Brevet FR2429392A1 — publié le 19800118

La présente invention concerne le domaine des capteurs solaires ou insolateurs. On connut déjà des capteurs solaires ou insolateurs permettant le chauffage d'eau ou d'un autre fluide caloporteur. On sait en outre que ces insolateurs doivent tendre à se comporter comme un corps noir, et on a indiqué qu'il était souhaitable de prévoir une structure cellulaire pour ce corps. Toutefois, la réalisation d'une structure cellulaire pose de nombreux problèmes technologiques, et aucune solution satisfaisante n'a pu être trouvée. La présente invention apporte une solution au problème précédemment évoqué et a pour objet un nouvel insolateur ayant une structure cellulaire caractérisé en ce que ladite structure cellulaire est constituée par du graphite. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, l'insolateur est constitué par du graphite poreux, c'est-8-dire présentant une structure cellulaire plus accentuée. Dans une autre variante de réalisation de l'invention, l'insolateur est constitué par de la fonte à graphite sphéroidal. Lorsqu'il est constitué par du graphite poreux, l'insolateur peut être par exemple formé par un rondin ou par une plaque en graphite, de préférence de faible épaisseur, qui, la surface étant sélective, constitue un corps noir presque parfait. Le pouvoir réceptif aux infrarouges du graphite poli est voisin de 98% pour les longueurs d'onde d'environ 7600 A et de 87% o pour celles d'environ 40.000 A ; ce sont pratiquement les longueurs d'onde traversant l'atmosphère. Si la surface du graphite est poreuse, sablée ou moletée, on se rapproche du corps noir parfait avec une réflexion pratiquement nulle. Par graphite poreux, on désigne un graphite dont la porosité est suffisamment grande pour que sa structure reproduise la structure cellulaire souhaitée. A titre d'exemple de graphite approprié aux fins de 1 'inven- tion on pourra citer le graphite commercialisé par UNION CARBIDE sous la dénomination AGSR. D'autre part, la conductibilité thermique du graphite est excellente, sa résistance aux chocs thermiques illimitée, celle à la corrosion parfaite. Sa densité est faible et il résiste bien à l'oxydation à condition de ne pas dépasser des températures supérieures à 400"C. Son utilisation comme insolateur ne peut donc qu'apporter de sérieux avantages par rapport aux collecteurs utilisés à ce jour, 1' obtention notamment/d'un bien meilleur rendement autorisant un emploi plus généralisé de l'énergie solaire. La présente invention permet donc de réaliser des collecteurs solaires plus efficients, constitués notamment par un insolateur plan ou cylindrique en graphite pouvant être ainsi fabriqué à partir d'une plaque de graphite poreux dont la surface est naturellement constituée par une série de grains et de creux donnant une surface sélective, sans avoir recours à aucun artifice, sablage, moletage ou autre. Pour inclure dans la structure de l'insolateur les tuyaux pour la circulation du fluide caloporteur, il suffit de creuser avec un outillage approprié une rainure, par exemple sinusoidale, correspondant au dessin et au 2 diamètre d'un tube, de préférence en cuivre, qui y sera appliqué. Les 2 branches externes de ce tube sinusoïdal seront plus longues. Elles sortiront de la plaque de graphite et serviront à l'entrée et à la sortie du liquide caloporteur devant y circuler.Une plaque symétrique de la première sera placée par dessus et emboîtera parfaitement le tuyau. Ces 2 plaques et le tube, dont l'ensemble constitue l'insolateur plan, seront maintenus bloqués l'un contre l'autre par le bâti du collecteur. Un réflecteur placé en dessous de l'insolateur évitera ou limitera les pertes par rayonnement. La plus grande efficacité sera donnée par des réflecteurs dorés ou argentés qui réfléchissent de 96 à 98,7% du rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre 7600 et 100.000 A. L'aluminium poli réfléchit seulement: o 72% d'un rayonnement de longueur d'onde 7600 A 75% d'un rayonnement de longueur d'onde 10.000 A 86% d'un rayonnement de longueur d'onde 20.000 A 91% d'un rayonnement compris entre 30.000 et 100.000 A. Une mince couche,de préférence d'or,ou ou éventuellement d'argent de quelques microns déposée sous vide sur de fines plaques d'aluminium, peut donc permettre de réaliser sans grand frais un réf lec- teur presque parfait mais une tôle d'aluminium polie constitue un réflecteur valable. Dans un rondin de graphite ayant les mêmes caractéristiques que celles des plaques, rondin dont le diamètre variera en fonction du rendement désiré, sont percés, sur toute la longueur du rondin, une série de trous concentriques. Leur diamètre sera égal à celui des tubes constituant un faisceau dans lequel circulera le liquide caloporteur, tube de cuivre par exemple. Lorsque l'insolateur est