Brevet FR2392337A1 — publié le 19781222

La présente invention concerne d'une manière générale, des collecteurs d'énergie solaire et elle a trait plus particulièrement à des collecteurs du type dans lesquels chaque unité possède une enveloppe de configuration tubulaire. Au fur et à mesure de l'augmentation du coût des autres formes d'énergie utile, on a intensifié les efforts pour obtenir une conversion utile de l'énergie solaire en une forme d'énergie plus aisément utilisable. Les aspects economiques de l'appareil à utiliser, aussi bien que les coûts de maintenance sont des considéra- tions principales dans le choix des conceptions des collecteurs d ' énergie solaire. Il est bien connu qu'une partie du rayonnement électromagnétique reçu du soleil traversera des matériaux transparents tels que du verre, et chauffera alors un objet opaque placé derrière le verre. Communément, l'espace entre le matériau transparent et l'objet est mis sous vide, pour empêcher des pertes de chaleur par conduction et convexion dans les gaz. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique 980.505 et 2.460.482 décrivent de tels dispositifs. Ces brevets décrivent une construction tubulaire à double paroi avec un fluide à l'intérieur du tube interne. Dansle brevet des Etats Unis d'Amérique nO 2.460.482, on propose en outre de revêtir la surface extérieure du tube interne avec un matériau fortement absorbant des rayons solaires. Lorsque, comme cela est fréquemment le cas; on souhaite utiliser un liquide en tant que milieu à chauffer, il apparait des problèmes de compatibilité du liquide aussi bien que des dégradations des composants organiques tels que les joints et les tuyaux utilisés pour contenir le liquide. Des parties de l'appareil subiront également des cycles de dilatation et de contraction en fonction des variations de l'insolation qui pourront conduire à une rupture due à la fatigue ou à une mauvaise conception. En combinant une structure tubulaire telle que celle décrite à'la figure 8 du brevet nO 980.505, avec un revêtement sur l'ex térieur du tube interne comme suggèré par le brevet nO 2.460.482, on a accompli un pas important pour l'obtention d'un collecteur tubulaire d'énergie solaire pratique. Plus récemment, le brevet des Etats Unis-n 3.952.724, bien qu'utilisant une enveloppe tubulaire à double paroi, sous vide, comme ci-dessus, proposait d'utiliser un troisième tube pour transporter du fluide dans l'extrémité interne de l'enveloppe à partir de laquelle il peut s'écouler le long de la paroi intérieur du tube interne comme décrit dans le brevet 2.460.482. Ce type de structure conduit à un problème de perte du fluide du système total si l'une quelconque des enveloppes tubulaires se brisait. En outre, on utilise des canalisations d'entrée et de sortie auxquelles doivent être réunis chaque collecteur par un joint étanche au fluide, chacun des joints constituant un point de fuite potentiel. En bref, selon une réalisation de la présente invention, on prevoit une enveloppe tubulaire à double paroi sous vide, ayant une paroi extérieure transparente. Contenue à l'intérieur de cette enveloppe et s'étendant dans la meme direction que celle-ci, se trouve ure ailette formée d'une feuille métallique contrainte contre la paroi interne de l'en- veloppe. On prévoit un tube en U, à deux branches pour convoyer du fluide selon une bonne relation de transfert de chaleur avec cette ailette, en reliant une branche avec l'ailette. L'autre branche est laissée libre afin de pouvoir accomoder la dilatation et la contraction thermique. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représente respectivement: Figure 1, un dispositif à tube et ailette selon la présente invention, à la fois avec et sans une enveloppe tubulaire, en partie arrachée, Figure 2, une vue en coupe d'une partie de la figure 1, Figure 3, une vue de dessus d'une partie d'un réseau de collecteur tubulaire d'énergie solaire, Figure 4, une vue en bout par rapport à la figure 3, Figure 5, une vue en coupe d'une partie de la figure 3, Figure 6, une autre réalisation du dispositif de la figure 1, et, Figure 7, une vue en coupe de la figure 6. Si l'on se réfère à la figure 1, la partie supérieure représente un élément de collecteur d'énergie solaire complet tandis qu'on a supprimé l'enveloppe tubulaire de la partie supérieure. Un tube en U 10, qui est de préférence en un métal tel que le cuivre , est prévu pour transporter un fluide destiné à être chauffé par la chaleur dérivée du rayonnement solaire. En utilisant des joints 12 formés par des techniques classiques de plomberiel on peut réunir en un seul conduit étanche un ensemble de tubes 10 d'éléments de collecteur d'énergie solaire distincts. (Ceci est décrit à la figure 4 du brevet des Etats Unis nO 3.227.053). Cet agencement remédie aux problèmes de fuite qui avaient été rencontrés dans des dispositifs de collecteurs d'énergie solaire lorsqu'on avait utilisé des matériaux organiques sous la forme de tuyaux. Comme le montrent les figures 1 et 2, le tube 10 a la forme d'un U dans chacun des eleents de collecteur d'énergie solaire distincts. Selon la présente invention, la branche supérieure du U (telle que vue sur le dessin) se trouve en relation de transfert de chaleur avec un élément métallique en forme de feuille incurvée 14 (que l'on appelera par la suite ailette), tandis que la branche inférieure est laissée libre afin d'accomoder la dilatation et la contraction thermique. Dans la disposition représentée à la figure 2, l'ailette 14 est formée avec un canal destiné à recevoir la branche supérieure