FR2787868A1 - Capteur solaire pour chauffe-eau - Google Patents
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Abstract
Capteur solaire pour chauffe-eau du type comportant un boîtier support 10 pour un dispositif échangeur de chaleur 1 à l'intérieur duquel peut circuler un liquide caloporteur, et une plaque de couverture translucide 14 montée sur le boîtier, caractérisé par le fait que le boîtier support 10 présente une paroi inférieure 11 et des parois latérales 12, 13 réalisées en une matière synthétique composite moulée et que le dispositif échangeur de chaleur est constitué d'au moins une plaque nervurée 1 réalisée en une matière synthétique composite moulée, les nervures 3, 4 définissant un passage en méandre 15, 16 pour le liquide caloporteur, la plaque nervurée 1 étant collée ou soudée de manière étanche à l'intérieur du boîtier support en laissant subsister un écartement par rapport à la plaque de couverture translucide 14.
Description
I Capteur solaire pour chauffe-eau La présente invention a pour objet un
capteur solaire pour chauffe-eau destiné à équiper un système de production d'eau chaude sanitaire ou de chauffage, le capteur étant capable de récupérer l'énergie solaire et de la transmettre à un fluide caloporteur qui peut-être l'eau destinée à être utilisée ou un autre fluide. On connaît déjà des capteurs solaires de ce type, généralement réalisés en un matériau métallique pouvant comporter par exemple un dispositif absorbeur constitué d'un tube en cuivre portant une pluralité d'ailettes d'aluminium pour augmenter la surface d'échange. Le tube qui joue le rôle d'un échangeur de chaleur est généralement monté dans un boîtier support laissant un espace jouant un rôle de lame d'air entre le tube échangeur de chaleur muni de ses ailettes et une plaque de couverture translucide laissant passer les rayons du soleil et augmentant la température de la lame d'air au contact du tube échangeur de chaleur par
effet de serre.
Le fluide caloporteur qui s'écoule dans le tube échangeur de chaleur peut être constitué d'un mélange d'eau et d'un produit antigel ce qui nécessite l'installation d'un deuxième échangeur de chaleur en contact cette fois avec l'eau chaude sanitaire dans le cas d'une telle utilisation dans un système de production d'eau chaude sanitaire. Dans le cas d'un système de chauffage, il est possible d'utiliser directement le fluide caloporteur traversant le capteur solaire pour la circulation dans les
radiateurs de chauffage.
Dans tous les cas, les capteurs de type connu présentent un certain nombre d'inconvénients en raison de leur structure principalement métallique. En effet, la fabrication de ces dispositifs est rendue complexe par les problèmes d'assemblage et de soudure. Le poids de l'ensemble est élevé ce qui entraîne des contraintes pour l'installation de ces capteurs par exemple sur les toitures des bâtiments. De plus, l'épaisseur hors tout de ce type de capteur est relativement importante (de 10 à 20 cm) en raison de la nécessité de laisser subsister un vide d'air de chaque côté du tube à ailettes
échangeur de chaleur.
La présente invention a pour objet de résoudre ces difficultés et propose un capteur solaire qui soit nettement plus léger, plus mince, plus facile à installer et en outre d'une longévité de très loin supérieure aux
capteurs solaires traditionnels.
A cet effet, le capteur solaire pour chauffe-eau selon l'invention, comporte un boîtier support pour un dispositif échangeur de chaleur à l'intérieur duquel peut circuler un liquide caloporteur, le boîtier étant délimité par une plaque de couverture translucide. Le boîtier support présente une paroi inférieure et des parois latérales réalisées en une matière synthétique composite moulée. Le dispositif échangeur de chaleur est quant à lui constitué d'au moins une plaque nervurée réalisée en une matière synthétique composite moulée, les nervures définissant un passage en méandre pour le liquide caloporteur. La plaque nervurée est collée ou soudée de manière étanche à l'intérieur du boîtier support, en laissant subsister un écartement par rapport à la plaque de couverture translucide, créant ainsi une lame d'air pour favoriser l'élévation de
température à l'intérieur du capteur solaire.
Grâce à la structure entièrement moulée en matière synthétique composite, le capteur solaire de l'invention est beaucoup plus léger qu'un capteur classique réalisé principalement en métal. Il est également plus mince et résiste beaucoup mieux aux intempéries qu'un capteur classique métallique Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la plaque nervurée est collée ou soudée de façon que les nervures en saillie soient en contact avec la paroi inférieure du boîtier support. Le passage en méandre du liquide caloporteur se trouve donc délimité d'un côté par la plaque nervurée en matière synthétique composite moulée et, de l'autre, par la
paroi inférieure du boîtier support.
