Brevet FR2460456A1 — publié le 19810123

-1- "Collecteur solaire et caloduc convenant notamment à un collecteur solaire. L'invention concerne un collecteur solaire présen- tant un absorbeur conçu pour capter le rayonnement so- laire et relié, de façon à assurer la conduction ther- mique, à une partie constituant vaporisateur (appelé ci-après vaporisateur) d'un système de transport de cha- leur effectué comme caloduc et pouvant être mis en échan- ge thermique par une partie constituant condenseur (ap- pelé ci-après condenseur) avec un autre système de trans- port de chaleur, un fluide actif se trouvant dans le Io caloduc et présentant une température critique, qui est inférieure à la température admissible au maximum dans l'autre système de transport de chaleur. Un collecteur solaire du genre mentionné ci-dessus est connu du brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3.390. 672. Dans les collecteurs solaires de ce genre, le flui- de actif condensé s'accumule à l'état froid dans le va- porisateur du caloduc. Le fluide actif stévapore dans le cas d'un apport de chaleur à partir de l'absorbeur. 2o La vapeur circule vers le condenseur o elle cède sa chaleur au fluide contenu dans l'autre système de trans- port de chaleur. Ensuite, le condensat reflue au vapo- risateur. Le transport de chaleur du vaporisateur au conden- seur continue aussi longtemps qu'il peut se produire une transition de phase du fluide actif. C'est ainsi que si la température du caloduc dépasse la température criti- que du fluide actif, la puissance de transmission de cha- leur disparaît pratiquement, ce qui permet de déterminer, par le choix du fluide actif, la température maximale à laquelle s'arrête la transmission de chaleur, ce qui est d'importance primordiale du fait que l'autre système de transport de chaleur auquel est amenée la chaleur ne doit pas dépasser en général une température déterminée. Du susdit brevet des Etats-Unis d'Amérique 24.6O456 -2- No 3-.390.672, on connalt pour plusieurs gammes de tempé- rature des fluides actifs comme alcool éthylique, éther éthylique, fréon 11, fréon 13. De plus, il existe de la littérature mentionnant des fluides actifs pour le calo- duc, comme de l'ammoniac, du propane et plusieurs autres fréons. Il y a lieu de noter que le fréon est une marque enregistrée. Tous ces fluides actifs connus présentent le désavantage de se désagréger après quelque temps de, sorte qu'il se forme des gaz résiduels, qui ne contribuent plus I0 au processus d'évaporation et de condensation et qui s'ac- cumulent dans la partie la plus élevée du condenseur. Il en résulte l'inactivité d'une partie et, après quelque temps, de tous les condenseuxi et, de ce fait, donc du caloduc. L'invention vise à fournir un collecteur solaire du genre mentionné ci-dessus o le fluide actif du caloduc est constitué par un fluide, qui ne se désagrège pas après quelque temps et qui présente un pouvoir de transmission de chaleur variant assez rapidement avec la température, de sorte qu'à la température de fonctionnement normal, il existe toujours un grand pouvoir de transmission de cha- leur, qui diminue ensuite très rapidement jusqu'à la va- leur zéro à la température critique. De plus, le trans- port de chaleur ne s'effectue que par conduction ther- mique et convexion. Le collecteur conforme à l'invention est caracté- risé en ce que le fluide actif est constitué par de l'i- sobutane. L'isobutane offre le grand avantage d'être un com- posé très stable même aux températures plus élevées et de ne pas être sujet à désagrégation. De plus, llisobutane présente une température cri- tique de 135-, ce qui constitue une température accepta- ble au maximum pour l'autre système de transport de cha- leur. Le pouvoir de transmission de chaleur de l'isobuta- ne varie assez rapidement avec la température, ce qui im- -3- plique que le pouvoir de transmission de chaleur à la température critique est nul, alors qu'à la température de fonctionnement requise d'environ 90gC, il présente déjà une valeur notable. Un grand pouvoir de transmis- sion de chaleur dans des conditions de fonctionnement est d'importance, du fait que la surface du condenseur peut être plus petite à mesure que le pouvoir de trans- mission de chaleur est plus grand. De plus, l'invention est relative à un caloduc con- I0 venant notamment à un collecteur solaire et caractéri- sée en ce que comme fluide actif, il contient de l9isobu- tane. La