FR2500597A1 - Monolithic solar energy traps - having transparent cover over-moulded with impermeable dark rigid foam - Google Patents

Abstract

Solar energy trap is made by overmoulding a strip of transparent (acrylic) sheet with a material which can act as a heat sink, an insulating material and an impermeable vessel with channels for circulating a liq. heat exchange fluid. Pref. the moulding material is expanded rigid polyurethane foam coloured or painted black. Prods. are simpler than conventional traps assembled from separate components for the cover, heat sink, fluid container and thermal circulation respectively, with associated problems of joints between materials, of differing thermal expansion characteristics. Such traps may be made by supporting channel cores on a transparent sheet supported on the base of a split mould and then injecting the foam to fill a hollow cover which overlaps the borders of the transparent sheet.

Description

La présente invention concerne un capteur solaire dit "monolithe". The present invention relates to a so-called "monolith" solar collector.

On sait qu'à l'heure actuelle les capteurs solaires comportent essentiellement trois parties ou trois éléments, a savoir (comme schématisé sur la figure 1 annexée) : un absorbeur 1, un caisson 2 et enfin une couverture 3. L'absorbeur est en général réalisé en un matériau connu pour être un conducteur thermique tel que le cuivre, l'acier inoxydable, l'aluminium voire même une matière plastique ; le caisson qui, lui, enveloppe cet absorbeur et qui est généralement en un matériau solide, résistant a la corrosion, étanche et isolant thermique tel que, par exemple, laine de verre, laine de roches, polymère, etc, et la couverture qui peut être en verre simple, en verre feuilleté, en verre martelé, en une matière synthétique tel qu'un méthacrylate. It is known that at present solar collectors essentially comprise three parts or three elements, namely (as shown diagrammatically in FIG. 1 attached): an absorber 1, a box 2 and finally a cover 3. The absorber is in generally made of a material known to be a thermal conductor such as copper, stainless steel, aluminum or even a plastic material; the box which, for its part, envelops this absorber and which is generally made of a solid, corrosion-resistant, waterproof and thermal insulating material such as, for example, glass wool, rock wool, polymer, etc., and the cover which can be made of simple glass, laminated glass, hammered glass, a synthetic material such as a methacrylate.

Ces trois éléments essentiels sont, a leur tour, insérés dans un coffre 4 en tout matériau approprié.These three essential elements are, in turn, inserted into a box 4 made of any suitable material.

Le principe de tels capteurs est simple
On dispose, par application du phénomène d'absorption des corps noirs, d'un "emmagasineur de calories" constitué par le circuit fermé de l'absorbeur peint en noir dans lequel circule de l'eau en général (comme indiqué sur la figure 1), circuit branché a un ballon d'accumulation. Ce circuit est inséré dans un isolant et la couverture en verre associe "l'effet de serre" d'un petit volume d'air sous un vitrage clos, à l'action de l'absorbeur en amplifiant la chaleur "emprisonnée" sous l'action des radiations solaires.The principle of such sensors is simple
By applying the absorption phenomenon of black bodies, there is a "caloric stacker" constituted by the closed circuit of the absorber painted in black in which water in general circulates (as shown in Figure 1 ), circuit connected to an accumulation tank. This circuit is inserted in an insulator and the glass cover combines the "greenhouse effect" of a small volume of air under a closed glazing, with the action of the absorber by amplifying the heat "trapped" under the action of solar radiation.

On conçoit que l'efficacité de ces capteurs solaires dépend essentiellement du soin apporté à leur réalisation quant à leur assemblage, à l'étanchéité de leur liaison, au choix des matériaux, etc. On conçoit aussi qu'étant donné la nature différente de ces matériaux et leur comportement différent vis-à-vis des phénomènes thermiques, il peut se produire des rétractions ou des dilatations différentes dont les conséquences sont évidentes et se traduisent par des interventions plus ou moins importantes au niveau du remplacement ou de la réparation de l'un ou l'autre des éléments essentiels ou de l'un ou l'autre des éléments de li-aison ou d'étanchéité.Au surplus, lors du montage de ceux-ci, il est important de veiller à éviter les phénomènes de condensation au sein du volume d'air sous vitrage et, pour ce faire, il est souvent nécessaire de recourir à des techniques de vide et de réaliser des joints étanches efficaces. L'ensemble de ces facteurs - montage effectué avec soins, matériaux différents judicieusement choisis, technique de vide, réalisation de joints étanches, interventions en cours d'utilisation au niveau de la réparation, du remplacement de pièces et/ou de l'entretien de l'appareil en général - fait que l'exploitation de tels appareils est coûteuse aussi bien pour leurs constructeurs que pour leurs utilisateurs. It is understood that the efficiency of these solar collectors depends essentially on the care taken in their realization as for their assembly, the sealing of their connection, the choice of materials, etc. It is also conceivable that, given the different nature of these materials and their different behavior with respect to thermal phenomena, there may be different retractions or expansions whose consequences are obvious and result in more or less interventions. important in terms of replacing or repairing one or other of the essential elements or one or the other of the li-aison or sealing elements. In addition, during assembly of these , it is important to take care to avoid the phenomena of condensation within the volume of air under glazing and, to do this, it is often necessary to use vacuum techniques and to produce effective tight seals. All of these factors - assembly carried out with care, carefully chosen different materials, vacuum technique, production of watertight seals, interventions in use in terms of repair, replacement of parts and / or maintenance of the device in general - makes operating such devices costly for both their manufacturers and their users.

