FR2956728A1 - Heat solar collector for transmitting solar energy received by heat exchange coolant, has closing unit comprising actuating unit with shape memory alloy to open closing unit beyond preset temperature of collector - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un capteur solaire thermique, et un dispositif de chauffage comprenant au moins un tel capteur solaire thermique. Enfin, elle concerne aussi un procédé de ventilation d'un capteur solaire thermique. The invention relates to a solar thermal collector, and a heating device comprising at least one such solar thermal collector. Finally, it also relates to a method of ventilation of a solar thermal collector.
Un capteur solaire thermique permet de transmettre une partie de l'énergie solaire reçue à un fluide caloporteur par échange thermique. Le rendement thermique de transfert d'énergie solaire vers le fluide caloporteur dépend de nombreux facteurs. Notamment, lorsque la température d'un capteur soumis à un rayonnement constant augmente, son rendement thermique diminue puis s'annule à une température dite température de stagnation. Dans une situation extrême pour laquelle le rayonnement solaire reçu par un capteur solaire thermique est important alors que le besoin énergétique est faible, c'est-à-dire que le fluide caloporteur est pas ou peu sollicité, la température du capteur solaire thermique augmente fortement jusqu'à la température de stagnation pour laquelle aucune énergie n'est finalement transmise au fluide caloporteur. Une telle montée en température du capteur solaire thermique est non seulement inutile au niveau énergétique mais entraîne en plus son vieillissement accéléré et la dégradation de ses futures performances. A solar thermal collector makes it possible to transmit a portion of the solar energy received to a heat transfer fluid by heat exchange. The thermal efficiency of solar energy transfer to the coolant depends on many factors. In particular, when the temperature of a sensor subjected to constant radiation increases, its thermal efficiency decreases and then vanishes at a temperature called stagnation temperature. In an extreme situation for which the solar radiation received by a solar thermal collector is important while the energy requirement is low, that is to say that the heat transfer fluid is not or little solicited, the temperature of the solar thermal collector increases sharply. up to the stagnation temperature for which no energy is finally transmitted to the coolant. Such an increase in temperature of the solar thermal collector is not only useless at the energy level but also leads to its accelerated aging and the degradation of its future performance.
Pour éviter d'atteindre de telles situations de montée en température des capteurs solaires thermiques lorsque cela n'est pas souhaitable, dite situations de surchauffe, il est connu de prévoir un mécanisme de ventilation du capteur pour réduire sa température. To avoid reaching such situations of temperature rise of the solar thermal collectors when this is undesirable, called overheating situations, it is known to provide a ventilation mechanism of the sensor to reduce its temperature.
Une première solution de l'état de la technique est par exemple décrite dans le document US4150659. Elle repose sur un capteur solaire thermique dont la géométrie favorise une ventilation par convection naturelle. Pour cela, le capteur est équipé d'une trappe dont l'actionnement dépend de la température du capteur, sur la base d'un piston comprenant un liquide à bas point d'ébullition et d'un ressort de rappel. Le changement de phase de ce liquide, qui doit correspondre à une température du capteur à ne pas dépasser, induit l'actionnement de la trappe qui permet la mise en oeuvre d'une ventilation naturelle qui refroidit le capteur. Toutefois, cette solution présente une grande inertie entre la réaction de changement de phase et la montée en pression de l'actionneur de la trappe, qui entraîne une désynchronisation entre la variation de température du capteur et la mise en oeuvre de la ventilation. A first solution of the state of the art is for example described in the document US4150659. It is based on a solar thermal collector whose geometry favors natural convection ventilation. For this, the sensor is equipped with a hatch whose actuation depends on the temperature of the sensor, on the basis of a piston comprising a low-boiling point liquid and a return spring. The phase change of this liquid, which must correspond to a temperature of the sensor not to be exceeded, induces the actuation of the hatch which allows the implementation of a natural ventilation which cools the sensor. However, this solution has a high inertia between the phase change reaction and the increase in pressure of the actuator of the door, which causes a desynchronization between the temperature variation of the sensor and the implementation of ventilation.
