CONVERTISSEUR PHOTO-THERMIQUE
La présente invention est relative à un convertisseur photo-thermique permettant de chauffer un gaz pour tous usages, notamment domestiques, industriels et/ou agricoles.
On sait que le renchérissement des ressources fossiles d'énergie a eu pour conséquence qu'on. s'est intéressé de manière importante à l'utilisation de l'énergie solaire.
On doit cependant constater que les capteurs solaires utilisés actuellement ne servent pratiquement qu'à chauffer ou à.préchauffer de l'eau. Cette eau, généralement après un chauffage complémentaire peut être utilisée pour des piscines ou encore
comme eau chaude à usage sanitaire et ménager (baignoires, lavabos, etc.). Dans certains cas, l'eau préchauffée est alimentée à une chaudière de chauffage central.
On constate que généralement de telles utilisations ne sont possibles que dans des pays de fort ensoleillement et que, de plus, l'énergie solaire n'est captée que pendant une partie de l'année; c'est-à-dire entre mai et septembre dans l'hémisphère nord, moment où les besoins de chauffage des locaux sont les plus réduits ou même généralement inexistants.
Pour ce qui concerne le chauffage des locaux, une rentabilité convenable des radiateurs suppose que l'eau chaude utilisée se trouve à une température de l'ordre de 70[deg.]C, température que les capteurs solaires classiques ne permettant généralement pas d'obtenir. Les capteurs solaires classiques se caractérisent par
le fait qu'ils ne servent essentiellement qu'à capter l'énergie solaire constituée par le rayonnement directe et que les calories ainsi captées sont transférées à un liquide caloporteur, généralement de l'eau éventuellement additionnée d'additifs tels que le glycol.
Pour les pays à faible ensoleillement, tels que la
plus grande partie de l'Europe et de l'Amérique du Nord par exemple, une grande partie de l'énergie solaire est cependant disponible
tous les jours sous forme diffuse. En revanche, les périodes d'ensoleillement directes sont irrégulières et généralement de
courte durée et il en résulte que ces périodes sont tellement brèves qu'il n'est pas possible de produire de l'eau chaude aux températures de l'ordre de 70[deg.]C qui seraient nécessaires pour assurer un chauffage rationnel des locaux par un système à chauffage central et ceci
tout particulièrement au cours de la mauvaise saison.
La présente invention, sous l'un de ses aspects, vise donc à fournir un moyen permettant le chauffage rationnel de locaux de tous types à l'aide d'un convertisseur photothermique permettant d'utiliser également l'énergie de la lumière diffuse et ceci constitue le premier but visé par l'invention.
Sous un aspect complémentaire, l'invention vise à fournir de manière éventuelle de l'eau chaude convenant pour des usages domestiques notamment.
Sous un autre aspect complémentaire, éventuellement combinable ou non avec le précédent, l'invention a également pour
but de permettre le stockage de calories captées.
La présente invention permet d'atteindre effectivement l'effet- recherché d'une forte captation d'énergie solaire. Pour ce faire, on réalise une série d'éléments essentiels, en particulier les suivants.
La vitesse de captation instantanée est maximale en utilisant la chaleur spécifique du cuivre électrolytique (0,09)
qui est presque 11 fois supérieure à celle de l'eau, accouplée à
la chaleur spécifique de l'air (0,235) c'est-à-dire 4,5 fois celle <EMI ID=1.1>
respectivement de l'air et du cuivre donnent une vitesse de captation et d'absorption pratiquement 50 fois plus rapide que celle de l'eau.
L'importance de la vitesse d'absorption dans l'intermittence des radiations directes est vitale. La présente invention prévoit l'utilisation de cuivre dendritique qui par sa constitution est toujours capable de capter l'énergie globale ou l'énergie diffuse à une longueur d'onde quelconque (irradiation directe ou indirecte d'origine atmosphérique et/ou d'origine terrestre) ou pour une obliquité quelcorque.