Or, la présente invention vise un appareil évitant tous ces inconvénients et présentant, du fait de sa réalisation et de sa structure, des avantages certains et notamment ceux d'être facile à réaliser, de ne nécessiter qu'un seul matériau, allié au "vitrage" créant "l'effet de serre", de ne nécessiter aucum joints rapportés, d'éviter les phénomènes de dilatation et de condensation et, enfin, de supprimer la nécessité d'intervention en cas de défectuosité éventuelle, un tel appareil étant du type "monolithe", "jetable" et remplaçable dans son ensemble. However, the present invention relates to an apparatus avoiding all these drawbacks and having, due to its construction and its structure, certain advantages and in particular those of being easy to produce, of requiring only a single material, combined with " glazing "creating" the greenhouse effect ", to require no added seals, to avoid the phenomena of expansion and condensation and, finally, to eliminate the need for intervention in the event of a possible defect, such an apparatus being "monolith" type, "disposable" and replaceable as a whole.

Le capteur selon l'invention est alors essentiellement caractérisé par le fait qu'il est "monolithe" et qu'il est constitué d'un corps allongé venu de moulage d'un matériau plastique bon conducteur thermique et au sein duquel sont réalisés, également par moulage, des canaux ouverts de circulation du fluide calorigène sur lesquels repose un "vitrage" nécessaire à l'obtention d'un "effet de serre", vitrage lui-meme inséré dans ledit corps au cours dudit moulage.  The sensor according to the invention is then essentially characterized by the fact that it is "monolith" and that it consists of an elongated body molded from a plastic material which is a good thermal conductor and within which are also made by molding, open channels for circulation of circulating fluid on which rests a "glazing" necessary for obtaining a "greenhouse effect", glazing itself inserted into said body during said molding.

Suivant une caractéristique avantageuse, le matériau plastique est un matériau expansé rigide du type polyurethane expansé rigide. According to an advantageous characteristic, the plastic material is a rigid expanded material of the rigid expanded polyurethane type.

L'invention concerne également le procédé de fabrication d'un tel capteur monolithe, procédé caractérisé par le fait qu'il consiste a disposer au fond de l'une des coquilles d'un moule dont la forme est celle correspondante de celle que doit avoir finalement la partie supérieure du capteur, une plaque de verre et dont les parois correspondent aux flancs de ce capteur, a faire porter par cette plaque le moyen de moulage destiné a réaliser les canaux de circulation du fluide calorigène et, après fermeture du moule au moyen de l'autre coquille, a procéder de façon connue a l'injection et à l'expansion de la matière plastique choisie puis à démouler de façon également connue en sol
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés, sur lesquels, outre le schéma de la figure 1 dont il a été question ci-dessus pour illustrer l'art antérieur,
- la figure 2 est une vue schématique, en perspective, avec arrachements partiels, d'un capteur monolithe selon l'invention ;
- la figure 3 est une coupe transversale du corps de l'appareil de la figure 2 et,
- la figure 4 est une vue en élévation - coupe schématique d'un moule ferme illustrant la fabrication d'un capteur selon l'invention.The invention also relates to the method of manufacturing such a monolithic sensor, a method characterized in that it consists in placing at the bottom of one of the shells of a mold whose shape is that corresponding to that which must have finally the upper part of the sensor, a glass plate and whose walls correspond to the sides of this sensor, to make this plate carry the molding means intended to produce the circulation channels of circulating fluid and, after closing the mold by means on the other shell, proceed in a known manner to the injection and expansion of the chosen plastic material and then to unmold in a manner also known in the soil
Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, given with reference to the appended drawings, in which, in addition to the diagram in FIG. 1 which has been discussed above to illustrate the prior art ,
- Figure 2 is a schematic perspective view, partially broken away, of a monolithic sensor according to the invention;
FIG. 3 is a cross section of the body of the device in FIG. 2 and,
- Figure 4 is an elevational view - schematic section of a firm mold illustrating the manufacture of a sensor according to the invention.

