Brevet FR2463901A2 — publié le 19810227

FR 2463901 A2 19810227 FR 7921087 A 19790821 La présente addition se rapporte au dispositif collecteur d'énergie solaire et au procédé de fabrìcation d'un tel dispos sitif décrit dans la demande de brevet trançais déposée le 16 Mars 1979 sous te No 79.06.7. Dans la demande de brevet principal, il est décrit un collecteur d'énergie solaire comprenant une première enveloppe fermée en verre, sur laquelle a été déposé un matériau absorbant le rayonnement solaire et une seconde enveloppe fermée, placée autour de la première enveloppe de façon a créer une enceinte entre ces deux enveloppes dans laquelle une très basse pression a été établie. Le matériau absorbant selon la caractéristique principale de la demande de brevet principale est constitué par un composé verre-métal formant support, recouvert d'une couche d'oxyde de ce métal absorbant l'énergie solaire. En ce qui concerne le drainage de l'énergie solaire collectée par l'absorbant, pour illustrer l'invention, une structure particulière de collecteurs a été décrite dans la demande principale. Pour que ce drainage s'effectue, 1 Le dispositif comporte en outre des moyens pour ramener le fluide en phase liquide vers la première partie de l'enveloppe. Ces moyens sont en général constitués par un système capillaire en forme de "doigt de gant" placé contre la paroi interne de l'enveloppe, constitué par exemple par une toile ou des fils, en fibre naturelle ou artificielle. Pour certaines applications, il est préféré d'autres structures que celle qui vient d'être décrite et notamment une structure dans laquelle un liquide a échauffer circule dans une conduite métallique replié sur elle-même en forme d'épingle à cheveux ou "U", disposée à l'intérieur de l'enveloppe interne. Pour cette approche, il est nécessaire d'assurer un drainage de la chaleur collectée par l'absorbant vers le liquide circulant dans ce tube. De façon plus générale, il est nécessaire d'obtenir une température homogène à l'intérieur de l'enveloppe interne du collecteur d'énergie solaire. La présente addition propose d'utiliser le composé verre-métal également à ces fins L'addition a donc pour objet un collecteur d'énergie solaire principalement caractérisé en ce que, le revêtement absorbant l'énergie solaire comprenant une couche de composé verre-métal, étant déposée sur la face externe de la première enveloppe, une couche du composé verre-métal est également déposée sur la face interne de cette enveloppe. L'addition a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel collecteur d'énergie solaire principalement caractérisé en ce que le mélange de poudre de métal avec de la poudre de verre en suspension dans un liant étant appliqué -sur la face externe de la première enveloppe pour constituer la première couche du revêtement absorbant l!énergie solaire, une couche de ce mélange est également appliquée sur la face interne de la première enveloppe; L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaitront à l'aide de la description qui suit, en référence aux figures annexées parmi lesquelles - la figure 1 est un exemple de collecteur d'énergie solaire décrit dans la demande de brevet principal ; - la figure 2 illustre une structure particulière de collecteurs d'énergie solaire selon l'art ancien ;; - les figures 3 à 5 illustrent un collecteur d'énergie solaire selon la présente addition ; - la figure 6 illustre une étape du procédé de fabrication d'un tel collecteur. Dans la description qui va suivre, les éléments communs à deux figures ou plus portent la même référence et ne seront décrits qu'une seule fois. La figure 1 rappelle la structure particulière de collecteurs d'énergie solaire décrite à titre d'illustration dans la demande de brevet principale, ce sans limiter la portée de l'invention à cette seule structure. Le collecteur d'énergie de la figure 1 comprend une enveloppe 2 fermée transparente en verre et de forme cylindrique, comportant deux parties, respectivement 21 et 22, dont la séparation est illustrée par un axe XX. La première partie (21) de l'enveloppe 2 ou enveloppe interne est appelée évaporateur et placée sous vide dans une seconde enveloppe 1. Cette partie est exposée au rayonnement solaire. L'enveloppe 1 est de préférence constituée par un matériau transparent, du verre par exemple. Le