Il faut alors tenter d'anticiper l'ouverture de la trappe pour éviter réellement la surchauffe du capteur, ce qui est complexe à mettre au point. Enfin, comme l'ouverture de la trappe est très progressive avec un tel actionnement, elle commence tôt et s'étend sur une plage de température importante de l'ordre de plusieurs dizaines de degrés pour atteindre une ouverture satisfaisante à la température de surchauffe du capteur. Suite aux remarques précédentes, cette solution ne permet pas d'obtenir une grande précision du rafraîchissement par ventilation du capteur solaire thermique. We must then try to anticipate the opening of the hatch to really prevent overheating of the sensor, which is complex to develop. Finally, as the opening of the hatch is very progressive with such actuation, it starts early and extends over a large temperature range of the order of several tens of degrees to reach a satisfactory opening at the temperature of overheating of the sensor. Following the above remarks, this solution does not allow to obtain a high accuracy of the cooling by ventilation of the solar thermal collector.
Une seconde solution de l'état de la technique, décrite dans le document WO8100613, met en oeuvre une ventilation d'un capteur solaire thermique sur la base de trappes de ventilation dont l'ouverture est pilotée par un actionneur à cire, qui se dilate et monte en pression avec la température jusqu'à induire un actionnement de la trappe. Toutefois, cette dilatation est de faible ampleur et proportionnelle à la variation de la température. L'ouverture de la trappe se fait donc sur une plage de température très étendue et la mécanique de l'ouverture reste très limitée. Ainsi, cette solution ne permet pas non plus d'obtenir une grande précision du rafraîchissement par ventilation d'un capteur solaire thermique.30 Ainsi, un objet général de l'invention est de proposer une solution améliorée de ventilation d'un capteur solaire thermique afin d'éviter sa surchauffe et augmenter sa performance dans le temps et sa durée de vie. Plus précisément, l'invention cherche à atteindre tout ou partie des objets suivants : A second solution of the state of the art, described in document WO8100613, implements a ventilation of a solar thermal collector on the basis of ventilation hatches whose opening is controlled by a wax actuator, which expands and increases in pressure with the temperature until inducing actuation of the hatch. However, this expansion is small in magnitude and proportional to the variation in temperature. The opening of the trap is therefore over a very wide temperature range and the mechanism of the opening remains very limited. Thus, this solution also does not make it possible to obtain a high accuracy of the cooling by ventilation of a solar thermal sensor. Thus, a general object of the invention is to propose an improved solution for ventilating a solar thermal collector. to avoid overheating and increase its performance over time and its life. More specifically, the invention seeks to achieve all or part of the following objects:
Un premier objet de l'invention est de proposer une solution de ventilation 10 d'un capteur solaire thermique qui permet une mise en oeuvre précise et synchronisée avec la température du capteur solaire thermique. A first object of the invention is to provide a ventilation solution 10 of a solar thermal collector which allows a precise and synchronized implementation with the temperature of the solar thermal collector.
Un second objet de l'invention est de proposer une solution peu coûteuse de ventilation d'un capteur solaire thermique. 15 A cet effet, l'invention repose sur un capteur solaire thermique comprenant une lame d'air comprenant au moins un orifice de ventilation, qui peut être fermé ou ouvert par un moyen d'obturation, caractérisé en ce que le moyen d'obturation comprend un moyen d'actionnement comprenant un 20 alliage à mémoire de forme (AMF) de sorte d'ouvrir le moyen d'obturation au-delà d'une température prédéfinie du capteur solaire thermique pour éviter sa surchauffe. A second object of the invention is to provide an inexpensive solution for ventilation of a solar thermal collector. To this end, the invention is based on a solar thermal collector comprising an air slit comprising at least one ventilation orifice, which can be closed or opened by a sealing means, characterized in that the shut-off means comprises an actuating means comprising a shape memory alloy (AMF) so as to open the shutter means beyond a predefined temperature of the solar thermal sensor to prevent it from overheating.
L'alliage à mémoire de forme peut être un alliage à base de nickel titane 25 ou à base de cuivre. The shape memory alloy may be an alloy based on nickel titanium or copper-based.