En se référant a ces figures, ledit capteur est constitué d'un corps 5, affectant avantageusement la forme d'une nacelle allongée, et fait en un matériau plastique venu de moulage, comme il sera vu ci-après ; la partie supérieure de cette nacelle (normalement ouverte vers l'extérieur) est obturéepar une plaque 6 d'un matériau tel que le verre ou matériau synthétique transparent du type méthacrylate dont les bords sont noyés dans les faces latérales du corps 5. Le fond 7 de ce dernier comporte des canaux 8 ouverts à leur partie supérieure et sur lesquels repose ladite plaque 6. Referring to these figures, said sensor consists of a body 5, advantageously taking the form of an elongated nacelle, and made of a plastic material molded, as will be seen below; the upper part of this nacelle (normally open to the outside) is closed by a plate 6 of a material such as glass or transparent synthetic material of the methacrylate type, the edges of which are embedded in the lateral faces of the body 5. The bottom 7 of the latter comprises channels 8 open at their upper part and on which said plate 6 rests.

Ces canaux se terminent en un faisceau convergent à chacune des deux extrémités du corps 5 pour former une conduite d'entrée d'eau froide 9 et une conduite de sortie de l'eau chaude 10 (l'eau étant prise ici comme exemple de liquide calorigène).These channels terminate in a converging beam at each of the two ends of the body 5 to form a cold water inlet pipe 9 and a hot water outlet pipe 10 (the water being taken here as an example of liquid circus).

Le matériau constitutif du corps 5 est avantageusement une matière plastique expansée de préférence un polyuréthane expansé connu pour être un bon conducteur thermique. Ce corps sera peint en noir pour jouer le roule d'absorbeur. Comme on le voit, le capteur ainsi réalisé associe à l'action de cet absorbeur l'effet de serre obtenu par la disposition de la plaque de verre (ou analogue) 6 au-dessus des canaux de circulation du fluide calorigène 8 sans nécessiter de précautions particulieres quant à sa réalisation et sans avoir prévoir, éventuellement après avoir appliqué la technique du vide, des joints spéciaux. The material constituting the body 5 is advantageously an expanded plastic material, preferably an expanded polyurethane known to be a good thermal conductor. This body will be painted black to play the absorber roll. As can be seen, the sensor thus produced associates with the action of this absorber the greenhouse effect obtained by the arrangement of the glass plate (or the like) 6 above the circulation channels of the circulating fluid 8 without requiring any special precautions as to its realization and without having foreseen, possibly after having applied the vacuum technique, special seals.

Ce matériau sert aussi de caisson et de coffre si bien que les éléments distincts constitutifs des capteurs connus ont été remplacés par un élément unique pour former avec la lame de verre qui y est noyée, un corps monolithe dont les avantages apparaissent immédiatement à l'homme de l'art au niveau du prix de revient et de l'entretien. A cet égard, on remarquera que le capteur ainsi réalisé est jeté en cas de défectuoité et remplacé dans son intégralité. Son prix de fabrication peu élevé, étant donné les techniques de moulage simples et les matériaux peu coûteux auxquels on a recours, justifie une telle pratique par opposition à celle nécessitant la prévision de réparation et/ou d'entretien des appareils faisant alors appel à de la main d'oeuvre coûteuse.  This material also serves as a box and trunk so that the separate elements constituting the known sensors have been replaced by a single element to form with the glass slide which is embedded therein, a monolithic body whose advantages immediately appear to man. art in terms of cost and maintenance. In this regard, it will be noted that the sensor thus produced is discarded in the event of a defect and replaced in its entirety. Its low manufacturing price, given the simple molding techniques and the inexpensive materials which are used, justifies such a practice as opposed to that requiring the provision of repair and / or maintenance of the devices then calling for expensive labor.

