs équivaut de préférence à "2T". Il convient de noter, cependant que cet espacement préféré ne doit pas Otre considéré comme facteur limite de la présente Invention

ni comme condition absolue ne devant pas Otre modifiée.

Comme Indiqué plus haut, la vole d'approche commune pour perfectionner la distribution et le transfert de chaleur dans les systèmes classiques de traitement de l'air suivie dans l'art antérieur a comporté l'augmentation de la

pression d'exploitation du système. Malheureusement, les ten-

tatIves d'application de cette logique aux systèmes de récupé-

ration de la chaleur solaire pourraient exiger une telle aug-

mentation de l'apport d'énergie au système pour créer les pressions d'aploitation voulues que le rendement global du

système en sera diminué. Dans le collecteur 10 d'énergie so-

lalre de la présente Invention, l'endroit des pertes de charge,

par conséquent de turbulence et de meilleur transfert de cha-

leur, a été étudié avec soin en vue de se produire essentiel-

lement aux endroits de transfert de chaleur et par conséquent de permettre l'exploitation à une pression d'air et avec un

apport d'énergie exceptionnellement faibles. En ce qui concer-

ne les éléments collecteurs 14, il convient de noter que les aires en coupe transversale des passages circulaires définis par les tubes distributeurs 52 à paroi mince et les passages

annulaires définis par la paroi extérieure des tubes distrl-

buteurs 52 et les surfaces Intérieures des parois intérieures 82 des éléments collecteurs 14 sont Inégales, les aires en

coupe transversale des premiers étant sensiblement plus Im-

portantes. Une telle disparité entre aires en coupe transver-

sale se traduit par une vitesse de débit accrue dans les zones annulaires accompagnée de turbulence qui perturbe les couches limites adjacentes aux surfaces intérieure et extérieure des

espaces annulaires, améliorant par là le transfert de la cha-

leur vers l'air. A titre d'exemple, un tube distributeur 52 à paroi mince ayant un dlamètre. d'environ 3,2 cm

aura une aire en coupe transversale interne égale à approxima-

tivement 7,7 cm2. Quand -il est positionné concentriquement dans la paroi intérieure 82 d'un élément collecteur 14 ayant un diamètre interne d'environ 3,9 cm, l'espace annulaire résul- tant a une aire en coupe transversale d'environ 3,9 cm2, soit approximativement la moitié de l'aire en coupe transversale du passage intérieur du tube distributeur 52. De la sorte, non seulement l'air est-il plus turbulent à l'intérieur de l'espace annulaire et par conséquent moins susceptible de former des couches limites isolantes, mais la perte d'énergie et la perte

de charge associées avec la turbulence se produisent précisé-

ment à l'endroit de l'apport d'énergie et ainsi améliorent de

manière slgnificative la récupération de l'énergie et le ren-

dement global.

Par ailleurs en ce qui concerne le débit et la perte de charge, il convient de noter la construction de l'ensemble 120 d'éac4ageur de chaleur. Les plaques allongées

122 obturent environ les deux tiers de l'aire en coupe trans-

versale du passage 42 d'échappement-.ou de retour définissant le col du passage 126 et étranglant le débit d'air. Le débit

d'air à travers le passage 126 est ainsi sensiblement plus ra-

plde et turbulent que celui se produisant dans d'autres por-

tions de l'ensemble de tubulure 12. Ainsi, de nouveau, l'endroit d'une perte de charge co!ncide avec l'endroit du transfert d'énergie. Un collecteur d'énergie solaire air-llquide faisant usage d'un liquide commedernier milieu de transfert

de chaleur comporte également des avantages structuraux.

L'arrangement ouvert de collecteurs, c'est-à-dire l'absence de panneaux réflecteurs continus et/ou de eouvercles transparents de protection, ainsi que les surfaces extérieures cylindriques des éléments collecteurs 14 se traduisent par une résistance aérodynamique très faible et éliminent virtuellement toutes considérationsde charge au vent. Cette résistance réduite dlminue également le besoin de grandes, lourdes et coQteuses structures de support susceptibles d'augmenter de manière significative le coût global du système collecteur d'énergie solaire. Par ailleurs, l'utilisation d'un gaz tel que l'air comme milieu primaire de récupération de chaleur réduit le poids d'exploitation du collecteur, diminuant ainsi davantage la taille et le coût des éléments structuraux associés. Le fait que le milieu secondaire et final de récupération de la chaleur est un fluide tel que l'eau ayant une chaleur spécifique élevée

est également avantageux. Spécifiquement, le transfert de l'éner-

gle solaire récupérée du collecteur 10 Jusqu'à l'endroit d'utl-

llsatlon dans un bâtiment peut être accompli par l'utillsatlon

d'une canalisation classique en cuivre ou de tuyaux, plus récem-

ment mis au point, réalisés en matière plastique et bien isolés.