description ci-après, en se référant au dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif fera bien comprendre comment l'invention peut être réa- lisée. La figure unique représente schématiquement un collecteur solaire conforme à l'invention. Le collecteur solaire représenté sur le dessin com- prend un absorbeur en forme de plaque 1, qui est relié de façon à assurer la conduction thermique au vaporisa- teur 2 d'un caloduc tubulaire 3. L'absorbeur 1 est muni, à sa partie supérieure, d'une couche absorbant la cha- leur solaire. De plus, le caloduc 2 est muni d'un condensateur 4, qui est en échange thermique avec un liquide contenu dans un autre système de transport de chaleur 5, qui n'est représenté que partiellement sur le dessin. La plaque d'absorbeur 1 et le vaporisateur 3 du caloduc sont logés dans une enveloppe en verre 6 d'une section circulaire. Cette enveloppe 6 est fermée en bas en 7. En haut, l'enveloppe est fermée par une partie 8, éga- lement en verre, qui est scellée à un tube à paroi mince 9 en un métal approprié, par exemple du chrome-fer, qui est soudé ou scellé hermétiquement au caloduc 2. Cette construction permet d'éviter, au moins en majeure partie, des tensions thermiques entre le caloduc et l'enveloppe en verre. Dans l'enveloppe en verre règne une dépression. Aux extrémités de l'absorbeur en forme de plaque 1 sont disposées des plaques de support Il et 12. La pla- que 12 sert simultanément au centrage du caloduc. L'application de l'absorbeur 1 et au vaporisateur 3 dans une enveloppe à vide permet de réduire les per- tes de chaleur. Une autre amélioration à ce sujet peut s'obtenir par un revêtement entier ou partiel de la paroi intérieure de l'enveloppe en verre d'une couche réflectrice de chaleur sélective, par exemple de l'oxy- de d'indium dopé à l'aide de zinc. Dans le caloduc 2 se trouve de l'isobutane comme fluide actif, qui s'évapore par suite de la chaleur dé- gagée par la plaque d'absorbeur 1 à la partie vaporisa- teur 3. La vapeur circule vers le condenseur et s'y con- dense, tout en cédant sa chaleur d'évaporation au liqui- de contenu dans le système 5 par l'intermédiaire de la paroi du condenseur. La température de fonctionnement du collecteur so- laire est de préférence limitée à environ 90-, l'isobu- tane présentant toujours un pouvoir de transmission de chaleur convenable. Lorsque, pour une cause ou une autre, la température du collecteur monte, par exemple du fait que le système ne prélève que trop peu de chaleur, il se peut que la température s'élève notamment, voire jusqu'au-dessus de 300-C, et l'on a constaté que dans ce cas, l'isobutane n'est pas sujet à désagrégation. Le pouvoir de trans- mission de chaleur diminue rapidement par suite du cycle évaporationcondensation jusqu'au moment o, à environ C, la température critique de l'isobutane est devenue zéro. Dans ce cas, la chaleur n'est transportée au sys- tème 5 que par conduction et convexion, de sorte que la température du système ne s'élève pas trop. Comparativement à d'autre fluides actifs connus, dans les systèmes fonctionnant à une température admis- -5- sible maximale relativement basse, l'isobutane offre l'avantage d'être un composé très stable du point de vue thermique, ce qui veut dire qu'il ne se dégage pas de gaz qui risquent de perturber le fonctionnement du caloduc. Outre cette grande stabilité, l'isobutane présente un grand pouvoir de transmission de chaleur à la tem- pérature de fonctionnement normale, ce qui implique que la surface de la partie condenseur 4 peut être re- lativement petite. REVENDICATIONS l. Collecteur solaire présentant un absorbeur (1) conçu pour capter le rayonnement solaire et relié, de façon à assu- rer la conduction thermique, à une partie constituant vapori- sateur (2), (appelé, ci-après vaporisateur) d'un système de transport de chaleur effectué comme caloduc (3) et pouvant être mis en échange thermique par une partie constituant con- denseur (4) (appelé ci-après condenseur) avec un autre système de transport de chaleur (5), un fluide actif se trouvant dans le caloduc et présentant une température critique, qui est in- férieure à la température admissible au maximum dans l'autre système de transport de chaleur, caractérisé en ce que le fluide actif est constitué par de l'isobutane. 2. Caloduc convenant notamment au collecteur solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme fluide actif, il contient de l'isobutane. g1