.Une caractéristique très importante du cuivre <EMI ID=2.1>
l'irradiation diffusée et d'atteindre en plus le maximum de rendement pour ce qui concerne l'irradiation globale. Ceci
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normale mais jusqu'à 45[deg.] par rapport à cette normale. De cette manière, il devient non seulement possible de capter un maximum d'énergie au zénith mais également avant et après celui-ci.
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avec un rendement maximum l'énergie solaire pendant les six heures centrales de la journée, tandis que les capteurs traditionnels ne permettent un capatage maximal d'énergie qu'à l'instant du zénith.
Il convient également d'ajouter que le phénomène inévitable de diffraction provoqué par les éléments transparents qui recouvrent les capteurs sont ainsi également automatiquement résolus.
Le cuivre dendritique est un produit pouvant être produit de manière économique à l'échelle industrielle et il
apporte donc une solution pratique que d'autres matériaux, qui ne constituent qu'une curiosité scientifique, ne sont pas en mesure de fournir.
Le cuivre dendritique, protégé par un corps transparent
(verre ou plastique) appliqué sur les parois et/ou sur les toitures de manière quelconque enveloppe le bâtiment en lui donnant des pourcentages de rendement d'absorption d'énergie que les moyens habituels ne permettent pas d'obtenir. C'est ainsi que l'on a observé que l'utilisation de cuivre dendritique permet de capter
de l'énergie lors d'une exposition vers le nord et dans l'ombre d'un bâtiment, exposition à laquelle aucun rayonnement direct ne peut atteindre le capteur. Il devient ainsi possible, en disposant sur toutes les faces d'une construction d'absorber de l'énergie lumineuse quelle que soit l'orientation des absorbeurs.
De plus, par son coût très bas, le couple cuivre dendritique/air représente aujourd'hui la solution idéale pour obtenir l'énergie à bon compte dont on veut disposer.
Etant donné que l'énergie diffuse. disponible est très limitée lorsque le ciel est très couvert, en particulier lorsque
la saison est mauvaise, il est donc nécessaire de compenser cette insuffisance par de grandes surfaces captantes de façon à s'assurer, de disposer de la quantité nécessaire au chauffage. Pour pouvoir résoudre ce problème, selon une solution proposée par l'invention, on rend les murs et les toitures qui constituent la maison thermiquement isolants et stockeurs d'énergie thermique à l'aide des convertisseurs photo-électriques de l'invention, ces parois et toitures devenant auto-chauffants et enveloppant pratiquement
toute la maison.
Il convient de noter que ce qui précède de constitue qu'un aspect partiel du but visé par la présente invention, car sous son aspect le plus global, il vise à fournir un dispositif capable de chauffer un gaz, généralement de l'air, éventuellement chargé d'humidité. Ce gaz chauffé peut être utilisé notamment pour le chauffage des locaux d'habitations ou des locaux à usage industriel ou agricole, notamment les serres et convient également pour le
séchage de matières de tous types, telles que des produits industriels et agricoles, en utilisant les gaz chauds produits.
La solution retenue vise aussi à éviter d'autres inconvénients
bien connus des capteurs solaires comportant l'utilisation d'un liquide caloporteur, à savoir le fait qu'il y a lieu d'assurer
une protection contre le gel dans les pays où la température
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une étanchéité parfaite et sûre, ce qui rend particulièrement lourdes les réalisations existantes, car il faut éviter la corrosion des métaux due à l'oxydation et aux couples galvaniques.
L'utilisation d'un liquide caloporteur entraîne de
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calcaire) bouchent partiellement au moins les conduits.
Ceci entraîne à son tour des chutes considérables de rendement. Bien entendu, une fuite éventuelle du liquide caloporteur peut avoir des conséquences dommageables importantes et rend toujours nécessaire l'intervention immédiate du personnel de dépannage.
