Brevet FR2401390A1 — publié le 19790323

La presente invention concerne 11 exploitation de l'energie solaire et en particulier le montage d'une pluralite de capteurs d'energie aux fins d'extraire et de vehiculer l'energie captee ; un tel montage est appelé "collecteur" en raison de -la fonction qu'il assume. La configuration d'un montage collecteur est directement influencée par les choix du type de capteur d'énergie et de imagent qui véhicule l'energie captee. Quant au choix du capteur ctest un type de capteur, d'apparition récente sur le marché, qui a été retenu pour la mise en oeuvre de la présente invention. Il s'agit d'un dispositif, mis au point au moyen de techniques de fabrication des tubes a vide. Son rendement est bien superieur a celui des dispositifs préc8demment connus. Le tube capteur a vide se compose essentiellement d'un tube a vide forme par la réunion de deux tubes de diamètresdifférents, assembles coaxialement l'un dans l'autre par au moins une soudure en bout. Lors de la fabrication, une couche, faite d'un matériau absorbants est deposce sur la paroi du tube interne soumise au vide qui regne entre les parois coaxialement imbriquées des deux tubes qui forment une enceinte etanche.Alors que dans les capteurs plats l'absorbeur se trouve place dans l'air, dans le cas de ce type de capteur l'absorbeur est sous vide. La deperdition energetique est minimisee. Les capteurs vide du type decrit se présentent comme des tubes allongés a double paroi. I1 en existe deux modeles, l'un dans lequel les deux tubes imbriques sont soudes en leurs deux extremites, l'autre dans lequel ils ne sont soudes qu'en une de leurs extremites. La forme des capteurs du second modele est semblable à celle des récipients de conservation isotherme connus sous l'appellation de vase "DEWAR",tu nom du physicien anglais. Quant au choix de l'agent convoyeur d'energie, plusieurs solutions ont ont etc proposees. Entre autres, on a propose de garnir la paroi exterieure interne du tube capteur a vide d'une couche conductrice thermique, "velue", en contact intime avec un "drain thermique" pour extraire les calories captees a l'interieur des tubes capteurs. Le drain thermique est prolonge a l'exterieur des tubes pour acheminer l'energie calorifique yers le lieu d'exploitation. I1 s'agit d'une solution dont l'application est delicate et tres onéreuse. L'eau a etc proposée, mais les accidents en cas de rupture, de gel, d'ebullition prohibent son utilisation. Aucune des solutions propos ces jusqu'à present n'offre un montage collecteur réellement fonctionnel pour l'emploi des tubes capteurs a vide. C'est pour suppleer a ce defaut de moyens adaptes a la mise en oeuvre des tubes capteurs a vide que l'invention propose de fournir un montage collecteur d'energie solaire fonctionnel, groupant une pluralite de tubes capteurs a vide de l'un et l'autre modele du type en cause. Selon l'invention le montage collecteur d'energie solaire comporte un assemblage mécanique des capteurs a vide et une organisation des canalisations collectrices pour l'alimentation, le drainage et l'acheminement d'un agent convoyeur de lténergie. Il est remarquable en ce que l'assemblage mécanique coopère avec les canalisations collectrices pour assurer un bon contact thermique entre la couche absorbante et l'agent convoyeur d'énergie. Selon l'invention le montage collecteur d'énergie solaire est remarquable en ce que l'agent convoyeur d'énergie qu'il utilise est un courant fluide caloporteur gazeux, tel l'air propulsé ou un courant gazeux contenant au moins un des elements constitutifs de l'air. Selon une forme de realisation particulière de l'invention, le-montage collecteur est remarquable en ce que l'organisation des canalisation collectrices comprend une seule canalisation collectrice pourvue de premiers moyens aptes a fournir une distribution continue du courant fluide dans chacun des tubes capteurs, de seconds moyens pour mettre en contact thermique l'agent convoyeur d'énergie avec la paroi interne de chacun desdits tubes et de troisièmes moyens pour assurer la reprise de l'agent convoyeur d'energie porteur des calories. Selon un mode de réalisation avantageux le montage collecteur d'énergie solaire selon l'invention utilise comme agent convoyeur d'énergie