Dans un tel mode de réalisation, le dispositif échangeur de chaleur est donc constitué par la combinaison de la plaque nervurée et du boîtier support lui-même o une seule lame d'air subsiste au-dessus de la
plaque nervurée entre cette dernière et la plaque de couverture du capteur.
On comprend que non seulement le poids mais également l'épaisseur hors tout du capteur solaire dans un tel mode de réalisation est particulièrement
réduite et on peut envisager des capteurs de 5 à 7 cm d'épaisseur.
Dans un autre mode de réalisation, pour des applications exigeant un rendement calorique encore supérieur, la plaque nervurée comprend une contreplaque moulée en matériau synthétique composite, associée à la plaque nervurée, fixée à cette dernière par collage ou soudage, l'ensemble définissant un passage en méandre pour le fluide caloporteur et étant fixé par collage ou soudage à l'intérieur du boîtier support avec un écartement par rapport à la paroi inférieure du boîtier support. Dans ce mode de réalisation, le capteur de l'invention comporte donc deux lames d'air, augmentant l'effet d'élévation de température dû
aux rayons solaires.
L'ensemble constitué par la plaque nervurée et sa contreplaque peut avantageusement être fixé sur deux rebords venus de moulage pratiqués sur les parois latérales du boîtier support. Dans tous les cas, le collage ou le soudage de la plaque nervurée éventuellement associée à sa contreplaque sur le boîtier support se fait d'autant plus facilement que ces deux constituants sont tous deux réalisés en matériau synthétique composite. De préférence la matière synthétique composite composant la plaque nervurée incorpore un matériau particulaire absorbant la chaleur
tel que du noir de carbone noyé dans une résine synthétique.
La matière synthétique composite constituant le boîtier support peut être identique à celle constituant la plaque nervurée. Elle peut également être légèrement différente mais réalisée à base de la même résine synthétique tout en présentant une densité plus élevée pour le
boîtier support que pour la plaque nervurée.
Dans un mode de réalisation avantageux, les faces latérales extérieures du boîtier support peuvent présenter respectivement des moyens en creux et en saillie venus de moulage permettant l'assemblage de plusieurs boîtiers supports côte à côte, de manière à réaliser ainsi un
panneau de capteurs solaires de plus grandes dimensions.
L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier décrit à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue de dessus d'une plaque nervurée pouvant être utilisée dans un capteur solaire selon l'invention, la figure 2 est une vue partielle en perspective et en coupe d'un premier mode de réalisation d'un capteur solaire selon l'invention utilisant une plaque nervurée telle qu'illustrée à la figure 1, et la figure 3 est une vue schématique en perspective et en coupe
d'une variante de capteur solaire selon l'invention.
La plaque nervurée référencée 1 dans son ensemble et illustrée sur la figure 1, comprend une plaque plane 2 de forme générale rectangulaire dans l'exemple illustré, munie d'une pluralité de nervures en
saillie référencées 3 et 4.
La plaque 2 comporte également sur ses deux côtés les plus petits deux rebords en saillies 5, 6 de même hauteur que celle des nervures en saillie 3, 4. Les nervures 3 sont disposées de façon alternée par rapport aux nervures 4. Toutes les nervures 3 sont solidaires du rebord 6 tandis que toutes les nervures 4 sont solidaires du rebord 5. Sur ses côtés les plus
longs, la plaque 2 ne comporte aucun rebord.
La plaque nervurée 1 est entièrement réalisée par moulage d'une matière synthétique composite absorbant la chaleur. L'ensemble des nervures 3, 4 en combinaison avec les rebords 5, 6, est capable de définir un passage en méandre selon les flèches 7 pour un liquide caloporteur, comme on le verra plus loin. Le cheminement du fluide caloporteur selon les flèches 7 se fait alors depuis l'un des côtés de la plaque 2 jusqu'à l'autre côté. A chaque extrémité de ce trajet en méandre est disposé un embout 8, 9. L'embout 8 constitue la buse d'entrée du liquide caloporteur tandis que l'embout 9 constitue la buse de sortie. Chacun des embouts 8, 9 peut être constitué par une partie 8a, 9a de forme tronconique suivie par une partie 8b, 9b de forme cylindrique qui peut être raccordée à un tuyau d'alimentation et d'extraction respectivement. Les embouts 8, 9 peuvent être réalisés en matière synthétique et fixés par collage ou soudage à la
plaque 1.
La plaque nervurée 1 illustrée sur la figure 1 est utilisée pour la réalisation d'un capteur solaire selon l'invention, comme illustré sur la
figure 2.