L'alliage à mémoire de forme peut présenter une température de changement de phase comprise dans une plage de 15 degrés Celsius, la borne supérieure de cette plage se trouvant entre 65 et 160 degrés 30 Celsius.5 L'alliage à mémoire de forme (AMF) peut faire partie d'un composant en forme de lame, de tige ou de ressort hélicoïdal coopérant avec un obturateur pour induire une position fermée de l'obturateur en phase froide de l'AMF et une position ouverte de l'obturateur en phase chaude de l'AMF. The shape memory alloy can have a phase change temperature in a range of 15 degrees Celsius, the upper bound of this range being between 65 and 160 degrees Celsius.5 The shape memory alloy (AMF) ) may be part of a blade, rod or coiled spring component cooperating with a shutter to induce a closed position of the cold-phase shutter of the AMF and an open position of the hot-phase shutter of the AMF.
Le moyen d'obturation peut être une trappe comprenant un obturateur mobile en rotation, de forme plane ou courbée, et peut comprendre une lame AMF liée d'une part au capteur solaire thermique et d'autre part à l'obturateur de sorte de pouvoir l'actionner. The closure means may be a trap comprising a movable shutter in rotation, of flat or curved shape, and may comprise an AMF blade connected on the one hand to the solar thermal collector and on the other hand to the shutter so that power actuate.
Le moyen d'obturation peut comprendre un obturateur mobile en translation, et un ressort AMF lié d'une part au capteur solaire thermique et d'autre part à l'obturateur de sorte de pouvoir l'actionner. The closure means may comprise a shutter movable in translation, and an AMF spring connected on the one hand to the solar thermal collector and on the other hand to the shutter so as to be able to actuate it.
La lame d'air peut être comprise entre un absorbeur et un élément isolant du capteur solaire thermique. The air gap can be between an absorber and an insulating element of the solar thermal collector.
L'alliage à mémoire de forme (AMF) peut être à simple sens et associé à un ressort de contrainte ou à double sens. The shape memory alloy (AMF) can be single direction and associated with a stress spring or two-way.
L'invention porte aussi sur un dispositif de chauffage caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur solaire thermique tel que défini 25 précédemment. The invention also relates to a heating device characterized in that it comprises at least one solar thermal collector as defined above.
L'invention porte aussi sur un procédé de ventilation d'un capteur solaire thermique, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à ouvrir un obturateur fermant un orifice de ventilation du capteur solaire 30 thermique de manière automatique par un actionnement obtenu par le changement de propriété d'un alliage à mémoire de forme à une température prédéfinie. The invention also relates to a method of ventilating a solar thermal collector, characterized in that it comprises a step of opening a shutter closing a ventilation orifice of the thermal solar collector 30 automatically by an actuation obtained by the change of property of a shape memory alloy to a predefined temperature.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : These objects, features and advantages of the present invention will be set forth in detail in the following description of a particular embodiment made in a non-limiting manner in relation to the appended figures among which:
La figure 1 illustre schématiquement une vue en coupe d'un capteur solaire thermique selon un mode d'exécution de l'invention. Figure 1 schematically illustrates a sectional view of a solar thermal collector according to an embodiment of the invention.
Les figures 2 et 3 représentent une vue en coupe d'une trappe de ventilation d'un capteur solaire thermique selon le mode d'exécution de l'invention respectivement dans une configuration fermée et ouverte. La figure 4 représente le schéma cinématique du fonctionnement de la trappe de ventilation du capteur solaire thermique selon le mode d'exécution de l'invention. Figures 2 and 3 show a sectional view of a ventilation flap of a solar thermal collector according to the embodiment of the invention respectively in a closed and open configuration. FIG. 4 represents the kinematic diagram of the operation of the ventilation flap of the solar thermal collector according to the embodiment of the invention.
20 La figure 5 représente les plages de température de changement de phase de certains matériaux à base d'alliages à mémoire de forme utilisés par le mode d'exécution de la présente invention. Figure 5 shows the phase change temperature ranges of some shape memory alloy materials used by the embodiment of the present invention.
La figure 6 représente schématiquement une vue en coupe de la trappe 25 de ventilation d'un capteur solaire thermique selon le mode d'exécution de l'invention dans une configuration ouverte. Figure 6 schematically shows a sectional view of the ventilation flap 25 of a solar thermal collector according to the embodiment of the invention in an open configuration.
La figure 7 représente schématiquement une vue en coupe de la trappe de ventilation d'un capteur solaire thermique avec un obturateur selon une15 variante du mode d'exécution de l'invention dans une configuration ouverte. Figure 7 schematically shows a sectional view of the ventilation flap of a solar thermal collector with a shutter according to a variant of the embodiment of the invention in an open configuration.