Les buts visés peuvent être atteints et tous ces
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évités par le convertisseur photo-thermique de la présente invent:
qui est caractérisé en ce qu'il est constitué par un élément préfabri autoportant en forme de caisson recouvert par une ou plusieurs couches transparentes, constituées généralement par un vitrage
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simple ou multiple ou par une ou plusieurs feuilles de matière plastique transparente sous lesquelles est disposé un absorbeur constitué par une couche mince d'une matière assurant la fonction d'un corps noir : absorbeur de la chaleur, cette couche mince étant espacée du fond garni de matières isolantes de l'élément en forme de caisson, de manière à permettre la circulation d'un gaz dans l'espace créé entre la feuille mince constituant l'absorbeur et la garniture de matières isolantes.
Ladite circulation de gaz peut être forcée ou non.
Selon une forme préférée de l'invention, l'absorbeur est constitué par une feuille mince de cuivre dendritique. Ladite feuille peut être produite par électrodéposition en des épaisseurs variant de 15 p à 100 y ou plus.
L'utilisation d'autres métaux que le cuivre peut être envisagée mais les propriétés du cuivre, en particulier sa conductivité et la possibilité d'obtention d'une structure adaptée, font accorder la préférence à ce métal.
A titre d'exemple on recommande l'utilisation de cuivre électrodéposé produit selon le procédé du brevet belge
854.450 (Inventeur Antonio PEDONE) qui permet d'obtenir une structure adaptée à chaque circonstance.
En effet il est possible de créer une structure dendritique de forme et de dimension convenant de manière optimale pour une longueur d'onde déterminée.
De plus, cette structure est idéale pour un traitement sélectif ultérieur qui assure une basse émissivité du métal traita Ce traitement peut être par exemple une application d'une "peinture" ou encore un traitement électrochimique. De catte manière, il devient possible de capter avec de bons rendements, non seulement les radiations directes, mais également les radiations diffuses.
On notera qu'une feuille de.cuivre de 15 IL qui peut
être obtenue par 3'électrodéposition mentionnée ne pèse que 135 g par m2 et qu'en conséquence,:le poids et le prix du cuivre utilisé devient négligeable comparé au poids des autres constituants
des éléments du convertisseur.. photo-thermique;.
L'utilisation d'une telle couche mince n'est réalisable que grâce au fait qu'il n'est pas fait usage d'un liquide caloporteur tel que 1'eau, car celui-ci rend nécessaire de fixer
sur la plaque de cuivre formant l'absorbeur, des tuyaux où
circule le liquide- Ceci se réalise par soudage et rend bien entendu nécessaire l'utilisation d'une plaque d'absorbeur
d'une certaine épaisseur pour assurer le transfert thermique
et pour permettre la soudure, nécessairement soignée, de la
plaque d'absorbeur et des conduits de circulation du liquide caloporteur.
L'utilisation d'un absorbeur constitué par une
feuille métallique obtenue par laminage et recouverte d'une
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de l'invention, mais le rendement baisse sensiblement.
Pour ce qui concerne la garniture de matière isolante de l'élément disposé au fond du caisson, il peut être prévu de maintenir celle-ci espacée de la feuille mince constituant l'absorbeur par une tôle ou par un panneau de revêtement. La matière isolante peut être tout matière généralement utilisée dans les buts envisagés, telle que la laine de roche etc.
Selon une variante particulièrement efficace de l'invention, l'espace situé derrière l'absorbeur est séparé de la garniture de matière isolante par interposition d'un élément d'absorption de la chaleur, qui peut être par exemple : une plaque réfractaire apte à emmagasiner la chaleur, ou un récipient fermé
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contenant des sels eutectiques ou même des liquides (eau et autres). Un équipement thermostatique éventuel peut assurer qu'uniquement
la quantité de chaleur nécessaire au chauffage de locaux par exemple soit prélevée pendant le jour et que le reste est stocké. Ensuite la chaleur accumulée pendant le jour peut être restituée
de manière régulée pendant la nuit. Des clapets commandés par le dispositif de régulation peuvent assurer cette fonction.