Le procédé de fabrication des appareils selon l'invention est un procédé de moulage que l'on comprendra aisément en se référant a la figure 4. The process for manufacturing the apparatuses according to the invention is a molding process which will be easily understood by referring to FIG. 4.

On utilise un moule comportant une coquille 12 et une coquille articulée 13 de fermeture de la première. Le fond de la coquille 12 est conçu et réalisé de manière comporter un bossage 14 occupant la plus grande partie de ce fond et délimitant ~eux créneaux 14a-14b sur lequel on dispose la plaque de verre 6 dont les côtés latéraux 6a-6b débordent dudit bossage. Au-dessus de ladite plaque sont prévues des cannelures qui formeront, une fois la pièce moulée, les canaux 8.En fermant cette coquille 12 et en Introduisant par le conduit approprié (schématisé en 13a) la matière plastique et en laissant celle-ci s'expanser, suivant une technique bien connue, toute la cavité libre sera remplie de cette matière noyant ainsi les bords 14a et 14b de la plaque 14 et réalisant les canaux 8 de l'appareil de l'invention. Après moulage, celui-ci se présente alors en coupe, comme illustré a plus petite échelle sur la figure 3. Les avantages qu'il présente ont été exposés précédemment, l'homme de l'art se rendant compte du faible prix de revient qu'il faut envisager pour sa réalisation ainsi que des moyens å mettre en oeuvre pour y parvenir.A mold is used comprising a shell 12 and an articulated shell 13 for closing the first. The bottom of the shell 12 is designed and produced so as to include a boss 14 occupying most of this bottom and delimiting them ~ slots 14a-14b on which there is the glass plate 6 whose lateral sides 6a-6b project beyond said boss. Above said plate are provided grooves which will form, once the part is molded, the channels 8. By closing this shell 12 and introducing the plastic material by the appropriate conduit (shown diagrammatically in 13a) and leaving it s expand, according to a well known technique, the entire free cavity will be filled with this material thus embedding the edges 14a and 14b of the plate 14 and forming the channels 8 of the apparatus of the invention. After molding, it is then in section, as illustrated on a smaller scale in FIG. 3. The advantages which it presents have been explained above, the person skilled in the art realizing the low cost price that 'We must consider for its realization as well as the means to implement to achieve it.

Il va du resté de soi que l'invention n'a été décrite qu'a titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y être apportée sans sortir de son cadre.  It goes without saying that the invention has been described for purely explanatory and in no way limitative and that any useful modification may be made without departing from its scope.

Claims (3)

REVENDICATIONS 1. Capteur solaire essentiellement caractérisé par le fait qu'il est monolithe et qu'il est constitué d'un corps (5) allongé venu de moulage d'un unique matériau plastique bon conducteur thermique et au sein duquel sont réalisés des canaux ouverts (8) de circulation du fluide calorigène sur lesquels repose le vitrage (6) nécessaire à l'obtention d'un "effet de serre", vitrage luizmême inséré dans ledit corps (5). 1. Solar collector essentially characterized in that it is monolithic and that it consists of an elongated body (5) molded from a single plastic material which is a good thermal conductor and within which open channels are made ( 8) circulation of circulating fluid on which rests the glazing (6) necessary to obtain a "greenhouse effect", glazing luizmême inserted in said body (5). 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau plastique est un matériau expansé rigide du type polyuréthane expansé rigide. 2. Sensor according to claim 1, characterized in that the plastic material is a rigid expanded material of the rigid expanded polyurethane type. 3. Procédé de fabrication d'un capteur solaire monolithe selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il consiste à disposer au fond de l'une des coquilles d'un moule dont la forme est celle correspondante de celle que doit avoir finalement la partie superieure du capteur, une plaque de verre et dont les parois correspondent aux flancs de ce capteur, à faire porter par cette plaque le moyen de moulage destiné à réaliser les canaux de circulation du fluide calorigène et, après fermeture du moule au moyen de l'autre coquille, à procéder de façon connue à l'injection et à l'expansion de la matière plastique choisie puis à démouler de façon également connue en soi.  3. A method of manufacturing a monolithic solar collector according to claim 1 or 2, characterized in that it consists in having at the bottom of one of the shells of a mold whose shape is that corresponding to that which must finally have the upper part of the sensor, a glass plate and the walls of which correspond to the sides of this sensor, to cause this plate to carry the molding means intended to produce the circulation channels for circulating fluid and, after closing the mold at means of the other shell, to proceed in a known manner to the injection and expansion of the plastic material chosen and then to unmold in a manner also known per se.