vide est réalisé à l'intérieur 5 de l'enveloppe 1.En pratique, la pression dans cette enveloppe est de l'ordre de Pascal. L'enveloppe 1 est soudée sur l'enveloppe 2 par fusion intime des verres de l'enveloppe 1 et de l'enveloppe 2 ou par scellement à l'aide d'une colle verre-verre ou tout autre matériau utilisé dans la technique du vide. On crée ainsi une enceinte 4 dans laquelle le vide est également réalisé. Lfenveloppe 2 dans sa partie 21, appelée évaporateur, est recouverte d'une couche absorbante 3, constituée elle-même d'une couche d'un composé verre-métal et d'au moins une couche d'oxyde de ce métal formant l'absorbant proprement dit. La présence de verre dans le composé de la première couche supprime toutes difficultés d'adhérence sur l'enveloppe 2. D'autre part, le métal deuxième élément du composé verre-métal assure, d'une part, une bonne conductivité thermique et, d'autre part, permet une oxydation directe ou une soudure sur métal, ou encore un dépôt de métal sur le composé verre-métal par électrolyse. Comme il a été rappelé, l'enveloppe 2 contient un liquide imprégnant un système capillaire 6 en forme de "doigt de gant" placé contre la paroi interne de l'enveloppe, constitué par exemple par une toile ou des fils, en fibre naturelle ou artificielle. Pour certaines applications, d'autres structures et notamment la structure illustrée par la figure 2 sont préférées. Le collecteur d'énergie solaire comprend comme précédemment décrit une enveloppe externe en verre i et une enveloppe interne 2, également en verre 8, entre lesquelles un vide de l'ordre de Pascal a été créé. Un liquide à échauffer circule dans une conduite métallique en forme d'épingle à cheveux ou de "U', à deux branches 31-32, placée à l'intérieur de l'enveloppe 1 et dans la partie de cette enveloppe soumise au rayonnement solaire, c'est à dire à celle correspondant à la partie 21 du collecteur de la figure 1. Sur la figure 2, la circulation du liquide est symbolisée par les flèches 35 et 36. Le fluide peut être par exemple de l'eau.Selon cette structure, les moyens absorbants l'énergie solaire sont constitués par une mince feuille de cuivre 30, légèrement élastique et placée à-l'intérieur de lten- veloppe 2 en contact avec la paroi interne de cette enveloppe. La conduite dans laquelle circule le fluide à échauffer, c'est à dire le fluide caloporteur, est maintenu par soudure 33 selon une génératrice 34. Le drainage de la chaleur n'est pas optimum, ce du en grande partie au contact thermique non homogène entre la feuille de cuivre 30 et la paroi 2. La présente addition propose, tout en conservant les avantages de la demande de brevet principal, d'améliorer le drainage de l'énergie solaire collectée et d'assurer une homogénéité en température à l'intérieur de l'enveloppe 2. L'invention va être exposée en relation avec les figures 3 à 5. Le collecteur illustré sur la figure 3 conserve la structure générale du collecteur de la figure 2. Les moyens absorbant l'énergie solaire sont constitués, comme dans la demande de brevet principal, par une couche de composé verre-métal et au moins une couche d'oxyde de ce métal, l'ensemble sous la référence 3. Selon la caractéristique principale de la présente addition, une couche de composé verre-métal 30' est également déposée sur la paroi interne de l'enveloppe 2. Du fait de la haute conductivité thermique (le composé verremétal selon la demande de brevet principal comporte un pourcentage de métal compris dans la gamme 70 à 95%), cette couche 30' homogénise la température à l'intérieur de l'enveloppe 2 et d'autre part permet une soudure directe de l'une des branches de la conduite en épingle à cheveux 31 sur la couche 30'. Le drainage de l'énergie solaire collectée par les moyens absorbant est ainsi réalisé dans de très bonnes conditions. Les figures 4 et 5 sont les vues en coupe, respectivement transversale et longitudinale, du collecteur de la figure 3. Le procédé de fabrication d'un collecteur d'énergie solaire selon la présente addition va maintenant être décrit avec plus de détails. Ce procédé comoorte toutes les étapes du procédé de fabrication décrit dans la demande de brevet principal et qui ne seront pas rappelées. Il est procédé en outre à deux à deux étapes supplémentaires : le dépôt sur la paroi interne de l'enveloppe 2 -d'une couche du