un courant fluide gazeux, tel l'air propulse- ou un courant gazeux contenant au moins un des éléments constitutifs de l'air. Selon un mode particulier de réalisation le montage collecteur d'énergie solaire est remarquable en ce que la canalisation collectrice unique est constitutive de l'assemblage mécanique groupant la pluralité de capteurs associés au montage. Enfin , selon un mode particulierement avantageux de réalisation de l'invention, le montage collecteur d'énergie est remarquable en ce que les premiers moyens de distribution continue du courant fluide gazeux consistent dans la disposition d'une cloison longitudinale continue dans ladite canalisation, cette cloison se prolongeant longitudinalement dans chaque tube capteur a vide de façon à separer le volume intérieur de la canalisation d'une part, et celui des tubes, d'autre part, en deux zones-continues propices à ltécoulement d'un courant gazeux, la premiere de ces zones étant réservée à la distribution du courant gazeux entrant, en ce que les~seconds moyens consistent a ménager dans la région proche de l'extremite fermée de chaque tube un passage pour un écoulement gazeux de la premiere zone vers la seconde zone le long de la paroi interne du tube de manière à ce que le courant gazeux balaie cette paroi, et en ce que les troisièmes moyens consistent a réserver la seconde zone d'écoulement a la reprise du courant gazeux, porteur de l'énergie captée, apres la balayage de la totalité de la paroi interne de chacun desdits tubes capteurs. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement å la lecture de la description suivante d'exemples de realisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels : La figure I représente la vue en perspective d'un montage collecteur approprié aux tubes capteurs ouverts en chacune de leurs extrémités O La figure 2 représente schematiquement une installation mettant a profit, conformément à l'invention, l'énergie solaire, La figure 3 représente schématiquement,en perspective, une forme de réalisation de l'invention utilisant des tubes capteurs fermés a l'une de leurs extrémités. Le montage collecteur 1, illustré par la figure 1, est réalisé a l'aide de deux canalisations collectrices : la canalisation 2, dite canalisation ou collecteur d'entrée, pour acheminer le flux caloporteur entrant vers les tubes capteurs, la canalisation 3p dite canalisation ou collecteur de sortiespour reprendre le flux a la sortie des tubes et l'acheminer vers un centre d'exploi n tation non figure. Les tubes capteurs 4, 4', 4tt,. ..,4n sont rigidement liés aux collecteurs 2 et 3 par l'insertion étanche de leurs extrémités 41, 42...... 41n, 42n dans les collecteurs 2 et 3. L'insertion mécanique des extrémités est ici réalisée par emmanchement de chaque extrémité aux travers d'une paroi latérale d'un collecteur. L'autre extrémité du tube est emmanchee a l'opposé dans la paroi de l'autre collecteur. Des joints d'étanchéité sont disposés a la jonction des tubes dans le collecteur. La structure mécanique du montage de la figure 1 est une structure en "échelle" dans laquelle les montants de lté- chelle sont constitués par les collecteurs d'entrée et de sortie, et les barreaux par les tubes a vide ouverts. La figure I montre le tube capteur 4 sectionne selon un plan perpendiculaire a sa génératrice. On peut distinguer les deux tubes 43 et 44 qui le composent. Le tube 43, de plus grand diamètre, est soudé au tube 44, de diamètre moindre, en bout, aux deux extrémités. La soudure sectionnée est visible en 45. Le vide règne dans l'espacement 46 ménagé entre les deux tubes imbriques. L'es 47 pacement libref l'intérieur du tube capteur sert le canal au fluide caloporteur qui y est amené par la-canalisation d'alimentation 2 selon la fleche F2 ; le fluide y suit vers la canalisation collectrice de sortie 3 le chemin indique par la flèche F4, de F2 vers F3, Le fonctionnement du systeme est simple : le flux arrive de la canalisa tion 2, il alimente successivement tous les tubes capteurs 4, 4r, 4,,,,,,4n; 4n. I1 est collecté en sortie des tubes par le collecteur de sortie 3 et se propage selon F3 vers l'exploitation non figuree. La figure 2 représente schématiquement une installation complète utilisant le montage collecteur 1. Les