du tube 10. Comme le montre la figure 7, cependant, l'ailette 14 peut s'étendre sur la totalité de la configuration en forme de U. On peut utiliser des expédients classiques pour améliorer le contact thermique entre l'ailette 14 et le tube 10, tels que en les liant ensemble par soudage. On a représenté a la partie supérieure de la figure 1 des tubes interne et externe 16 et 18 respectivement. A l'extrémité de gauche, les tubes 16 et 18 sont fondus l'un dans l'autre ; cependant, à l'extrémité de droite, ces tubes ne sont pas réunis l'un à l'autre. Cet agencement est recommandé si l'on s'attend à ce que le tube interne puisse s'allonger d'une quantité plus importante que le tube externe du fait des différences de leur température. Lorsque l'on pense que ces différences ne seront pas aussi sévères, on peut utiliser l'agencement représenté à la figure 3 du brevet des Etats Unis d'Amérique 980.505 dans lequel les deux extrémits des tubes sont réunies ensemble. L'espace entre les deux tubes est mis sous vide pour réduire le transfert de chaleur du tube interne vers le tube externe. L'extrémité 20 du tube externe est alors fermée par pincement. Le cas échéant, on peut placer un piège (getter) dans le volume sous vide, afin d'absorber tous gaz résiduelsou dégagés. On prévoit dans cette réalisation un dispositif d'entretoisement 22, pour maintenir la relation d'espacement entre les extrémités de droite des tubes interne et externe. Afin de rendre maximum le transfert de chaleur du tube interne 16 à l'ailette 14, on fabrique l'ailette 14 de sorte qu'elle ait un diamètre extérieure quelque peu plus grand que le diamètre in férieur du tube 16. Lorsque l'on glisse la combinaison du tube interne et du tube externe sur l'ailette 14, cette ailette 14 sera comprimée contre la paroi interne du tube interne. Bien évidemment, on réalise l'ailette 14 aussi longue que possible pour qu'elle reçoive l'insolation maximum. Le tube externe 18 est transparent et de préférence fait de verre tel qu'un verre de borosilicate ou de chaux sodée. Le tube interne 16 peut être fait avec le même matérieu ; cependant, sa surface externe possède de préférence un revêtement ayant une forte absorbtivité et une faible émissivité ou un rapport a/e élevé pour rendre maximum la quantité de rayonnement qui sera absorbée sous forme de chaleur par le tube 16 et conduit à travers lui jusqu'à l'ailette 14 et au tube 10, chauffant ainsi le fluide se trouvant à l'intérieur de ce tube 10. La figure 3 représente une partie d'un réseau d'éléments de collecteur d'énergie solaire 24. Les dimensions telles que la longueur de l'enveloppe tubulaire ne sont pas critiques et peuvent être choisies pour diverses raisons telles que la disponibilité commerciale d'un tube déjà fabriqué pour d'autres buts (tels que des lampes fluorescentes). Un réflecteur de rayonnement ondulé 26, comme on le voit sur les figures 4 et 5, supporte des éléments de collecteur d'énergie solaire 24 et réfléchi le rayonnement solaire sur ces éléments. Le réflecteur 26 peut être constitue de tout matériau ayant une surface analogue à un miroir. Des coussins 28 (figure 5) entourent les éléments de collecteur d'énergie solaire 24 à leur extrémité de gauche et peuvent être fixés de façon adhésive à celle-ci. Ces coussins 28 peuvent être un caoutchouc mousse ou analogue.Une bande 30, qui peut être en métal, maintient vers le bas les extrémités de gauche des éléments de collecteur d'énergie solaire 24 tandis que des éléments de protection d'extrémité 32 qui peuvent être en un quelconque matériau moulable et souple, supportent les extrémités de droite des tubes dans la paroi interne 34 du conteneur 36. Bien que l'on nuait pas représenté le conteneur 36 comme ayant un couvercle, on peut utiliser une feuille de polycarbonate ',Lexan" de la General Electric Compagny comme couvercle pour empêcher une rupture. Les figures 6 et 7 montrent qu'il est également possible d'avoir un tube 10 disposé de telle sorte que la configuration en U soit verticale plutôt qu'horizontale comme représentée sur les figures 1 et 3. En outre, bien que cela ne soit pas recommandé, on peut utiliser un tube 38 qui ne soit pas en verre comme partie du collecteur d'énergie solaire. Un matériau à base de carbone renforcé par des fibres métalliques ou tout autre matériau bon conducteur de la chaleur est souhaitable. On doit noter que toute dilatation ou contraction thermiques de l'enveloppe par rapport à l'ailette et son tube n'introduira pas de contraintes entre les deux car elles ne sont pas reliées rigidement l'une à l'autre. Avec les réalisations précédentes, si une enveloppe tubulaire devait se briser, le système pourrait encore fonctionner bien qu'avec un rendement réduit, car, l'enveloppe tubulaire n'est pas un conduit pour le fluide à chauffer. REVENDICATIONS 1. Collecteur d'énergie solaire comportant une enveloppe tubulaire et une ailette contenue dans cette enveloppe, caractérisé en ce qu'il comprend un tube en forme de U se prolongeant dans l'enveloppe et hors de l'enveloppe formant ainsi deux branches, une de ces branches étant reliée à l'ailette et l'autre n'étant pas reliée. 2. Réseau de collecteursd'énergie solaire comportant un ensemble d'enveloppes tubulaires placées côte à côte, chacune de ces enveloppes contenant une ailette, réseau caractérisé en ce que un tube en U est placé dans chacune des enveloppes et possède deux branches dont une est reliée à l'ailette et l'autre n'est pas reliée. 3. Réseau de collecteursd'énergie solaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tubes en U sont coplanaire.