Des miroirs ou des plaques réfléchissantes peuvent concentrer, sur l'élément de l'invention, des rayonnements solaires.
Le caisson autoportant lui-même peut être réalisé
en métal, en béton ou en toute autre matière adéquate.
De préférence, selon l'invention, l'absorbeur est espacé également de la couche transparente qui le recouvre.
Il est possible selon une forme d'exécution pouvant être particulièrement intéressante, pour des applications plus complètes de l'invention, de prévoir entre les différentes couches transparentes recouvrant l'absorbeur et/ou entre l'espace généralement prévu entre l'absorbeur et la couche transparente
qui le recouvre, un ou plusieurs conduits dans lesquels circule
un liquide, généralement de l'eau, éventuellement en mélange
avec des additifs par ex. le glycol, qui subira un préchauffage. Lesdits conduits pourront être en une matière opaque (métal tel
que le cuivre ou en matière plastique opaque) mais seront
de préférence en une matière transparente (telle que le verre
ou un plastique transparent) afin de ne pas interférer avec l'absorption du rayonnement diffus qui est visé par l'invention.
On sait qu'une partie du rayonnement incident est réfléchie et donc rejetée à l'atmosphère. La présence de ces conduits .permettra de récupérer une partie de l'énergie qui
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Selon une forme d'exécution particulièrement intéressante de l'invention, un ou plusieurs conduits permettant une circulation d'un liquide sont également prévus dans L'espace entre La feuille mince constituant l'absorbeur et la garniture
de matière isolante.
Des espaceurs peuvent être prévus entre la feuille mince constituant l'absorbeur C généralement très flexible)
et la garniture de matière isolante. Ces espaceurs peuvent être des lattes de matière adéquate mais seront de préférence constituée par lesdits conduits.
Il est particulièrement intéressant dans cette
forme d'exécution de faire circuler dans le ou lesdits conduits disposés derrière l'absorbeur, le liquide préalablement chauffé par une circulation dans le ou les conduits disposés devant l'absorbeur, selon la forme d'exécution précédente.
Il devient ainsi possible d'assurer par exemple
le chauffage de locaux quelconques à l'aide d'air dont on assure la circulation dans l'espace entre la couche mince de l'absorbeur et la garniture de matière isolante et d'obtenir simultanément, au moins lors des moments d'insolation, un chauffage ou un préchauffage d'eau circulant dans les conduits et y subissant
une élévation de température relativement importante.
On peut couvrir ainsi de manière simple et efficace tous les besoins de chauffage d'une maison ou d'une autre construction.
Une autre possibilité d'application est celle d'une utilisation mixte, c'est-à-dire que dans quelques tubes on chauffera l'eau pour tout usage domestique etc. tandis que
dans d'autres tubes on peut faire passer des gaz comme par exemple le fréon ou l'anhydride carbonique etc., qui en s'échauffant alimentent des moteurs à cycle Rankine ou autres
(déjà disponibles dans le commerce), lesquels entraîneraient des générateurs électriques qui peuvent stocker l'énergie dans des accumulateurs qui, en étant montés en série permettent d'obtenir une tension souhaitée. De cette manière on peut résoudre tous les problèmes énergétiques à savoir : chauffage, eau chaude, électricité et éventuellement air conditionné.
Les éléments de convertisseur thermique de la présente invention peuvent être utilisés de différentes manières, à cause de leur caractère autoportant.
C'est ainsi qu'ils peuvent être exposés individuellement ou en groupe à l'extérieur et assurer le chauffage d'un gaz, par exemple de l'air, qui peut être utilisé notamment pour sécher des matières quelconques, industrielles ou agricoles.