Typiquement, cette canalisation aura un diamètre extérieur de moins de 12, 5 mm et non supérieur à 25,4 mm de dlamètre après applicatlon d'un calorifugeage convenable. Ce dlamètre réduit

rend l'installation, surtout dans les bâtiments existants, or-

dinaire et généralement peu compliquée du fait que la tuyaute-

rie peut être acheminée à travers les poutres, les montants et

les parois sans complication extraordinaire.

Egalement en ce qui concerne le fluide de transfert de chaleur circulant dans les tubes 124 de l'ensemble 120 d'échangeur de chaleur, Il devrait Otre clair que l'eau constitue un bon choix d'emblée par suite de son coût réduit, de sa dlsponlblllté, de sa sécurité et de sa chaleur spécifique élevée. Un désavantage tout aussi évident de l'utlllsatlon de

l'eau est sa susceptibilité aux changements de phase, c'est-à-

dire gel et la conséquente dilatation volumétrique qui se pro-

dult quand elle passe de la phase liquide à la phase solide.

Il faut donc bien comprendre que d'autres liquides tels que les

glycols ou les mélanges de glycols doivent être pris en consl-

dératlon en vue de leur utilisation comme fluide de récupératlon

dans le collecteur 10.

Il apparattra également que la taille globale et par conséquent la capacité de récupération de l'énergie du collecteur d'énergie solaire 10 alr-llqulde du type unitaire sera typiquement déterminée par son application. Néanmoins on peut prévoir que le collecteur 10 comportera typiquement soixante douze éigments collecteurs 14 disposés en quinconce en deux rangées de trente_ six éléments chacune. Le nombre autant que

la longueur des éléments 14 peuvent varier sensiblement.

Finalement, la disposition en quinconce des

tubes distributeurs 52 et des éléments 14 mérite d'être remar-

* quée. Cette disposition simplifie beaucoup la construction de l'ensemble de tubulure 12,-particullèrement de la chicane 36. Dans de nombreux collecteurs de l'art antérieur, plusieurs chicanes et passages étaient nécessaires pour distribuer l'air en direction des différents éléiments de récupération de la

chaleur. Cette complexité, outre augmenter le coût du collec-

teur, se traduisait souvent par une mauvaise distribution de l'air. Dans le collecteur d'énergie solaire 10 de la présente invention, deux passages parallèles essentiellement identiques 40 et 42 assurent la distribution directe et uniforme de l'air

vers les éléments collecteurs 14 et les tubes distributeurs 52.

Le mode précédent est le meilleur mode ima-

giné par l'inventeur pour la mise en oeuvre de la présente in-

vention. Il est évident, cependant, que des dispositifs compor-

tant des modifications et des variantes apparaîtront à l'homme

versé dans l'art de la récupération de l'énergie solaire.

Etant donné que la description qui vient d'gtre faite est

destlnée à permettre à ceux versés dans l'art de mettre en

oeuvre la présente invention, elle devrait aussi 8tre inter-

prêtée de manière à comprendre lesdites variations évidentes et de ne se trouver limitée que par l'esprit et la portée des

revendications suivantes.

Claims

REVENDICATIONS

1. Collecteur d'énergie solaire air-llquide caracté-

risé par le fait qu'il comporte en combinaison une tubulure (12) comprenant deux passages (40, 42), une pluralité d'éléments collecteurs solaires (14) comprenant une paroi Intérieure (82), un élément creux allongé (52) disposé à l'intérieur de chacun desdlts éléments collecteurs, chacun deslits éléments creux (52) définlssant un passage intérieur communiquant avec l'un desdits passages (40, 42) de la tubulure (12) et chacun desdlts éléments collecteurs (14) respectifs définlssant un passage extérieur entre ladite paroi intérieure (82) dudlt élément collecteur et ledit élément allongé (52) communiquant avec &'autre desdlts passages (40, 42) de la tubulure, et un échangeur de chaleur

(120) alr-llqulde disposé dans l'un desdlts passages.