Les figures 8 et 9 représentent une vue en coupe d'une trappe de ventilation d'un capteur solaire thermique selon une variante du mode d'exécution de l'invention respectivement dans une configuration fermée et ouverte. Figures 8 and 9 show a sectional view of a ventilation flap of a solar thermal collector according to a variant of the embodiment of the invention respectively in a closed and open configuration.
La figure 1 représente un capteur solaire thermique selon un mode d'exécution de l'invention. Ce capteur comprend une surface vitrée 1, une lame d'air supérieure 2, un absorbeur 3, une lame d'air inférieure 4 d'au moins 10 mm d'épaisseur et un isolant 5. Selon un élément essentiel de l'invention, le capteur comprend de plus un moyen de ventilation qui repose sur des orifices de ventilation 6 qui peuvent être ouverts ou fermés par un moyen d'obturation utilisant les propriétés d'au moins un alliage à mémoire de forme (AMF). Pour cela, des orifices de ventilation 6 sont prévus sur les faces latérales du capteur, au niveau de la lame d'air inférieure 4. Ces orifices de ventilation 6 sont ouverts ou fermés par au moins un moyen d'obturation comprenant un moyen d'actionnement, qui est une trappe 10 dans le mode d'exécution représenté. FIG. 1 represents a solar thermal collector according to an embodiment of the invention. This sensor comprises a glazed surface 1, an upper air gap 2, an absorber 3, a lower air gap 4 at least 10 mm thick and an insulator 5. According to an essential element of the invention, the sensor further comprises a ventilation means which rests on ventilation holes 6 which can be opened or closed by a closure means using the properties of at least one shape memory alloy (AMF). For this, ventilation openings 6 are provided on the lateral faces of the sensor, at the level of the lower air gap 4. These ventilation holes 6 are open or closed by at least one closure means comprising a means of ventilation. actuation, which is a hatch 10 in the embodiment shown.
Les figures 2 et 3 représentent la trappe 10 pouvant fermer ou ouvrir un orifice de ventilation 6 selon le mode d'exécution de l'invention. La trappe 10 comprend un obturateur 11 monté mobile en rotation autour d'un axe 12 positionné dans sa partie supérieure au sein de l'absorbeur 3 du capteur. Une lame comprenant au moins un alliage à mémoire de forme (AMF), dite plus simplement lame AMF 13, est liée à l'obturateur 11 d'une part et à l'absorbeur 3 d'autre part, et positionnée vers l'intérieur du capteur, au niveau d'un orifice de ventilation 6 du capteur. Une lame ressort 14 est liée à l'obturateur 11 sur sa face extérieure, et prend aussi appui sur une prolongation externe de l'absorbeur 3. Ces deux lames 13, 14 sont liées à l'obturateur 11 et à l'absorbeur 3 par une liaison d'appui plan 15 et une liaison encastrée 16, comme représenté sur les figures 2 et 3. Figures 2 and 3 show the hatch 10 can close or open a ventilation port 6 according to the embodiment of the invention. The hatch 10 comprises a shutter 11 rotatably mounted about an axis 12 positioned in its upper part within the absorber 3 of the sensor. A blade comprising at least one shape memory alloy (AMF), more simply called AMF blade 13, is connected to the shutter 11 on the one hand and to the absorber 3 on the other hand, and positioned inwardly of the sensor, at a ventilation port 6 of the sensor. A leaf spring 14 is connected to the shutter 11 on its outer face, and also bears on an external extension of the absorber 3. These two blades 13, 14 are connected to the shutter 11 and the absorber 3 by a flat bearing connection 15 and a recessed connection 16, as shown in FIGS. 2 and 3.