Leur utilisation la plus rationnelle consiste cependant à les appliquer comme éléments de parois (murs extérieurs) ou
de toitures sur une ossature afin de réaliser des bâtiments industriels ou des habitations. Ils peuvent être également utilisés pour être appliqués sur des constructions existantes, aussi bien sur la toiture que sur les murs.
Bien entendu, lorsque ces éléments sont utilisés pour réaliser des éléments de paroi, on prévoira- un soubassement en briques, béton ou autres jusqu'à une hauteur
convenable, les éléments photothermiques ne constituant'
de préférence que la partie supérieure de ladite paroi pour obtenir une meilleure exposition et éviter que ces éléments
ne soient endommagés.
Il convient de noter que les éléments assurent une fonction d'isolation de la construction dont ils font partie.
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Ceci réduit les déperditions de chaleur de l'intérieur vers l'extérieur en saison froide mais également isole de la chaleur extérieure le bâtiment en saison chaude. Le gaz chaud produit en excès, généralement de l'air chaud, peut être simplement rejeté à l'atmosphère, s'il n'est pas utilisable.
Néanmoins, les calories seront généralement soit stockées, par exemple dans un accumulateur thermique constitué d'éléments réfractaires ou autres (accumulateur à sels eutectiques)
ou pourront aussi servir à faire fonctionner un dispositif de conditionnement d'air (pompe à chaleur),.ou une turbine.
En saison froide en absence,de soleil, l'usage le
plus immédiate de l'air chaud produit est de chauffer intérieurement les bâtiments.
Dans le cas où des parois verticales (murs) et des toitures sont équipées des éléments de convertisseur photothermique de l'invention, et si la toiture est recouverte de neige, l'air chaud obtenu par les parois verticales (lesquelles sont capables de capter une partie importante d'énergie diffuse également par suite de la réflexion et de la réverbération de la couche de
neige couvrant le sol) peut être alimenté vers la toiture afin d'assurer le dégagement de celle-ci. On évite ainsi une accumulation trop importante de neige sur le toit et dégage
les éléments de convertisseur disposés sur la toiture afin qu'ils puissent assurer leur fonction.
L'invention sera décrite plus en détail en regard
des dessins annexés. Ceux-ci sont destinés uniquement à illustrer, sans aucun caractère limitatif, l'invention. Ils représentent : Figure 1, une vue en coupe transversale d'une forme d'exécution de l'élément de convertisseur photo-thermique de l'invention; Figure 2, une vue en coupe longitudinale de la forme d'exécution de la figure 1 , <EMI ID=10.1> panneaux de l'invention, Figure 4-, un schéma d'une habitation comportant une installation de chauffage à air chaud, un chauffe-eau et un générateur RANKINE, Figure 5, une vue en perspective d'un élément isolé exposé à l'extérieur pour produire de l'air chaud, Figure 6, un schéma du phénomène de réflexion et d'absorption d'un rayonnement solaire incident dans une structure dendriti que.
On se référera d'abord aux figures 1 et 2 qui illustrent simultanément plusieurs variantes d'exécution qui ne sont bien entendu pas nécessairement réalisés simultanément en pratique. Le convertisseur photo-thermique 1 constitue un élément préfabriqué autoportant. Il comporte une enveloppe en forme de caisson recouverte par deux couches transparentes 4 et 6, mais bien entendu il est possible de prévoir une, deux, trois ou plus
de trois couches transparentes; en fait, on utilisera généralement un ou deux vitrages pour obtenir l'effet de serre.
Sous le vitrage 6 se trouve disposée une feuille mince de cuivre 8 qui constitue l'absorbeur. Cette feuille, dans le dessin, est représentée en une épaisseur supérieure à la réalité de même que les irrégularités de surface (dendrites) ne sont pas
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isolante 10.
A titre complémentaire, on peut prévoir une série d'éléments facultatifs qui sont représentés dans la figure 1 dans un but d'illustration.
Il s'agit de conduits 12 et 14 disposés respectivement entre le premier vitrage 4 et le second vitrage 6 et entre le second vitrage 6 et la feuille mince de l'absorbeur 8.
