Brevet FR2398981A1 — publié le 19790223

La présente invention se rapporte au domaine des capteurs d'énergie solaire. Elle a plus particulièrement pour objet un matériau composite, thermiquement absorbant, pour un tel.capteur. Deux principaux types de collecteurs d'énergie solaire sont connus - les collecteurs de type plan, constitués par une surface absorbante plane couplée à une circulation de fluide - les collecteurs de type tubulaire, constitués par une surface absorbante cylindrique dans laquelle circule un fluide caloporteur, Ces collecteurs sont habituellement réalisés en verre ou en métal et recouverts d'une couche absorbante, déposée par voie physique ou chimique, Or, dans le cas du verre, un tel dépôt est très difficile a réaliser, ce qui augmente sensiblement le prix de revient du capteur solaire tout entier. Afin de pallier cette difficulté, la présente invention a pour objet un matériau composite, présentant des propriétés absorbantes de l'énergie solaire grâce à une structure dentritique, et constitué par une grille en une ou plusieurs couches superposées ; ce matériau est placé a l'intérieur ou à l'extérieur du capteur. C'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, illustrée par les figures annexées, qui représentent - la figure 1, une vue en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d1un capteur solaire du type circuit fedansmode lequel le matériau absorbant selon l'inventioei est placé à l'extérieur du capteur - la figure 2, une vue schématique Bu détail d'un mode de re réali- sation du matériau selon l'invention ;; - la figure 3, une vue analogue à celle d la figure I, mais où le matériau absorbant selon l'invention est placé à l'intérieur du capteur - la figure 4, une vue en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation,. représentant un capteur solaire du type circuit ouvert, dans lequel le matériau absorbant selon l'invention est placé à l'intérieur du capteur. Bur ces différentes figures, les mimes références se rapportent aux mêmes éléments. La figure 1 représente un mode de réalisation d'un capteur d'énergie solaire fonctionnant en circuit fermé. Ce type de capteur est décrit par exemple dans la demande de brevet français No 76.13002 et la demande de certificat d'addition NO 77.08629. Ce capteur est par exemple de forme cylindrique. Il est constitué par un tube 2 qui peut être réalisé en métal ou, comme représenté sur la figure, en matériau transparent Il omrorte deux paries : un évaporateur (partie 21) et un condenseur (partie 22), sépares sur la figure par un axe XX. La partie évaporateur 2 u au moins, est placée sous vide dans une enveloppe transparente 1, afin d'éviter les pertes de chaleur par conduction et convection. L'enveloppe 1 est munie de picots il qui assurent le positionnement du tube 2 ; elle est fixée sur ce tube 2 au moyen de joints 12, selon par exemple l'un des modes de réalisation décrits dans les demandes de brevet et de certificat d addition précitées. L'enveloppe I peut encore porter - une couche réflectrice 13 afin d'améliorer la captation du rayonnement incident L, cette couche étant placée sur la partie de l'envel- loppe 1 qui est opposée à l'arrivée du rayonmement L - une couche 14 réfléchissant le rayonnement infrarouge, telle que de l'oxyde d'indium in203 lorsque l'absorption de celui-ci par la paroi du tube 2 est insuffisante Le tube 2 contient un fluide qui imprègne un système capillaire 3 placé contre la paroi interne du tube et réalisé de toute façon connue. Sur le plan de ses propriétés thermiques, le fluide choisi doit avoir une chaleur latente de vaporisation élevée, afin d'emmagasiner une grande quantité de chaleur, et une tension de vapeur suffisamment élevée pour produire de la vapeur en grande cmaetité. La mise en place du liquide s'effectue de la façon suivante : on procède à la saturation du système capillaire 3 par le fluide en phase liquide dans le cas d d'une matière absorbante, ou à son mouillage dans le cas d'une matière alvéolée ou poreuse, puis le vide est réalisé à l'intérieur du tube 2, jusqu'à ce que soit obtenue une atmosphère ne contenant que la vapeur du fluide considéré, à la pression de vapeur saturante. En fonctionnement, le flux solaire incident (L) capté par le dispositif vaporise le fluide dans la partie évaporateur 21. La vapeur ainsi produite se déplace vers le point froid qui est la partie 22, ou coeidenseur, non exposée au rayonnement solaire, oW elle se condense en perdant de la chaleur au profit du milieu ambiant. Le liquide condensé revient alors vers l'évaporateur 21 grâce au système capillaire 3, et le cycle recommence. Afin d'améliorer l'absorption de l'énergie incidente par le fluide, on dispose un élément absorbant 4 à l'extérieur du tube 2. il était connu de réaliser une couche absorbante par voie de dépit chimique ou physique d'une couche métallique. Toutefois, ainsi qu'il a été mentionné plus haut, ce genre de dépôt sur du verre présente de grandes difficultés technologiques. Dans le dispositif selon l'invention, cette structure 4 est constituée comme représenté de façon plus détaillée sur la figure 2 : sur la paroi du tube 2 est placée une grille de fils métalliques 40, en plusieurs couches ; ces couches sont matérialisées sur la figure par des lignes pointillées 42, 45 et 44, et sont décalées les unes par rapport aux autres de façon à obtenir une structure dentritique suffisamment serrée pour piéger le rayonnement incident . Chaque fil 40 peut être réalisé en un matériau absorbant, c'est-à-dire un matériau