composé verre-métal et l'opé- ration consistant à souder la conduite a deux branches,en U : 31 - 32 sur ce dépôt. Le dépôt de la couche verre-métal 30' se fait simultanément avec le dépôt de la couche support de l'absorbant d'énergie solaire sur la face externe de l'enveloppe 2. La soudure de la conduite métallique 31-32 se fait avant l'étape d'oxydation.Pour ce faire on peut déposer dans l'enveloppe interne de la soudure et en maintenant la conduite en en contact avec la paroi de la couche 30', chauffer jusqu'à fusion. Il est rappelé que le composé verre-métal est obtenu en mélangeant de la poudre de cuivre très fine (ou de l'oxyde de cuivre en poudre réduit) avec de la poudre de verre. Les grains de cuivre doivent avoir une grosseur maximale de l'ordre de quelques centièmes de micron ; les grains de verre d'une grosseur de l'ordre de quelques centièmes de micron à quelques microns. Le mélange se fait dans un pourcentage de 70 à 95% pour le métal et corrélativement de 30 à 5% pour le verre. Le verre est choisi parmi ceux ayant un point de ramollissement compris entre 550 et 7000C. La température atteinte par le collecteur d'énergie solaire en fonctionnement reste en dessous de ces valeurs. Elle est de l'ordre de 3500C. Le mélange ainsi obtenu est mis en suspension dans un liant organique. Ce peut etre par exemple du latex dissous dans du dichloroéthane. Plus spécifiquement, pour le dépôt sur la paroi interne de l'enveloppe 2, l'application peut se faire par mouillage. (utilisation de l'effet de capillarité). Cette étape est illustrée schématiquement par la figure 6. La présente addition n'est pas limitée à la seule structure qui vient d'être décrite au regard des figures 3 à 5, et notamment à la forme particulière de la conduite caloporteuse. Cette conduite peut avoir toute forme appropriée et, par exemple non limitatif, la forme d'un serpentin placé à l'int-érieur de l'en- veloppe 2. Enfin, les moyens absorbants l'énergie soliare, symbolisés par le revêtement 3, peuvent être réalisés selon l'une quelconque des variantes décrites dans la demande de brevet principal. REVENDICATIONS 1. Collecteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 du brevet principal comportant une première enveloppe et une seconde enveloppe fermée, placée autour de la première enveloppe de façon à créer une enceinte entre ces deux enveloppes ; la première enveloppe étant associée à des moyens absorbant le rayonnement solaire constitués par un revêtement déposé sur l'une des faces de la première enveloppe > comprenant une première couche d'un composé verre-métal ainsi qu'au moins une seconde couche superficielle, constituée par un oxyde de métal, absorbant l'énergie solaire ; collecteur caractérisé en ce que, le revêtement absorbant l'énergie solaire étant déposé sur la face externe de la première enveloppe, une couche du composé verre-métal est également déposée sur la face interne de cette enveloppe. 2. Collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une conduite métallique dans'laquelle circule un fluide destiné à être réchauffé par le rayonnement solaire étant disposée à l'intérieur de la première enveloppe, la paroi externe d'au moins une partie de la conduite est soudée sur la couche de composé verre-métal. 3. Collecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de la première enveloppe, la conduite a la forme d'un "U" allongé et en ce que sa section étant circulaire, la conduite est soudée à la couche de composé verre-métal le long d'une génératrice d'une des branches du "U". 4. Procédé de fabrication d'un collecteur d'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications il à 15 du brevet principal, caractérisé en ce que le mélange de poudre de métal avec de la poudre de verre en suspension dans un liant étant appliqué sur la face externe de la première enveloppe pour constituer la première couche du revêtement absorvant l'énergie solaire, une couche de ce mélange est également appliquée sur la face interne de la première enveloppe. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'application se fait par mouillage. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est procédé à une étape supplémentaire au cours de laquelle une conduite métallique est soudée sur la couche du mélange verre-métal appliquée sur la face interne de la première enveloppe.