Brevet FR2458035A1 — publié le 19801226

La présente invention concerne une chaudière solaire de construction intégrée. Une chaudière solaire est destinée à produire un fluide à énergie thermique élevée, par exemple de la vapeur d'eau, par captation de l'énergie thermique dans les radiations solaires. Une chaudière solaire comprend donc essentiellement deux éléments: une surface réceptrice de radiations sur laquelle sont concentrées les radiations solaires à l'intervention d'héliostats ou champ de miroirs, et un circuit de transfert ou d'évacuation des calories collectées sur ladite surface réceptrice. Cette surface réceptrice est usuellement réalisée au moyen de tubes dans lesquels passe le circuit de transfert de chaleur.Celui-ci, dès qu'une certaine puissance thermique concentrée est envisagée, est constitué d'une boucle de fluide caloporteur qui recueille l'énergie thermique collectée sur la surface réceptrice, et d'un évaporateur qui utilise le fluide caloporteur comme fluide chauffant afin de produire la vapeur. Jusqu'à présent , cette solution était pratiquement inévitable en raison des fortes sollicitations mécaniques auxquelles est soumise la chaudière. En effet, seulement une face du tube récepteur capte le rayonnement, créant une différence de température entre les faces et par conséquent, des tensions thermiques.Ces sollicitations résultent du fonctionnement normalement discontinu (au moins un arrêt par jour) et de la haute densité des flux thermiques qui peut atteindre un niveau de l'ordre de 100 à 600 kW/m2 et de la température de paroi qui peut atteindre une valeur de l'ordre de 6000C. Cette solution implique cependant inévitablement des complications technologiques qui obligent à prévoir des pompes de circulation, des circuits de purification, etc, ce qui a une incidence non négligeable sur les frais d'installation et d'entretien de la chaudière. Le problème que vise à résoudre l'invention est de procurer une chaudière solaire de construction plus simple et partant moins coûteuse, qui est néanmoins capable d'atteindre une puissance thermique appréciable. Ce problbme est résolu suivant l'invention par une chaudière solaire dans laquelle sont éliminés le circuit intermédiaire à fluide caloporteur et les appareillages auxiliaires usuels associés. Plus particulièrement, dans la chaudière solaire suivant l'invention, le circuit de transfert de chaleur constitue lui-mEme un évaporateur ou un surchauffeur, et celui-ci est disposé dans une enceinte dont la paroi extérieure forme la surface réceptrice de radiations, cette enceinte étant remplie, autour de l'évaporateur ou surchauffeur, d' une matière conductrice de la chaleur, par exemple du sodium. L'invention est exposée avec plus de détails dans ce qui suit avec référence au dessin unique ci-annexé. La référence numérique 1 désigne une enceinte dont la paroi extérieure 2 constitue la surface réceptrice de radiations solaires R provenant d'un système de concentration (non montré). La surface 2 illustrée a une forme générale cylindrique mais en pratique elle peut être quelconque avec une extension générale plane ou courbe. Elle peut également être constituée de plusieurs tubes juxtaposés pour former une paroi plane ou courbe. Dans l'enceinte 7 passe un tube 3 dans lequel circule le fluide à évaporer ou à surchauffer A. La vapeur produite ou le fluide surchauffé sort en B. Autour du tube évaporateur ou surchauffeur 3, l'enceinte 1 est remplie d'une matière 4 ayant une bonne conductivité thermique. Avantageusement, cette matière 4 est constituée de sodium. Cette matière conductrice a pour effet de diffuser de manière uniforme le flux thermique entre la paroi 2 et le tube 3 et d'amortir les variations brusques de ce flux. Cette disposition permet de capter une puissance thermique concentrée appréciable tout en n'employant que des parois d'épaisseur réduite car les sollicitations mécaniques sur ces parois se trouvent considérablement réduites avec suppression de gradients critiques pouvant créer des tensions préju- diciables dans la paroi du tube. Un autre avantage de la disposition suivant l'invention est qu'en cas de fuite éventuelle, seul du sodium localisé dans l'enceinte 1 se trouvera concerné, le circuit de transfert de chaleur 3 restant indépendant, ce qui n'est pas le cas dans une installation à fluide caloporteur où une fuite provoque la panne de la chaudière. Le mode d'exécution illustré à titre d'exemple montre un tube évaporateur 3 traversant l'enceinte 7, Dans une variante il est possible de prévoir plusieurs tubes insérés dans un ou plusieurs circuits de fluides distincts, la matière de remplissage 4 jouant le rdle de capacité. Il est bien entendu que des moyens quelconques peuvent être ajoutés dans l'enceinte 1 à l'effet d'assurer ou favoriser une circulation naturelle de la matière de remplissage 4 lorsque celle-ci est fluide. REYENDlCATsONS 1. Chaudière solaire intégrée comprenant une surface réceptrice de radiations solaires et un circuit de transfert de chaleur, caractérisée en ce que la surface réceptrice de radiations est constituée par la surface extérieure (2) d'une enceinte (1); le circuit de transfert de chaleur consiste en au moins un tube d'évaporateur ou de surchauffeur (3) traversant l'enceinte pratiquement parallèlement à la surface réceptrice, ce tube étant alimenté par un fluide à évaporer ou à surchauffer; et le volume de l'enceinte {13, autour dudit tube, est rempli par une matière conductrice de la chaleur (4). 2. Chaudière solaire selon la revendication 1, dans laquelle la matière de remplissage (4) est une matière fluide et 1'enceinte (1) comporte des moyens pour favoriser une circulation de ladite matière de remplissage fluide (4).