Le fonctionnement de la trappe 10 de l'invention va maintenant être explicité. La figure 2 représente la trappe 10 dans une position fermée, lorsque la température du capteur est dite « basse ». Dans cette position fermée, l'obturateur 11 occupe une position sensiblement verticale, s'étend sur toute la hauteur de l'orifice de ventilation 6 et vient en appui contre une butée 17 aménagée sur la face latérale de l'isolant 5. Dans cette configuration, l'air présent dans la lame d'air inférieure 4 reste enfermé et sans contact avec l'extérieur, éventuellement en mouvement de convection fermé, tel qu'illustré par la flèche F. En remarque, le matériau AMF se trouve avantageusement positionné vers l'intérieur du capteur, de sorte que sa température en position fermée de l'obturateur 11 se trouve très proche de la température du capteur, plus précisément de l'absorbeur 3, ce qui permet de synchroniser au mieux sa réaction en fonction de la température du capteur solaire thermique. The operation of the hatch 10 of the invention will now be explained. Figure 2 shows the hatch 10 in a closed position, when the sensor temperature is said to be "low". In this closed position, the shutter 11 occupies a substantially vertical position, extends over the entire height of the ventilation opening 6 and bears against a stop 17 provided on the lateral face of the insulator 5. In this configuration, the air present in the lower air gap 4 remains enclosed and without contact with the outside, possibly in closed convection movement, as illustrated by the arrow F. Note, the AMF material is advantageously positioned to the inside of the sensor, so that its temperature in the closed position of the shutter 11 is very close to the temperature of the sensor, more precisely of the absorber 3, which makes it possible to better synchronize its reaction as a function of the temperature of the solar thermal collector.
Au-delà d'une certaine température du capteur solaire thermique, la lame AMF 13 change de propriété physique, comme cela sera explicité ci-dessous. Ce changement induit une rotation de l'obturateur 11 autour de son axe 12, pour obtenir l'ouverture de la trappe 10. Dans cette configuration ouverte de la trappe 10, représentée sur la figure 3, une convection naturelle s'établit, dans laquelle un flux d'air chaud S sort de la lame d'air inférieure 4 du capteur alors qu'un flux d'air froid E y entre. Ce flux d'air naturel entraîne le rafraichissement du capteur solaire thermique. Beyond a certain temperature of the solar thermal collector, the AMF blade 13 changes its physical property, as will be explained below. This change induces a rotation of the shutter 11 about its axis 12, to obtain the opening of the hatch 10. In this open configuration of the hatch 10, shown in Figure 3, a natural convection is established, in which a hot air flow S leaves the lower air space 4 of the sensor while a cold air flow E enters. This natural air flow causes the cooling of the solar thermal collector.
Ensuite, sous une certaine température, la trappe retrouve sa forme initiale représentée sur la figure 2. La lame ressort 14 facultative assiste le retour de la trappe 10 dans sa configuration fermée de la figure 2. Then, under a certain temperature, the hatch returns to its original shape shown in FIG. 2. The optional leaf spring 14 assists the return of hatch 10 in its closed configuration of FIG.
La figure 4 illustre le principe cinématique décrit ci-dessus. Figure 4 illustrates the kinematic principle described above.
Un matériau à mémoire de forme (AMF) subit une transformation de phase cristallographique, c'est-à-dire une modification de sa structure cristalline, lorsqu'il est porté au-delà d'une certaine température. Il présente un premier état dit « basse température », aussi appelé phase martensitique, et un second état dit « haute température », aussi appelé phase austénitique. Entre ces deux phases, I'AMF change notamment de rigidité, présentant une rigidité plus basse dans son état à basse température. Le mode d'exécution décrit ci-dessus exploite cette caractéristique. A basse température, la lame ressort de rappel 14 exerce une force suffisante pour déformer la lame AMF 13 et pousser l'obturateur 11 en position fermée contre la butée 17. A haute température, la lame AMF 13 présente une rigidité supérieure dans laquelle l'effort exercé par la lame ressort 14 n'est plus suffisant pour sa déformation : elle reprend alors une forme différente telle que représentée sur la figure 3, en entraînant l'obturateur 11 en position ouverte. A shape memory material (AMF) undergoes a crystallographic phase transformation, i.e. a change in its crystalline structure, when it is carried beyond a certain temperature. It presents a first state called "low temperature", also called martensitic phase, and a second state called "high temperature", also called austenitic phase. Between these two phases, the AMF changes in particular stiffness, having a lower rigidity in its low temperature state. The embodiment described above exploits this feature. At low temperature, the spring return blade 14 exerts a force sufficient to deform the AMF blade 13 and push the shutter 11 in the closed position against the stop 17. At high temperature, the AMF blade 13 has a higher rigidity in which the the force exerted by the leaf spring 14 is no longer sufficient for its deformation: it then resumes a different shape as shown in Figure 3, causing the shutter 11 in the open position.