constitué par une ébauche ou par une plaque de fonte à graphite sphéroidal, les grains de graphite constituent une bonne surface sélective. Le coefficient d'absorbtion est élevé mais la conductibilité thermique de la fonte est relativement basse. On y remédie en coulant dans la fonte par exemple de l'aluminium dont la conductibilité thermique est élevée. Les tubes dans lesquels circule le liquide caloporteur sont noyés dans l'aluminium. Les exemples suivants sont destinés à illustrer l'invention sans aucunement en limiter la portée. EXEMPLE 1 Dans un rondin en graphite poreux de 50 mm de diamètre et d'une longueur de 1200 mm, pouvant être coupé en 3 parties égales de 400 mm pour la facilité d'usinage, on a enfilé les tubes de cuivre assemblés en faisceau par brasure sur un réservoir cylindrique plat alimenté par le tube d'arrivée du liquide caloporteur. Ces tubes,enfilés dans le rondin de graphite,ont été ensuite réunis, par brasure ou tout autre procédé approprié, à un réservoir identique au précédent,mais avec tube de sortie du liquide caloporteur. On a ainsi obtenu un insolateur cylindrique de grande capacité de chauffe d'une surface sélective de-1890 cm2. Avec un faisceau de 6 tubes 8/10, la surface de chauffe de liquide caloporteur était de 2268 cm2. I1 est possible d'augmenter le nombre de tube du faisceau, donc la surface de chauffe. Cet insolateur a été placé dans l'axe de la ligne focale d'un réflecteur cylindro-parabolique qui avait pour but de concentrer le rayonnement solaire sur l'insolateur. L'ensemble,monté sur un bâti approprié dont le principe est déjà largement appliqué, constituait un capteur solaire d'un type-nouveau ayant une efficacité jamais atteinte. EXEMPLE 2 Une plaque de fonte à graphite sphéroldal, par exemple de 5 mm d'épaisseur, a été coulée dans un moule conçu pour donner une face plane: face réceptive,et et au dos face arrière, des cannelu- res longitudinales de forme trapézoidale. Dans les cannelures,on a placé soit un tube de cuivre sinu soidal, soit un faisceau tubulaire ayant les mêmes caractéristiques que celles décrites précédemment pour l'insolateur en graphite poreux. L'ensemble a été porté à une température voisine de 400 à 500 OC. On a alors coulé dans les cannelures de l'aluminium qui a adhéré parfaitement à la fonte et aux tubes de cuivre. Cet aluminium assurait une bonne transmission de chaleur entre chaque composant de l'insolateur. Résistant à l'oxydation à une température beaucoup plus élevée que celle critique pour le graphite ,il pouvait atteindre, avec des liquides caloporteurs "daw therm"(mélange de diphényle et oxyde de diphényle) sans grande pression de l'insolateur, des températures suffisamment élevées pour obtenir de l'eau chaude pour le chauffage des immeubles ou de la vapeur susceptible d'alimenter des turbines. EXEMPLE 3 Dans une ébauche creuse de faible épaisseur, 5 mm par exemple, réalisée en fonte à graphite sphéroïdal ayant les mêmes caractéristiques que celles décrites pour la plaque à l'exemple 2, on a placé un faisceau de tubes cylindriques en cuivre d'un diamètre de 8/10 mm. Ces tubes ont été réunis en faisceau par brasure sur un réservoir constitué par une boite cylindrique d'un diamètre égal à celui de l'ébauche (50 mm) et d'une épaisseur assurant le débit total du faisceau tubulaire. Ce faisceau tubulaire mis en place, l'ensemble ébauche-faisceau a été chauffé de manière à obtenir une température uniforme de 400 à 5000C. On a coulé alors dans ébauche, entre les tubes, de l'aluminium fondu. L'ensemble a été mis à refroidir lentement, puis les tubes du faisceau ont été réunis, par brasure ou tout autre procédé valable, à la boite de récupération du liquide caloporteur. Cette boite était munie d'un tube d'évacuation du liquide vers l'échangeur. Bien entendu, l'invention ne saurait être limitée aux exemples spécifiques décrits précédemment, et des variantes d'exécution pourront être réalisées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, il va de soi qu'on pourra utiliser un faisceau de tuyaux totalement préfabriqué avec des réservoirs de jonction, côté entrée et sortie du liquide, ayant un diamètre inférieur à celui du diamètre intérieur de l'ébauche. REVENDICATIONS 1. Insolateur pour collecteur solaire, à structure cellulaire, caractérisé en ce que ladite structure cellulaire est constituée par du graphite. 2. Insolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par du graphite poreux. 3. Insolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par de la fonte à graphite sphéroldal. 4. Collecteur solaire comprenant un insolateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 5. Collecteur solaire selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est disposé au-dessus d'un réflecteur,par exemple en aluminium, dont la surface est dorée ou argentée.