Brevet FR2305609A1 — publié le 19761022

I1 existe de nombreux dispositifs destinés à utiliser l'énergie solaire pour effectuer un certain travail. Les dispositifs récents les plus connus sont destinés à transformer directement énergie solaire en électricité. Ils comprennent généralement de grands panneaux constitués de cellules solaires. Cependant, ces dispositifs ne peuvent transformer qu'une petite partie de l'énergie totale fournie par le soleil et ils doivent donc occuper de grandes surfaces pour produire les quantités d'énergie convenant à la plupart des besoins. Par conséquent, ils ne sont mis en application que lorsque les sources classiques d'énergie ne peuvent entre utilisées, par exemple dans des lieux isolés ou dans l'espace. I1 existe d'autres dispositifs dans lesquels l'énergie solaire est suffisamment concentrée pour chauffer un fluide et provoquer une expansion de ce dernier entraSnant une augmentation de pression telle qu'une turbine ou un moteur fluidique comparable puisse entre commandé. L'efficacité d'une telle chaudière solaire à fluide unique est insuffisante,ce qui-empêche une utilisation courante des dispositifs de ce type.De plus, il est souvent difficile de faire fonctionner ces dispositifs en circuit ou cycle fermé et il en résulte une consommation importante de l'agent de travail. I1 est possible de tolérer le dernier défaut mentionné de ces chaudières solaires antérieures lorsque le fluide de travail est l'eau , cette dernière devant entre portée à une température très supérieure à la température ambiante avant de provoquer une augmentation de pression due au passage à ltétat de vapeur. I1 est donc souhaitable de disposer d'une chaudière solaire pouvant porter un fluide de travail à des pressions suffisamment élevées pour commander un moteur fluidique. I1 est avantageux qu'un tel dispositif puisse fonctionner en circuit fermé et que son rendement thermique permette la production de grandes quantités d'énergie à partir d'une surface relativement faible. le dispositif selon l'invention comporte une lentille transparente destinée à concentrer les rayons lumineux, à travers un fluide primaire d'échange thermique, sur un absorbeur de chaleur. te fluide primaire est une huile sensiblement transparente, de sorte que la lentille peut concentrer une grande partie de l'énergie solaire incidente sur une surface courbe d'absorption de chaleur. L'absorbeur, qui présente cette surface courbe, est recouvert d'un revêtement noir, de manière à absorber et convertir au maximum énergie incidente en chaleur et à élever ainsi la température du métal présentant la surface courbe. L'absorbeur de chaleur constitue la surface supérieure d'un échangeur de chaleur qui comprend plusieurs canaux verticaux de circulation d'huile, se présentant sous la forme de tubes faisant communiquer des réservoirs inférieur et supérieur d'huile avec la lentille et l'absorbeur de chaleur. Une chambre entourant les canaux est remplie dgun fluide secondaire d'échange thermique constitué d'un hydrocarbure porté à une température supérieure à son point d'ébullition par la chaleur produite dans la chaudière. Un effet de siphon thermique, produit dans la cuve de la chaudière, favorise la transmission de chaleur de l'huile vers lthydrocarbure. te siphon thermique est produit par la température apparaissant à la surface de l'absorbeur de chaleur à proximité des extrémités supérieures des canaux verticaux. L'huile en contact avec cette surface est chauffée et se dilate, de manière à produire un courant de convexion se dirigeant vers le haut puis vers l'extérieur, et redescendant. Il en résulte une circulation vers le haut de l'huile dans les canaux et, par conséquent, une augmentation de la transmission de chaleur à l'hydrocarbure à travers les parois de ltéchangeur. te fluide hydrocarboné sous pression produit dans ltéchangeur de chaleur est utilisé pour commander un moteur fluidique. te c8té basse pression de ce dernier est relié à des condenseurs qui abaissent la température de l'hydrocarbure à une valeur voisine de la température ambiante. Un compresseur renvoie ensuite à force le fluide hydrocarboné refroidi dans ltéchangeur de chaleur, de manière à achever le cycle fermé. L'invention concerne donc une chaudière solaire à deux fluides, d'un rendement thermique élevé et convenant aux installations motrices fonctionnant en circuit fermé. Cette chaudière permet d'obtenir des pressions élevées tzars faire appel à des températures extrêmes. Elle utilise z fluide stable d'échange thermique primaire et un fluide volatil d'échange thermique secondaire. Ce dernier fluide est cliaufié à la fois directement et par l'intermédiaire du fluide d'échange ther~i- que primaire. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une vue en plan d'une installation motrice comportant la chaudière solaire selon l'invention la figure 2 est une élévation de ''installat-on de la figure 1 la figure 3 est une coupe axiale et à échelle agran- die suivant la ligne 3-3 de la figure 2 ; et la figure 4 est une coupe transversale partielle suivant la ligne 4-4 de la figure 3. Les figures représentent la chaudière solaire selon l'Invention. Cette derniere comprend une cuve 60 cui contient une lentille 12 transmettant les rayons lumine, un absorbeur 14 de chaleur et un échangeur 16 de chaleur. La cuve 6C est remplie d'une certaine quantité d'un fluide primaire d'écnarEe thermique, à savoir l'huile 22 qui atteint la lentille 12 et qui circule à l'intérieur de la cuve 60 en passant dans des trous 26 d'une plaque 24 de montage de la lentille, dans des canaux 18 de l'échangeur 16 de chaleur, et dans un canal annulaire 70 entourant cet échangeur 16. Une chambre 72 permet l'expansion de huile sous l'effet de l'échauffement. Cette huile 22 est transparente, de même que la plaque 24, de manière que les rayons lumineux puissent la traverser et porter sur une surface 64 d'absorption de chaleur de l'absorbeur 14. Cette surface 64 est recouverte d'un revatement noir, de manière à favoriser au maximum l'absorption de la lumière et sa transformation en chaleur. L'échangeur 16 comprend une enveloppe 62 qui contient le fluide secondaire d'échange thermique, à savoir un hydrocarbure de formule CHC12F commercialisé sous l'appellation "?RENON 21" et pouvant titre porté à des pressions atteignant 98 bars. Des conduits 28 font circuler l'hydrocarbure sous pression de ltéchangeur de chaleur vers un moteur fluidique 30 pouvant btre de tout type convenable, par exemple à piston, à turbine ou à palettes rotatives. te fluide hydrocarboné sous pression est utilisé pour faire tourner le moteur dont la rotation est commandée par un mécanisme 32 de transmission. Le prélèvement d'énergie effectué sur le fluide hydrocarboné à haute pression entratne une diminution de cette dernière. l'hydrocar- bure à basse pression sort du moteur 30 par des conduits 34 et 36 qui le font passer dans deux condenseurs primaires 38 et 40 dans lesquels une partie importante de la chaleur restante du fluide hydrocarboné est éliminée.Des conduits 44 et 46 font ensuite passer ce fluide dans un condenseur secondaire 42 dans lequel la chaleur résiduelle est éliminée, de manière à ramener la température du fluide à une valeur sensiblement voisine de la température ambiante. Un conduit 48 fait ensuite passer le fluide hydrocarboné refroidi dans un compresseur convenable 50 qui, dans la forme de réalisation représentée, est commandé par le moteur 30. Ce compresseur élève sensiblement la pression du fluide de manière à permettre à ce dernier dt8tre réinjecté dans ltéchangeur de chaleur par les conduits 52. le dispositif selon ltinvention est exposé aux rayons du soleil. La lentille 12 concentre ces derniers et regroupe les rayons incidents que des effets de dispersion ou de réflexion éloignent des rayons provenant directement du soleil. Ces rayons regroupés et concentrés sont ensuite focalisés dans l'hui- le 22 qui transforme directement une partie de lténergie de ces rayons en chaleur, de manière que sa température s'élève. Dans une phase secondaire, l'énergie se concentre sur la surface 64 de llabsorbeur 14 de chaleur. La surface 64, revêtue d'une couche noire, absorbe une grande partie de l'énergie restante, de manière que la température du métal présentant cette surface 64 s'élève. le métal, porté ainsi à haute température, de l'absorbeur de chaleur assume