Cette propriété du matériau AMF permet donc de former un moyen d'actionnement d'une trappe associée à un orifice de ventilation d'un capteur solaire thermique, comme explicité ci-dessus. L'utilisation d'un matériau AMF présente l'avantage d'une grande précision de l'actionnement d'une trappe du fait de son changement de phase qui se réalise sur une plage de température réduite, qui s'étend sur au plus 15 degrés, et qui peut être avantageusement réduite à moins de 10 degrés. This property of the AMF material thus makes it possible to form a means for actuating a hatch associated with a ventilation orifice of a solar thermal collector, as explained above. The use of an AMF material has the advantage of a high precision of the actuation of a hatch due to its phase change which is carried out over a reduced temperature range, which extends over at most 15 hours. degrees, and which can be advantageously reduced to less than 10 degrees.
Cela permet d'atteindre une grande précision et réactivité de la trappe en fonction de la température du capteur et de former une solution de ventilation précise. This makes it possible to achieve a high accuracy and reactivity of the hatch according to the temperature of the sensor and to form an accurate ventilation solution.
Le matériau AMF utilisé peut être de différente nature. Ce choix est principalement fonction de la température à laquelle il doit changer de phase. Ce changement de phase dépend aussi de la contrainte appliquée sur l'élément en matériau AMF, qui entraîne un décalage de 1 degré Celsius pour 7 MPa. Cette considération permet de déterminer avec précision la température de changement de phase d'un élément comprenant un matériau AMF pour chaque agencement envisagé. Le matériau sera alors choisi de sorte que la borne supérieure de sa plage de changement de phase, qui peut être de l'ordre de 15 degrés Celsius comme cela a été exposé précédemment, corresponde à la température de stagnation du capteur solaire thermique. The AMF material used may be of different kinds. This choice is mainly a function of the temperature at which it must change phase. This phase change also depends on the stress applied to the element in AMF material, which causes a shift of 1 degree Celsius for 7 MPa. This consideration makes it possible to accurately determine the phase change temperature of an element comprising an AMF material for each arrangement envisaged. The material will then be chosen so that the upper limit of its phase change range, which may be of the order of 15 degrees Celsius as previously explained, corresponds to the stagnation temperature of the solar thermal collector.
Pour une application dans un capteur solaire thermique de type polymère ayant une température de stagnation aéré de 124 degrés Celsius et un moyen d'actionnement à base de matériau AMF soumis à une contrainte de 150 MPa, le matériau AMF choisi sera un alliage à base de nickel et titane (NiTi) ou un matériau AMF à base de cuivre. De préférence, un matériau AMF NiTi sera choisi car il présente une meilleure propriété d'endurance. Pour les conditions précédentes, un AMF dont la température de changement de phase est comprise entre 85 degrés Celsius et 100 degrés Celsius au repos conviendra bien. En effet, en montée en température, l'ouverture du capteur se fera entre 105 degrés Celsius et 120 degrés Celsius, et sa fermeture se fera entre 100 degrés Celsius et 85 degrés Celsius. Cette différence obtenue par le principe d'hystérésis de la transformation de phase de l'AMF permet de compenser la différence de température entre l'absorbeur du capteur et l'AMF lorsque la trappe est ouverte. A titre d'indication, la figure 5 représente les températures de changement de phase des matériaux AMF à base de nickel-titane et de cuivre. Comme cela ressort de la figure, il est possible d'obtenir des alliages aux propriétés différentes tout en restant composés soit de NiTi soit de cuivre, qui permettent leur utilisation sur une large plage de température. Plus généralement, il sera choisi un matériau AMF dont la température de changement de phase se trouve comprise entre 65 et 160 degrés Celsius. For application in a polymer-type thermal solar collector having an air stagnation temperature of 124 degrees Celsius and an AMF material actuation means subjected to a stress of 150 MPa, the selected AMF material will be a carbon-based alloy. nickel and titanium (NiTi) or a copper-based AMF material. Preferably, an AMF NiTi material will be chosen because it has a better endurance property. For the above conditions, an AMF whose phase change temperature is between 85 degrees Celsius and 100 degrees Celsius at rest will be fine. Indeed, as the temperature rises, the sensor opening will be between 105 degrees Celsius and 120 degrees Celsius, and its closing will be between 100 degrees Celsius and 85 degrees Celsius. This difference obtained by the hysteresis principle of the phase transformation of the AMF makes it possible to compensate for the difference in temperature between the absorber of the sensor and the AMF when the hatch is open. As an indication, Figure 5 shows the phase change temperatures of the nickel-titanium and copper based AMF materials. As is apparent from the figure, it is possible to obtain alloys with different properties while remaining composed of NiTi or copper, which allow their use over a wide temperature range. More generally, an AMF material will be chosen whose phase change temperature is between 65 and 160 degrees Celsius.