D'autres conduits 16 peuvent être prévus entre la feuille mince de l'absorbeur 16 et l'isolant 10.
La caractéristique essentielle de l'invention est l'existence d'un espace 20 dans lequel (figure 2) s'établit une
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Ce courant est naturellement ascendant et il peut être régulé par des clapets 22 et 24 et le cas échéant, il peut s'agir d'un courant d'air forcé par l'effet d'un extracteur
(aspirateur) par exemple.
Selon une variante particulièrement intéressante
de l'invention, l'espacé 20 situé derrière l'absorbeur 8 est séparé de la garniture de matière isolante 10 par l'interposition d'un élément d'absorption et de stockage de chaleur 26.
Les conduits 12, 14 et 16 sont de préférence montés en série.
Selon une variante, ce sont les conduits 16 qui servent <EMI ID=14.1> dire de l'élément d'absorption 26 ou, en son absence, de la garniture isolante 10.
Dans la figure 3, on a représenté une construction
du type hall d'usine, hangar ou même maison d'habitation dans leque:
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sont formés par des convertisseurs photo-thermiques selon l'in-
<EMI ID=16.1> La figure 4 indique un schéma d'une habitation 30 équipée de la série d'éléments 1 et 1' qui produisent de l'air <EMI ID=17.1>
servant à produire de l'eau chaude domestique et des conduits 34 dans lesquels circule du fréon alimentant un moteur Rankine 36
qui entraîne un générateur 38 relié à des accumulateurs 40.
Un élément isolé 1 peut être également présenté seul
à l'extérieur en étant simplement posé sur le sol et soutenu par
un étai 50 (voir figure 5).
A la partie supérieure (ouverte) de l'élément 1,
il est possible de prélever de l'air chaud qui arrive par la
partie inférieure dudit élément.
La figure 6 illustre la façon dont un rayonnement lumineux après plusieurs réflexions sur des dentrites, est absorbé aussi bien pour une incidence perpendiculaire à la surface portant les dendrites que pour une incidence inclinée par rapport à celle-ci.
En utilisant un convertisseur en cuivre dendritique
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brevet prémentionné, on peut obtenir d'importantes économies dans les applications industrielles, commerciales, domestiques et
de loisir.
Les applications particulièrement intéressantes
sont, sans caractère limitatif : dessalement, locaux d'habitation
et complexes résidentiels, préchauffage de l'eau d'arrivée pour des bouilleurs à vapeur, le séchage industriel du bois, du tabac, l'usage dans les serres, le séchage agricole (blé, orge, grain etc.), le chauffage de l'eau et la ventilation d'air pour les piscines,
le préchauffage de réserve d'eau à usage industriel en blanchisserie, en brasserie, en cuisine etc., les bains, les douches et les utilisations culinaires, l'alimentation des machines à laver de
tous types etc.
Sien, qu'en nit décrit des modes d'exécution particulièrement préférés de l'invention, il doit 'être bien entendu que
de nombreuses variantes et modifications sont possible tout en restant dans le cadre de l'invention. Ces modifications et variantes accessibles à l'homme de l'art, sont couvertes par les revendications
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REVENDICATIONS
1. Convertisseur photo-thermique caractérisé en ce
qu'il est constitué par un élément préfabriqué autoportant en
forme de caisson recouvert par une ou plusieurs couches transparentes, constituées généralement par un vitrage simple ou multiple ou par
une ou plusieurs feuilles de matière plastique transparente sous lesquelles est disposé un absorbeur constitué par une couche
mince d'une matière assurant la fonction d'un corps noir mais
bon conducteur de la chaleur, cette couche mince étant espacée du fond garni de matières isolantes de l'élément en forme de caisson,
de manière à permettre la circulation d'un gaz dans l'espace créé entre la feuille mince constituant l'absorbeur et la garniture de matières isolantes.