plusieurs fonctions.Il transmet directement par conduction et par convexion une partie de énergie calorifique totale à l'huile 22. Ensuite, le ceté de la surface 64 orienté vers l'intérieur transmet de la chaleur directement au fluide secondaire d'échange thermique, de manière à en élever la température et à en augmenter le volume et la pression. La température élevée de la surface 64 porte l'huile située à proximité immédiate des ouvertures supérieures 90 des canaux 18 à une température supérieure à celle de la partie restante de cette huile. L'huile ainsi chauffée devient donc plus légère que l'huile environnante et s'élève. il en résulte une élévation de huile dans les canaux d'échange thermique, faisant apparattre un effet de siphon thermique.L'échange thermique est donc favorisé par l'élévation de l'huile dans les tubes 18 et par la descente de cette huile dans le canal 70 entourant le récipient 62 de l'échangeur de chaleur. Il en résulte, à l'intérieur de ce dernier, une transmission de chaleur au fluide hydrocarboné, de manière à élever la température et la pression de ce dernier. L'expansion du "FREON 21" chauffé étant importante, il en résulte l'apparition d'une pression intérieure élevée qui est transmise par les conduits 28 au collecteur d'entrée ou à tout élément analogue du moteur 30. le fluide à haute pression est utilisé pour la commande de ce moteur. L'énergie dissipée pour faire tourner ce dernier entratne une diminution de la pression et de la température du fluide qui s'écoule vers les condenseurs par les conduits 34 et 36. Les condenseur Xrimaires 38 et 40 et le condenseur secondaire 42 provoquent une diminution supplémentaire de la température du fluide, de manière que lthydrocarbure se condense de nouveau et que le compresseur 50 le fasse passer à l'état liquide et élève sa pression suffisamment pour l'injecter dans le récipient 62 de l'échangeur de chaleur. Il est évident qu'il est possible de mettre en oeuvre un dispositif de chauffage auxiliaire se présentant sous la forme d'un brtleur classique associé à la cuve 60 et suppléant ou remplaçant les rayons solaires lorsque cela est nécessaire ou souhaitable. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent 8trie apportées à la chaudière décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Chaudière à énergie solaire, destinée à produire un fluide à haute pression et associée à un moteur fluidique fonctionnant en circuit fermé, cette chaudière étant caractérisée en ce qu'elle comporte une chambre contenant un fluide primaire d'échange thermique, un dispositif d'admission d'énergie destiné à introduire l'énergie solaire dans la chambre, un absorbeur disposé dans cette chambre et convertissant 1 'éner- gie solaire en énergie thermique à l'aide dudit fluide primaire, un échangeur de chaleur transmettant la chaleur du fluide primaire à un fluide secondaire d'échange thermique, de manière que ce dernier soit porté à une pression suffisante pour commander le moteur. 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'admission d'énergie comporte une lentille remplie huile et concentrant l'énergie solaire sur l'absorbeur. 3. Chaudière selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'absorbeur présente une surface noire arrondie entrant en contact par un premier cEté avec le fluide primaire et par un second cOté avec le fluide secondaire d'échange thermique. 4. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur comporte plusieurs canaux orientés verticalement et destinés au passage du fluide primaire d'échange thermique, les extrémités supérieures de ces canaux étant situées à proximité de l'absorbeur, de manière que lesdits canaux et l'absorbeur constituent un siphon thermique augmentant la transmission de chaleur effectuée par ltéchangeur. 5. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un condenseur destiné à diminuer la température et le volume du fluide secondaire d'échange thermique. 6. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide sécondaire d'échange thermique répond à la formule CHC12F. 7. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide primaire d'échange thermique est une huile approximativement transparente.