Brevet FR2458033A1 — publié le 19801226

La présente invention est relative aux techniques de captation de l'énergie solaire irradiee a des fins d'utilisation calorifique. D'une manière générale, le soleil rayonne dans l'espace une énorme quantité d'energie se propageant sous forme d'ondes électromagnétiques dont une partie peut être convertie en chaleur au moyen d'un dispositif communément appelé capteur solaire. Ce dernier se compose notamment d'au moins un module insolateur, âme du dispositif de captation, relié à un circuit de fluide caloporteur et constitué par un corps transparent et par un corps absorbeur définissant une chambre formant serre. La fonction de ce module insolateur est de transformer 1 'énergie solaire reçue en énergie calorifique qui sera portée et distribuée par le fluide caloporteur vers les éléments a chauffer. Dès lors, le rendement d'un module insolateur est égal a la valeur algébrique du rapport de la quantité d'énergie solaire reçue sur la quantité d'énergie calorifique transmise audit fluide. Ce rendement sera notamment tributaire - des défauts d'étanchéité entre le corps transparent et le corps absorbeur ; - de la position de la surface d'insolation par rapport aux rayons incidents ; - des pertes radiatives du corps absorbeur ; - des pertes par conduction thermique ; - des pertes dues a des imperfections du ou des réflecteurs dans le cas de capteur a concentration. Jusqu'à présent, les efforts de l'homme de l'art n'ont consisté essentiellement qu'en des ameliorations limitées aux points ci-dessus évoqués. Le probleme de la captation de l'éner- gie solaire n'a jamais été repensé de manière exhaustive, ce qui fait qu'on en est demeuré aux solutions reposant sur l'emploi de capteurs plans dans l'échelle des basses températures et sur l'emploi de capteurs a concentration dans l'échelle des hautes temperatures. Le demandeur, faisant le bilan de cet état de fait, a imaginé une nouvelle technique de la captation solaire aboutissant a la mise au point d'un module insolateur offrant les avantages des capteurs plans et des capteurs a concentration mais n'en présentant pas les inconvénients. Ainsi, il propose un dispositif de captation où chaque module insolateur adopte la forme générale d'une ampoule dont les contours sont dessinés par le corps transparent, creux, et qui emprisonne de manière indissociable et sous vide le corps absorbeur. Le fond ou le culot de chacune de ces ampoules d'insolation sera ainsi monté sur un circuit de fluide caloporteur alimentant l'intégralité du dispositif général de captation. Un tel module insolateur présente, par rapport aux structures classiques, de nombreux avantages et parmi ceux-ci - une grande facilité de realisation, particulierement in diquée pour une fabrication en série ; - une totale liberté de conception de l'ensemble de captation ; - une réduction notable des besoins d'isolation - une résistance aux chocs accrue. De plus, le corps absorbeur étant totalement enveloppé par le corps transparent dans l'ampoule dessinée par ce dernier, les pertes radiatives du premier seront considérablement atténuées. On notera également que l'association étroite, au sein de cette ampoule d'insolation, entre le corps absorbeur et le corps transparent, conférera à cet ensemble un haut niveau d'étan chéité. En effet, une telle ampoule sera réalisée selon les techniques connues dans la fabrication des dispositifs d'éclairage, lesquels nécessitent une étanchéité parfaite. Selon une caractéristique de l'invention, la surface du corps transparent située entre le culot et la partie supérieure ou calotte de ladite ampoule définit un miroir concave dont le foyer coïncide avec le corps absorbeur qui s'étend axialement à l'intérieur de ladite ampoule. Ainsi, cette surface, en réfléchissant les rayons incidents sur les parois du corps absorbeur, augmente notoirement la surface effective de ce dernier et permet la concentration des rayonnements. Selon une autre caractéristique de l'invention, la canalisation dans laquelle circule le fluide caloporteur est munie de parties creuses ou douilles distribuées sur sa longueur et adaptees pour recevoir chacune de manière amovible le culot d'une ampoule d'insolation. Une telle installation permet de remplacer rapidement une ampoule défectueuse ou simplement défaillante. Cette manoeuvre pourra avantageusement s'opérer sans arrêter le fonctionnement de l'installation, en disposant des clapets aux orifices de sortie de fluide où sont agencées les susdites douilles. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnant, à titre d'exemples non limitatifs et en regard des dessins annexés, diverses formes d'exécution de l'invention. Sur ces dessins La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un dispositif de captation conforme à l'invention. Les figures 2, 3, 4, 5, 6 et 7 sont des vues en perspective représentant d'autres formes de réalisation d'une ampoule d'insolation. La figure 8 est une vue en perspective d'un dispositif de captation conforme à l'invention. Le dispositif de captation, tel qu'on peut le voir à la figure 1, est constitué par une canalisation calorifugée 1 et par trois modules insolateurs 2as 2b et 2c. Le rôle de cette canalisation, outre celui de faire circuler un fluide caloporteur usuel dont le flux est symbolisé par la flèche C, est d'assurer le support et le maintien desdits modules. Ces derniers, suivant la caractéristique essentielle de l'invention, sont formés chacun par l'ensemble indissociable d'un corps transparent 3, creux et adoptant la forme générale d'une ampoule, et d'un corps absorbeur 4 incorporé au premier. Le corps transparent 3 est fabriqué dans du verre qui, per méable aux rayonnements du spectre visible et imperméable en retour aux radiations infrarouges émises par le corps absorbeur, est le matériau le plus adequat. Le corps absorbeur 4, quant à lui, est de préférence fabriqué dans un matériau metallique dont la surface externe est traitée sélectivement pour absorber avec le minimum d'émission les radiations solaires incidentes ou réfléchies. Ce corps absorbeur pourra être aussi bien creux (modules 2a et 2b) que plein (module 2c). I1 va de soi, pour les deux premiers modules, que le corps absorbeur peut être conçu dans le même matériau que le corps transparent et, dans ce cas, il sera revêtu intérieurement ou extérieurement d'un film doue de sélectivité spectrale. On notera que la partie basse des modules 2af 2b et 2c, en forme de cyclindre fileté, définit un culot 5 destiné à être engagé hermétiquement et de manière amovible dans des douilles 6 préformées à cet effet sur la canalisation 1. Le culot des modules insolateurs 2a et 2bs qui comprennent notamment un corps absorbeur 4 creux, est muni d'un orifice axial 7 autorisant l'accès du fluide C à l'intérieur du corps 4 afin d'emmagasiner des calories par convection sur les parois de ce dernier. Avantageusement, un tuyau coudé 8 est agencé dans 1 'ori- fice 7 et est destiné à répartir uniformément sur les parois du corps absorbeur le fluide C en lui imposant un circuit décrit par les flèches F1, F2, F3. Le culot du module 2c, qui comprend notamment un corps absorbeur 4 plein, ne comporte pas d'orifice autorisant l'acces du fluide C, car l'échange de calories entre le corps absorbeur 4 et ledit fluide s'effectue par l'intermédiaire d'une tige 4a qui plonge dans la canalisation 1 et qui fait partie du corps absorbeur. Comme on l'a précisé au début du présent memoire, un clapet de fermeture 9 pourra être installé dans la canalisation 1 pour éviter l'échappement du fluide C par les douilles 6, lors du retrait éventuel d'une ampoule d'insolation. D'autre part, on notera la présence de cadres 10 fixés à l'extrémité des douilles 6 et découpés dans un matériau métallique selon une forme parabolique. Ceux-ci sont destinés d'une part à supporter les modules 2a, 2b et 2c au moyen d'un joint etanche siliconé 11 par exemple et, d'autre part, à servir de réflecteurs externes en faisant converger les rayons incidents ou réfléchis vers le corps absorbeur 4 disposé avantageusement dans le foyer de la parabole. Cette concentration des rayons solaires vers le corps 4 pourra être obtenue au moyen d'un matériau réfléchissant 12 (module 2b) déposé sur les parois internes ou externes du corps transparent 3 situées entre le culot 5 et la partie supérieure de l'ampoule, autrement dit la partie parabolique dudit corps. On a pu constater, expérimentalement, que cet aspect de concentration mis en oeuvre soit pas le cadre 10 (module 2jazz soit par un dépôt de matériau réfléchissant 12 (module 2b) permet de porter le fluide caloporteur à des températures de l'ordre de 300"C et plus. L'avantage d'un tel dispositif de captation, représenté à la figure 1, est d'autoriser, sur une même installation, aussi bien le montage de modules insolateurs dits à concentration" (modules 2a et 2b) que le montage de modules insolateurs dits "plans" (module 2c par exemple), et de permettre, à tout moment, de modifier facilement la combinaison des uns et des autres suivant le degré de température désiré du fluide C en sortie de la canalisation 1. Il va de soi que diverses formes pourront être données au corps absorbeur 4. En effet, ce dernier peut se présenter - sous la forme d'un champignon dont la massue 4b définit une