2. Collecteur d'énergie solaire de la revendicatlon 1, caractérisé par le fait qu'il comporte par ailleurs des moyens (90) pour faire circuler l'air à travers lesdits éléments collecteurs (14), lesdits éléments creux (52), lesdits passages

(40, 42) et ledit échangeur de chaleur (120).

3. Collecteur d'énergie solaire de la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte par ailleurs une structure de bâti (16) servant de support à ladite tubulure

et auxdlts éléments collecteurs.

4. Collecteur d'énergie solaire de la revendication 1, caractérlsé par le fait que lesdits éléments collecteurs (14) sont disposés en deux rangées sur les faces opposées de ladite

tubulure (12) en un arrangent co-planalre.

5. Collecteur d'énergie solaire de la revendication 1,caractérlsé par le fait que lesdits éléments collecteurs sont cylindriques et sont disposés en deux rangées sur les côtés

opposés de ladite tubulure parallèlement auxdlts éléments cylln-

drlques et que tous lesdits éléments de l'une desdltes rangées sont décalés latéralement par rapport auxdlts éléments de l'autre

desdltes rangées d'une distance environ égale audit diamètre.

6. Collecteur d'énergie solaire de la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit échangeur de chaleur

s'étend sensiblement le long de toute la longueur de l'un des-

dlts passages de la tubulure (12) et comporte des moyens allon-

gés s22s)(4sevant à obturer une portion de la largeur dudit 7. Collecteur d'énergie solaire air-liquide

caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison une tu-

bulure (12) comprenant deux passages adjacents (40, 42), une pluralité d'ensembles de tubes collecteurs évacués, chacun desdits ensembles comprenant un élément collecteur (14) allongé

comportant une paroi intérieure (82) et un élément creux allon-

gé (52) disposé à l'intérieur de cette dernière et définissant un passage intérieur en lui-même et un passage extérieur entre lui-même et ladite paroi intérieure dudit élément collecteur, ledit passage Intérieur de chacun desdits ensembles communiquant avec l'un desdits deux passages (40, 42) de la tubulure (12)

et les passages extérieurs de chacun desdlts ensembles communi-

quant avec l'autre des deux passages précités (40, 42) de la tubulure, un échangeur de chaleur (120) air-liquide disposé dans l'un des passages précités (40, 42) de la tubulure et des moyens (90) pour faire circuler l'air à travers lesdits passages,

lesdits ensembles collecteurs et ledit échangeur de chaleur.

8. Collecteur d'énergie solaire alr-llqulde de la revendication 7 caractérisé par le fait que lesdits éléments collecteurs (14) sont cylindriques et sont disposés en deux rangées -co-planaires sur les cetés opposés de ladite tubulure dans une disposition parallèle et en étant espacés entre eux d'une distance environ égale au diamètre desdits éléments (14) et que lesdits éléments (14) dans l'une desdites rangées sont décalés latéralement par rapport auxdlts éléments (14) dans l'autre desdites rangées d'une distance égale environ audit dlamètre. 9. Collecteur d'énergie solaire air-liquide de la revendication 7, caractérlsé par le fait que lesdits moyens (90) de circulation d'air comportent un moteur électrique (92),

une roue de soufflante (104) et que ladite-tubulure (12) com-

porte par ailleurs des moyens destinés à aider la distribution uniforme de l'air à l'intérieur d'un au moins desdits passages

de la tubulure.