Il faut noter qu'un matériau AMF présente des caractéristiques mécaniques suffisantes pour permettre un actionnement performant de la trappe, selon le principe décrit précédemment. A titre d'exemple d'implémentation de ce principe, une lame AMF en alliage NiTi et de dimension 40X30X0.25 mm peut être choisie, selon une géométrie formant un angle e sans contrainte en phase austénitique, comme représenté sur la figure 6. Une telle lame peut présenter un module d'Young de 22.5 GPa en phase martensitique et de 60 GPa en phase austénitique. Pour un obturateur de 50 g, un ressort de contrainte de raideur 0.011 N/degré permet de positionner l'obturateur en position fermée contre sa butée en phase martensitique froide de la lame AMF. It should be noted that an AMF material has sufficient mechanical characteristics to allow efficient actuation of the hatch, according to the principle described above. As an example of implementation of this principle, a NiTi alloy AMF blade with a dimension of 40 × 30 × 0.25 mm can be chosen, according to a geometry forming an angle α without stress in the austenitic phase, as represented in FIG. such a blade may have a Young's modulus of 22.5 GPa in the martensitic phase and 60 GPa in the austenitic phase. For a shutter of 50 g, a stiffness stress spring 0.011 N / degree makes it possible to position the shutter in the closed position against its stop in cold martensitic phase of the AMF blade.
Avec les valeurs précédentes, l'angle e est donc de 90 degrés sous la température de surchauffe du capteur puis de 70 degrés dès la température de surchauffe. Cette ouverture de 20 degrés est adaptée pour obtenir une ventilation suffisante du capteur. En remarque, l'obturateur 11 peut en variante présenter une forme courbe qui permet d'obtenir une ouverture de section constante avec sa seule rotation de 20 degrés en position ouverte, comme représenté schématiquement sur la figure 7. With the previous values, the angle e is therefore 90 degrees below the temperature of overheating of the sensor and then 70 degrees from the temperature of overheating. This opening of 20 degrees is adapted to obtain sufficient ventilation of the sensor. Note, the shutter 11 may alternatively have a curved shape that provides an opening of constant section with its single rotation of 20 degrees in the open position, as shown schematically in Figure 7.
Le mode d'exécution décrit précédemment utilise un matériau AMF sous forme de lame. En variante, le matériau AMF peut être intégré dans tout autre élément, pouvant se présenter sous la forme d'une tige, d'un fil, ou d'un ressort hélicoïdal ou de torsion, etc. The embodiment described above uses an AMF material in the form of a blade. Alternatively, the AMF material may be integrated into any other element, which may be in the form of a rod, wire, or helical or torsion spring, etc.
De plus, l'obturateur a été décrit comme un élément mobile en rotation. In addition, the shutter has been described as a rotatable member.
Toutefois, il pourrait se présenter sous une autre forme et présenter un autre degré de liberté que la rotation illustrée, afin de fermer ou ouvrir un orifice de ventilation 6. Par exemple, il peut se présenter sous la forme d'un tiroir mobile en translation par une liaison glissière, comme illustré ci-dessous, ou tout clapet, trappe ou cache mobile selon tout mouvement pivot, ou tout autre mouvement comme une combinaison de translation et rotation. However, it could be in another form and have a different degree of freedom than the illustrated rotation, to close or open a ventilation port 6. For example, it can be in the form of a movable drawer in translation by a slide connection, as illustrated below, or any valve, flap or movable cover according to any pivot movement, or any other movement as a combination of translation and rotation.