éléments de cette installation sont, outre le montage collecteur 1, un élément générateur de flux G, un. transformateur d'entre gie T, un élément d'exploitation non figure evoqué par la lettre U et symbolisé par la dénivellation entre deux flêches. Selon l'invention le flux caloporteur choisi est l'air, ou à défaut de l'air, un courant gazeux contenant au moins un des éléments constitutifs de l'air. Pour provoquer et entretenir un flux d'air dans le montage collecteur tel celui de la figure 1, le générateur de flux propulse dans une canalisation d'amenée 2 un flux qui vient alimenter le montage 1. Le flux est successivement repris a la sortie de chaque tube par la canalisation de sortie 3. Il est alors, chargé des calories qu'il a receuillies des capteurs soumis au rayonnement solaire RS. Le flux gazeux cede ses calories dans le primaire 11 du transformateur d'énergie T au profit du secondaire 21, de façon a developper aux bornes de l'utilisation U l'énergie transformée, prête a l'utilisation. Le générateur G est un véntilateur ou un appareil quelconque de propulsion d'un courant gazeux. Le systeme d'installation illustré par la figure t peut fonctionnerdemaniere autonome c'est-à-dire que l'énergie subsistant après la traversée du transformateur d'énergie il peut être employée à fournir au moteur du généra- teur G la force nécessaire pour la propulsion. La figure 3 illustre schématiquemeat une forme de réalisation du montage collecteur selon l'invention utilisant des tubes a vide ouverts å une seule extrémité. Le montage collecteur 31 est un montage en "épi" autour d'un canal collecteur unique 32. La vue en perspective cavalière montre dans la double série de tubes vide les premiers de ces tubes 33 et 33' sectionnés verticalement. Chaque série est montée, de part et d'autre du canal collecteur 32 dans une paroi latérale: perçée d'orifices, tel l'orifice 34. Une cloison longitudinale continue 35 sépare le volume intérieur de la canalisation 32 en deux . Un flux gazeux entrant en F32 se sépare entre les deux tubes capteurs symétriques de mne rang, tels les tubes 33 et 33'. Comme la cloison 35 est prolongee de part et d'autre dans les tubes symétriques de même rang 33 et 33', le flux entrant leche la paroi interne inférieure des tubes 33 et 33t . La couche absorbante 36 retient une chaleur intense dans l'intérieur du tube et principalement sur cette paroi. En circulant dans 1' étroit canal intérieur 37 le courant gazeux s'échauffe. Il est obligé a con tourner les extrémités 35 et 35 , de la cloison séparatrice et il balaie tout e e I'intérieur du tube pour ressortirdans la zone de volume supérieur du canal collecteur 32. Le mecanisme de balayage interne des tubes se continue, par paires symétriques, ainsi de suite, pour les "n" paires de tubes que comporte le montage collecteur. En sortie, le collecteur unique a drainé 2n fois les calories disponibles dans l'intérieur d'un tube unitaire, tel le tube 33. Ainsi le flux F est un flux s d'air chaud dont ensuite il suffit d'extraire les calories grâce à un transformateur thermique T comme sur le schéma de la figure 2. Pour réaliser le transformateur thermique une pluralité de solutions sont actuellement connues Il peut s'agir d'un appareillage qui echauffe un ballon d'eau chaude par exemple. Le rendement du montage collecteur décrit par l'invention est excellent. Les calories étant receuillies à l'intérieur de l'enceinte a double paroi des tubes capteurs, la chaleur y est quasi intégralement conservée. La repartition du volume du canal collecteur en deux diminue au maximun les deperditions calorifiques. Des expériences ont été faites qui ont permis de mettre en évidence la qualité élevée de ce rendement. On peut encore l'augmenter en prévoyant la disposition d'une couche réflectrice 38,éventuellement partielle, sur la paroi interne du tube de grand diametre par exemple. Il y a alors concentration de l'effet thermique, par réflexion de la partie transmise du rayonnement, donc renforcement de l'effet thermique. Comme le courant caloportèur choisi est gazeux, le montage offre l'avantage d'une garantie totale a l'égard du bris par gel, ébullition etc... du aux températures ambiantes excessives de froid ou de chaud. Comme le flux gazeux comporte au moins un des