Le capteur solaire comprend, outre la plaque 1, un boîtier
support 10 également réalisé en matière synthétique composite moulée.
Le boîtier support présente une paroi inférieure 1 1 et des parois latérales 12, 13. D'autres parois latérales frontales sont également prévues aux deux extrémités du boîtier support 10 qui ne sont pas illustrées sur la figure 2. L'une de ces parois latérales frontales comporte des orifices permettant le passage des embouts 8, 9. Le capteur solaire est complété par
une plaque de couverture 14 translucide montée sur le boîtier 10.
La plaque nervurée 1 telle que représentée sur la figure 1 est montée dans le boîtier 10, illustré à la figure 2, de façon que les nervures en saillie 3, 4 soient dirigées vers la paroi de fond 1 1 et en contact avec cette dernière. La largeur totale de la plaque 2 est exactement égale à la largeur intérieure du boîtier 10 entre les faces latérales internes des deux parois latérales 12, 13. De cette manière, il est possible de rendre solidaire la plaque nervurée 1 et le boîtier 10 par collage ou soudage d'une manière parfaitement étanche. Ce collage ou soudage peut être effectué avantageusement sur chacune des nervures 3, 4 en contact avec la paroi inférieure 11 et sur les bords latéraux de la plaque 2 en contact avec les
faces internes des deux parois latérales 12, 13.
La plaque nervurée 1 définit ainsi en combinaison avec la paroi de fond du boîtier 10, une pluralité de canaux indépendants 15, 16 permettant un passage en méandre d'un liquide caloporteur à l'intérieur
desdits canaux.
La réalisation de la plaque nervurée 1 entièrement en matériau synthétique composite par moulage permet d'obtenir des qualités d'absorption de chaleur remarquables, une grande légèreté et une excellente longévité. La réalisation du boîtier support 10 également par moulage du même matériau composite ou d'un matériau à base de la même résine synthétique permet d'obtenir un excellent collage ou soudage des deux constituants et de ce fait une excellente étanchéité du passage en
méandre pour le liquide caloporteur.
L'augmentation de la température par effet de serre est obtenue par un écartement laissé entre la plaque 2 et la plaque de couverture
translucide 14.
La plaque de couverture 14 est avantageusement réalisée également en matière synthétique et présente dans l'exemple illustré une multitude de canaux longitudinaux 17 isolés les uns des autres et remplis d'air, ce qui a pour effet d'augmenter le rendement calorifique du capteur de l'invention. La plaque de couverture 14 est fixée sur des rebords 18 venus de moulage à la partie supérieure interne des parois latérales 12, 13 du boîtier support 10. Des baguettes de fixation 19 assurent le maintien de la plaque de couverture 14, par exemple par vissage au moyen de vis 20,
dans l'épaisseur des parois latérales 12, 13 du boîtier support 10.
La paroi latérale 12 comporte une nervure longitudinale 21 venue de moulage à l'extérieur. La paroi latérale 13 comporte, quant à elle, une gorge 22 également venue de moulage disposée à la même hauteur que la nervure 21 et présentant les mêmes dimensions en creux. De cette manière il est possible d'assembler deux panneaux solaires identiques, tel que celui illustré sur la figure 2 de façon à les disposer côte à côte de façon
à réaliser un panneau solaire de plus grandes dimensions.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3 o les pièces identiques portent les mêmes références, le dispositif échangeur de chaleur est constitué par une plaque nervurée 1 identique à celle visible sur la figure 1, comportant une plaque 2 munie d'un ensemble de nervures 3, 4, associée à une contreplaque 2a réalisée par moulage d'une matière synthétique composite identique à celle de la plaque nervurée 1, et qui est fixée par collage ou soudage sur toutes les nervures 3, 4, de façon à définir un panneau absorbant en matériau synthétique composite. Ce panneau absorbant définit, par la plaque 2 et la contreplaque 2a, en combinaison avec les nervures 3, 4, un passage en méandre dans des canaux 15, 16 pour
le liquide caloporteur.
Dans le mode de réalisation illustré, le panneau absorbant ainsi constitué est monté dans le boîtier support 10 et fixé par collage ou soudage surce dernier avec un écartement par rapport à la paroi inférieure du boîtier support. En effet des rebords latéraux internes 23 sont venus de moulage à l'angle entre la paroi inférieure 11 du boîtier support 10 et ses parois latérales 12, 13 ainsi qu'éventuellement ses parois latérales frontales non visibles sur la figure 3. Le panneau absorbant ainsi constitué de la plaque nervurée 1 associée à la contreplaque 2a est alors posé en vue de sa fixation par collage ou soudage sur les rebords 23, en laissant subsister une lame d'air inférieure délimitée par la paroi inférieure 1 1 et
une lame d'air supérieure délimitée par la plaque de couverture 14.