surface circulaire et plane et communique par conduction avec le fluide caloporteur par l'intermédiaire de la tige 4a (figure 2 et module 2c) ; - sous la forme d'un barreau métallique communiquant egale- ment par conduction avec le fluide caloporteur (figures 3 et 4), la première figure représentant le corps transparent 3 revetu d'un film réfléchissant 12 - sous la forme d'une sphère creuse (figure 5) ou pleine (figure 7), la première figure représentant le corps transparent 3 revêtu d'un film réfléchissant 12 - ou encore sous la forme d'une enveloppe suivant les contours du corps transparent (figure 6). La figure 8 illustre une installation de captation de l'éner- gie solaire réalisée avec des modules insolateurs de l'invention. On reconnaît sur cette figure la canalisation calorifugée 1, comprenant deux entrées E1 et E2, et une sortie S de.fluide C, et les cadres réflecteurs paraboliques 10 enveloppant les modules insolateurs. Il est évident que de nombreuses modifications et variantes de l'invention peuvent être réalises en se basant sur les enseignements ci-dessus donnés. Il est, par conséquent, bien entendu que, sans sortir du cadre des revendications annexées, l'invention pourra être mise en oeuvre d'une manière différente de celles qui viennent d'être décrites. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de captation de l'énergie solaire comportant au moins un module insolateur relié à un circuit de fluide caloporteur et constitué par un corps transparent et un corps absorbeur definissant une chambre formant serre, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le corps transparent, creux et adoptant la forme gé nérale d'une ampoule, constitue avec le corps absorbeur incorporé sous vide, un ensemble indissociable dont le fond ou culot est monté sur ledit circuit de fluide. 2 - Dispositif de captation selon la revendication 1, CA RACTERISE PAR LE FAIT QUE la surface du corps transparent située entre le culot et la partie supérieure de ladite ampoule définit un miroir concave dont le foyer coïncide avec le corps absorbeur s'étendant axialement à l'intérieur du premier corps. 3 - Dispositif de captation selon la revendication 1, CA RACTERISE PAR LE FAIT QUE la canalisation dans laquelle circule le fluide caloporteur est munie de parties creuses ou douilles distribuées sur sa longueur et adaptées pour recevoir chacune de manière amovible le culot d'un module insolateur. 4 - Dispositif de captation selon les revendications 1 et 2, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la surface interne du corps transparent situee entre le culot et la partie supérieure de ladite ampoule est revêtue d'un matériau réfléchissant. 5 - Dispositif de captation selon les revendications 1 et 2, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la surface externe du corps transparent située entre le culot et la partie supérieure de ladite ampoule est revêtue d'un matériau réfléchissant. 6 - Dispositif de captation selon les revendications 1, 2 et 3, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la surface externe du corps transparent situee entre le culot et la partie supérieure de ladite ampoule est protégée par un cadre métallique parabolique servant de réflecteur et fixé sur les susdites douilles. 7 - Dispositif de captation selon les revendications 1 et 3, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit corps absorbeur est creux et communique avec le fluide caloporteur par un orifice ouvert à la base dudit culot. 8 - Dispositif de captation selon les revendications 1 et 3, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit corps absorbeur est plein et plonge partiellement dans la canalisation de fluide caloporteur. 9 - Dispositif de captation selon la revendication 3, CARAC TERISE PAR LE FAIT QUE des clapets sont disposés aux orifices ouverts dans ladite canalisation pour l'agencement des susdites douilles. 10 - Dispositif de captation selon les revendications 3 et 7, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE des tuyaux d' amenée du fluide caloporteur à l'intérieur du corps absorbeur sont disposés dans ladite canalisation. 11 - Dispositif de captation selon la revendication 7, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les parois du corps absorbeur sont fabriquées dans le même matériau que celles du corps transparent et sont revêtues d'un film doué de sélectivité spectrale. 12 - Dispositif de captation selon les revendications 7 ou 8, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le corps absorbeur est fabriqué dans un matériau métallique dont la surface externe est traitée sélectivement pour absorber les radiations solaires.