présentant un faible coefficient d'émittivité (E) et un coefficient d'absorptivité (Oc) de l'énergie incidente (spectre solaire) élevé, à la température de fonctionnement ; on peut citer par exemple le zinc, le molybdène, le tungstène, etc. Chaque fil 40 peut également entre réalisé en un matériau quelconque (graphite ou coton par exemple) et recouvert, comme représenté sur la figure, d'une couche 41 d'un matériau absorbant tel que défini ci-dessus, le dép8t de la couche 41 sur le fil 40 se faisant classiquement par voie chimique (électrolyse, cataphorèse ou anaphorèse par exemple) ou physique (pulvérisation ou évaporation par exemple). Plus généralement, chaque couche telle que 42, 45 et 44 peut entre réalisée en un tissu constitué de nappes de fils (en coton, fibre de verre ou fibre synthétique, par exemple) imprégné d'une matière absorbante, telle que du graphite collotdal par exemple. Les différentes couches de grille ou de tissus constituant la structure 4 peuvent être brasées ou soudées sur le tube 2 darus le cas à celui-ci est métallique, ou encore serrées et collées sur le tube 2 à laide d'un produit thermiquement conducteur, tel que de la peinture argent ou une résine conductrice, dont le coefficient de dilatation est voisin de celui du verre. La figure 3 représente un mode de réalisation d'un capteur d'énergie solaire analogue à celui de la figure 1, mais où la couche absorbante est placée à l'intérieur du tube 2 et joue également le ralle de système capillaire. On retrouve dcnc sur cette figure les mêmes éléments que s-ar la figure I, sauf : - la couche filtrante 14 qui, à titre d'exemple, est remplacée par une couche analogue (15) mais déposée sur la surface extérieure du tube 2 ; - la structure absorbante 4 et le système capillaire 7 qui sont remplacés par une même structure 43, placée contre la paroi nnté- rieure du tube 2 et constituée de la même façon que la structure 4 précédente. Il est à noter toutefois que la fonction de système capillaire remplie par la structure 43 impose des conditions supplémentaires quant à son dimensionnement. En effet, ainsi qu'il est connu, le pas d'un système capillaire doit entre fonction de la viscosité et de la tensioii superficielle du fluide utilisé, à la température de fonctionnement du capteur, et de l'inclinaison du capteur par rapport à la verticale. La figure 4 représente une vue en coupe longitudinale drun autre mode de réalisation, qui est un capteur solaire du type circuit ouvert. Sur cette figure, on a représenté un tube 20, transparent ou métallique, remplaçant le tube 2 des figures-précédentes. Le tube 20 est ouvert à ses deux extrémités et il y circule un fluide 30. il est recouvert sur sa surface intérieure d'une structure dentritique 4 telle que décrite ci-dessus ; cette structure 4 peut éga lestent être placée à l'extérieur du tube 20. Dans la partie soumise au rayonnement solaire, le tube 20 peut entre placé sous vide dans une enveloppe transparente 10, de façon analogue à ce qui est décrit ci-dessus pour l'enveloppe 1, et recouvert de la couche 15 réfléchissant les rayonnements infrarouge s. Les modes de réalisation décrits ci-dessus ne le sont bien entendu qu'à titre d'exemple non limitatif, et ctest ainsi que la réalisation de capteurs plans entre dans le cadre de l'invention. REVENDiCATiONS I. Matériau composite, thermiquement absorbant, assurant la conversion d'une énergie incidente en rayonnement infrarouge, caractérisé par le fait qu'il est constitué par une structure dentritique formée de plusieurs nappes de fils, ladite structure formant un piège pour le rayonnement incident, ladite conversion étant réalisée au niveau de chaque fil. 2. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits fils sont constitués par un matériau absorbant, assurant ladite conversion. 3. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits fils sont recouverts d'an matériau absorbant, assurant ladite conversion. 4. Matériau composite selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que ledit matériau absorbant a un coefficient d'émittivité CL faible, et un coefficient d'absorptivité élevé. 5. Matériau composite selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit matériau absorbant est constitué par du zinc, du molybdène ou du tungstène. 6. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits fils sont en coton, fibre de verre, fibre synthétique, et forment un tissu imprégné d'un matériau absorbant. 7. Matériau composite selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit matériau absorbant est constitué par du graphite collovdal. 8. Capteur d'énergie solaire, comportant un tube en partie exposé à l'énergie solaire incidente, dans lequel circule un fluide assurant les échanges thermiques, caractérisé par le fait que la surface extérieure dudit tube est recouverte par un matériau composite selon l'une des revendications précédentes. 9. Capteur d'énergie solaire, comportant un tube en partie exposé à l'énergie solaire incidente, dans lequel circule un fluide assurant les échanges thermiques, caractérisé par le fait que la surface intérieure dudit tube est recouverte par un matériau composite selon llune des revendications précédentes. 10. Capteur d'énergie solaire selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit tube est fermé, lesdits échanges thermiques s1 effectuant par vaporisation et condensation dudit fluide; ledit matériau composite étant dimensionné de sorte qu'il constitue un système capillaire assurant le retour du fluide en phase liquide.