10. Collecteur d'énergie solaire air-llqulde de la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit échangeur de chaleur (120) comporte une paire de tubes parallèles (124) de transport de liquide définissant un passage (126) pour l'air,

des moyens (128) disposés dans ledit passage d'air pour augmen-

ter le transfert de chaleur entre l'air circulant dans ledit passage d'air et le liquide circulant dans lesdits tubes et des moyens (122) pour obturer une portion de l'un desdlts

deux passages de la tubulure dans lequel l'échangeur de cha-

leur est disposé. 11. Collecteur d'énergie solaire alr-liquide de la revendication 7 caractérisé par le fait que ladite tubulure (12) comporte une gaine extérieure (30) et unegRine intérieure (32) définissant entre elles un volume, ledit volume étant occupé par uie matière isolante (34), une chicane (36) disposée

sensiblement centralement à l'Intérieur de ladite gaine lnté-

rleure et définissant lesdits deux passages (40, 42) de la

tubulure (12) et une pluralité d'orifices (44) destinés à re-

cevolr une extrémité dudit élément creux allongé (52).

15. 2. Collecteur d'énergie solaire air-llqulde caracté-

risé par le fait qu'il comporte en combinaison une tubulure (12) comprenant une gaine extérieure (30), une gaine Intérieure (32), une chicane (36) disposée sensiblement centralement dans ladite gaine intérieure et définlssant deux passages adjacents (40, 42), un échangeur de chaleur (120) alr-liquide dlsposé

dans l'un desdlts passages et des moyens (90) pour faire clr-

culer l'air, une pluralité d'ensembles de tubes collecteurs évacués, chaque ensemble comportant un élément collecteur (14)

allongé comportant une paroi intérieure (82) et une paroi exté-

rieure (80) et un élément creux allongé (52) disposé. l'lnté-

rleur de cette dernière et définlssant un passage Intérieur en lui-même et un passage extérieur entre lui-même et ladite paroi Intérieure (82) dudit élément collecteur (14), ledit

passage intérieur de chacun desdlts ensembles collecteurs com-

munlquant avec l'un des deux passages précités (40, 42) de la tubulure et le passage extérieur de chacun desdlts ensembles communiquant avec l'autre des deux passages précités (40, 42)

de la tubulure (12).

13. Collecteur d'énergie solaire alr-liqulde de la

revendication 12 caractérisé par le fait l'aire en coupe trans-

versale desdits passages intérieurs est environ le double de

l'aire en coupe transversale desdlts passages extérieurs.

solailre

14. Collecteur d'énergje/alr-llqulde de la revendi-

cation 12 caractérisé par le fait que lesdits éléments creux allongés (52) comportent des moyens (58) pour les maintenir en relation sensiblement coaxiale dans ladite paroi intérieure

desdits éléments collecteurs (14).

15. Collecteur d'énergie solaire air-liquide de la revendication 12 caractérisé par le fait que par ailleurs des

dalles isolantes (34) sont disposées entre ladite gaine exté-

rieure (30) et ladite gaine intérieure (32).

16. Collecteur d'énergie solaire air-liquide de]a revendication 7, caractérisé par le fait que ledit échangeur 1O de chaleur (120) comporte une paire de tubes parallèles (124) de transport de liquide définissant un passage d'air (126), des moyens (90) disposés dans ledit passage d'air et destinés à augmenter le transfert de chaleur entre l'air circulant dans ledit passage d'air et le liquide circulant danslesdlts tubes

et des moyens (122) servant à obturer une portion de l'un des-

dlts deux passages de la tubulure dans lequel est disposé

l'échangeur de chaleur.

17. Collecteur d'énergie solaire alr-llquide de la revendication 12, caractérlsé par le fait qu'il comporte une structure de bâti (16) servant à supporter ladite tubulure (12)

et lesdits ensembles collecteurs (14).

18. Collecteur d'énergie solaire alr-liquide 'de.la revendication 12, caractérisé par le fait que lesdits moyens (90) pour faire circuler l'air comprennent un moteur électrique (92) et une roue de soufflante (104) et que ladite tubulure

(12) comporte par ailleurs des moyens destinés à aider la dis-

tribution uniforme de l'air dans l'un au moins desdits deux

passages (40, 42).

19. Collecteur d'énergie solaire alr-llquide de la revendication 12 caractérisé par le fait quelesdits éléments collecteurs (14) sont cylindriques et sont disposés en deux rangées co-planaires sur les c8tés opposes de ladite tubulure

parallèlement et en étant espacés entre eux d'une distance envi-

ron égale au diamètre desdits éléments et lesdits éléments dans l'une desdites rangées sont décalés par rapport auxdits éléments

desdites autres rangées d'une distance environ égale audit dia-

mètre.