éléments constitutifs de l'air, dans le cas de la rupture de l'un, ou de plusieurs, tubes capteurs aucun danger n'est à craindre ni pour l'homme ni pour l'environnement. Les materiaux servant à fabriquer le , ou les collecteurs sont choisis parmi les matériaux usuels : tole métallique, fibrociment, plastique, bois etc.. Ils sont peu onéreux. Le montage collecteur satisfait aisement aux normes de sécurité tout en gardant un prix de fabrication modique. Il permet un excellent rendement calorifiqueZlacé sur une toiture d'édifice, il n'offre guère de prise au vent et peut être harmonisé avec le couleur du matériau de la toiture. Le montage collecteur selon l'invention a l'avantage de pouvoir être disposé selon des orientations différentes en rapport avec la saison, l'inclinaison de la toiture ...etc. L'orientation propre de chaque tube peut encore être modifiée à volonte pour une exploitation maximale du rayonnement. Jusqu'a la presente invention on ne disposait pas d'un montage collecteur dont l'assemblage mécanique coopère avec les tubes capteurs à vide pour drainer et évacuer les calories captees. Cette constatation souligne l'apport technique de l'invention. Bien que les principes de la presente invention aient été decrits cidessus en relation avec des exemples particuliers de realisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVEND ICATIONS 1. Montage collecteur pour l'exploitation de-l'énergie solaire constitué par un assemblage groupant une pluralité de capteurs d'energie rayonnée et au moins une canalisation collectrice pour drainer l'énergie captée, caractérisé en ce que - l'énergie rayonnée par le soleil est captée sous forme d'énergie athermique, - les capteurs groupés sont du type "tube a vide" dans lequel l'énergie rayonnée est absorbée par une couche solidaire de la paroi interne du tube capteur, - et en ce que l'organisation des canalisations collectrices est pourvue de premiers moyens pour distribuer à l'intérieur de chaque tube un courant de fluide caloporteur, de seconds moyens pour faire entrer ledit courant fluide en contact thermique avec la paroi interne de chacun des tubes, et enfin de troisièmes moyens pour collecter le courant fluide porteur de l'énergie captée, en vue de l'acheminer vers l'exploitation prévue. 2. Montage collecteur d'énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide caloporteur qu'il utilise est un fluide gazeux, tel l'air, l'un des constituants de l'air,... 3. Montage collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organisation des canalisations collectrices comprend une seule canalisation collectrice, pourvue de premiers moyens aptes à fournir une distribution continue dans chaque tube capteur du courant fluide, de seconds moyens pour la mise en contact thermique dudit fluide avec la paroi interne de chaque tube et de troisièmes moyens pour assurer la reprise du courant fluide. 4. Montage collecteur salon la revendication 3, caractérisé en ce que le fluide qu'il utilise est un fluide gazeux, tel l'air, l'un des constituants de l'air,... 5. Montage collecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la canalisation collectrice unique est mécaniquement constitutive de l'assemblage groupant la pluralité de capteurs d'énergie utilisés. 6. Montage collecteur selon la revendication 3, la revendication 4 et la revendication 5, caractérisé en ce que les premiers moyens de distribution continue du courant fluide gazeux consistent dans la disposition d'une cloison longitudinale continue dans ladite canalisation, cette cloison se prolongeant longitudinalement dans chaque tube de façon à séparer le volume intérieur de la canalisation et celui des tubes en deux zones continues d'écoulement, la première de ces zones étant réservée à la distribution du courant gazeux, en ce que les seconds moyens consistent à ménager dans la région proche de l'extrémité fermée de chaque tube un passage pour l'écoulement gazeux d'une des zones vers l'autre zone le long de la paroi interne dudit tube de manière à ce que le courant gazeux balaie ladite naroi et en ce aue les troisiemes movens consistent à réserver la seconde zone longitudinale d'écoulement a la reprise du courant gazeux après le balayage de la totalité de la paroi interne de chacun des tubas.