Les figures 8 et 9 illustrent par exemple une variante de réalisation du mode d'exécution de l'invention, dans lequel le moyen d'obturation est un tiroir 20 mobile en translation. Il comprend un obturateur 21 mobile en translation entre deux butées 27, 28 avant et arrière liées à l'absorbeur 3. Un premier ressort en matériau AMF 23 est positionné entre la butée intérieure 27 et l'obturateur 21 et un second ressort de contrainte 24 est positionné entre l'obturateur 21 et la butée extérieure 28. Figures 8 and 9 illustrate for example an alternative embodiment of the embodiment of the invention, wherein the shutter means is a slide 20 movable in translation. It comprises a shutter 21 movable in translation between two stops 27, 28 front and rear connected to the absorber 3. A first spring of AMF material 23 is positioned between the inner stop 27 and the shutter 21 and a second stress spring 24 is positioned between the shutter 21 and the outer stop 28.
En position fermée représentée sur la figure 8, le tiroir se trouve en position telle que son obturateur 21 s'étend de l'élément isolant 5 jusqu'à l'absorbeur 3 pour fermer l'orifice de ventilation 6. Quand la température du ressort AMF 23 dépasse la valeur seuil prédéfinie, le matériau AMF change de phase et devient plus rigide, de sorte de s'opposer à l'effort exercé par le ressort de contrainte 24. Ce changement induit la translation du tiroir vers l'extérieur du capteur solaire thermique, faisant apparaître un orifice 22 dans sa partie inférieure qui met en relation l'air extérieur avec la lame d'air 4 du capteur thermique solaire : comme précédemment, une ventilation naturelle s'établit alors. Le principe de fonctionnement de ce moyen d'obturation est donc le même que précédemment. In the closed position shown in FIG. 8, the slide is in a position such that its shutter 21 extends from the insulating element 5 to the absorber 3 to close the ventilation orifice 6. When the spring temperature AMF 23 exceeds the predefined threshold value, the AMF material changes phase and becomes more rigid, so as to oppose the force exerted by the bias spring 24. This change induces the translation of the slide towards the outside of the sensor thermal solar, showing an orifice 22 in its lower part which connects the outside air with the air layer 4 of the solar thermal sensor: as before, a natural ventilation is established then. The operating principle of this shutter means is therefore the same as before.
Selon une autre variante de réalisation du moyen d'obturation, non représentée, un élément AMF avec une propriété dite « double sens » pourrait être utilisé. Dans un tel cas, le ressort de contrainte ne serait plus nécessaire, le matériau AMF étant suffisant pour l'actionnement de l'obturateur dans les deux sens. En remarque, un tel matériau AMF double sens présente deux formes géométriques mémorisées et passe automatiquement de l'une à l'autre de manière réversible autour d'une température seuil, sans nécessité l'assistance d'un ressort ni de tout autre élément de contrainte équivalent. Cette variante peut être combinée aux deux précédentes réalisations illustrées par respectivement les figures 2 et 8. According to another embodiment of the shutter means, not shown, an AMF element with a so-called "double-sense" property could be used. In such a case, the stress spring would no longer be necessary, the AMF material being sufficient for actuating the shutter in both directions. As a matter of remark, such a two-way AMF material has two memorized geometrical shapes and automatically switches from one to the other reversibly around a threshold temperature, without the need for a spring or any other element of equivalent constraint. This variant can be combined with the two previous embodiments illustrated by FIGS. 2 and 8, respectively.
Le moyen d'obturation décrit précédemment est particulièrement bien adapté à un capteur solaire thermique plan, comprenant une lame d'air entre un absorbeur et un isolant, et qui peut être de type polymère. Toutefois, elle reste plus généralement applicable à la ventilation de tout capteur solaire, qui ne présente pas obligatoirement la structure décrite en rapport avec la figure 1. De plus, l'invention concerne aussi des constructions équivalentes, dans lesquelles le moyen d'actionnement comprenant l'AMF serait lié au capteur solaire thermique ou à l'obturateur de manière différente par exemple.25 The closure means described above is particularly well suited to a flat solar thermal collector comprising an air gap between an absorber and an insulator, and which may be of polymer type. However, it remains more generally applicable to the ventilation of any solar collector, which does not necessarily have the structure described in connection with Figure 1. In addition, the invention also relates to equivalent constructions, wherein the actuating means comprising the AMF would be linked to the solar thermal collector or to the shutter in a different way, for example.25
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