A titre d'exemple pour le matériau synthétique composite que l'on peut avantageusement utiliser pour la réalisation de la plaque nervurée 1 et de la contreplaque 2a s'il y a lieu ainsi que pour la réalisation du boîtier support 10, on peut citer les matériaux suivants: Polycarbonate injecté, Polycarbonate copolymère, Polyphénylène éther (PPE), Polyméthacrylate de méthyle (PMMA), Polysulfures de phénylène (PPS),
Polyétherimides (PEI).
En ce ce qui concerne la plaque de couverture translucide, on
pourra utiliser du verre ou du polycarbonate.
Le capteur selon l'invention présente les nombreux avantages mentionnés précédemment, en ce qui concerne son poids, son encombrement et sa longévité. Il présente en outre un rendement
calorifique qui n'est pas inférieur à celui des capteurs classiques.
Le capteur de l'invention peut être associé, comme les capteurs classiques, à une boucle de régulation et à un ballon ou une cuve de stockage pour emmagasiner l'eau chaude ainsi produite. Le ballon de stockage peut être muni d'un échangeur et d'une résistance électrique en
fonction des applications.
Claims (10)
1. Capteur solaire pour chauffe-eau du type comportant un boîtier support (10) pour un dispositif échangeur de chaleur (1) à l'intérieur duquel peut circuler un liquide caloporteur, et une plaque de couverture translucide (14) montée sur le boîtier, caractérisé par le fait que le boîtier support (10) présente une paroi inférieure (11) et des parois latérales (12, 13) réalisées en une matière synthétique composite moulée et que le dispositif échangeur de chaleur est constitué d'au moins une plaque nervurée (1) réalisée en une matière synthétique composite moulée, les nervures (3, 4) définissant un passage en méandre pour le liquide caloporteur, la plaque nervurée (1) étant collée ou soudée de manière étanche à l'intérieur du boîtier support en laissant subsister un
écartement par rapport à la plaque de couverture translucide (14).
2. Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la plaque nervurée (1) est collée ou soudée de façon que les nervures en saillie (3, 4) soient en contact avec la paroi inférieure (11) du boîtier support (10), les passages en méandre (15, 16) du liquide caloporteur étant délimités d'un côté par la plaque nervurée (1) et de
l'autre par la paroi inférieure (11) du boîtier support (10).
3. Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la plaque nervurée (1) comprend une contreplaque (2a) solidaire de la plaque (2) munie des nervures (3, 4), l'ensemble définissant un passage en méandre (15, 16) pour le liquide caloporteur et étant fixé par collage ou soudage à l'intérieur du boîtier support (10) avec un écartement
par rapport à la paroi inférieure (11) du boîtier support.
4. Capteur solaire selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'ensemble constitué par la plaque nervurée et sa contreplaque (2a) est fixé sur deux rebords internes (23) venus de moulage sur les parois
latérales (12, 13) du boîtier support (10).
5. Capteur solaire selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé par le fait que des embouts en matériau synthétique sont fixés par collage ou soudage à chacune des deux
extrémités du passage en méandre formé par les nervures (3, 4).
6. Capteur solaire selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé par le fait que la matière synthétique composite constituant la plaque nervurée moulée (1) incorpore un matériau particulaire absorbant la chaleur tel que du noir de carbone, noyé dans une
résine synthétique.
7. Capteur solaire selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la matière composite synthétique constituant le boîtier support (10) est la même que celle constituant la plaque nervurée (1)
éventuellement équipée de sa contreplaque (2, 1).
8. Capteur solaire selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la matière synthétique composite constituant le boîtier support comprend la même résine synthétique que celle constituant la plaque
nervurée (1) mais avec une densité plus élevée.
9. Capteur solaire selon l'une quelconque des revendications
précédente, caractérisé par le fait que les faces latérales extérieures du boîtier support (10) présentent respectivement des moyens en creux et et en saillie (21, 22) venus de moulage permettant l'assemblage de plusieurs
boîtiers supports (10) côte à côte.
10. Capteur solaire selon l'une quelconque des revendications
précédente, caractérisé par le fait que la plaque de couverture (14) présente une multitude de canaux longitudinaux remplis d'air et est fixée sur des rebords (18) venus de moulage des parois latérales (12, 13) du
boîtier support (10).
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|---|---|---|---|
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