Brevet FR2461212A1 — publié le 19810130

La présente invention a trait aux capteurs d'énergie solaire et elle vise plus particulièrement les capteurs tubulaires à vide auxquels est intégré un réflecteur parabolique. Conformément à la présente invention un capteur d'énergie solaire comprend un tube de verre extérieur dans lesquel sont disposés d'une part un réflecteur parabolique composé s'étendant substantiellement sur la longueur du tube, d'autre part une conduite rectiligne qui s'étend quant à elle suivant le foyer du réflecteur, les extrémités de ce tube en verre extérieur étant scellées et l'espace qu'il délimite étant évacué. Le tube de verre extérieur propre à être utilisé suivant l'invention peut être de tout genre, par exemple en verre de borosilicate, avec un diamètre et une longueur appropriés. Le réflecteur utilisé suivant l'invention est un réflecteur paraboli- que composé prévu pour réfléchir à son foyer la lumière incidente du soleil. Il peut avantageusement être fait en aluminium fortement poli et présentant un pouvoir de réflexion spéculaire élevé. Il est préférablement rigide et auto-porteur de manière à pouvoir être maintenu en place dans le tube de verre extérieur de façon très simple par le moyen de pinces élastiques. Il est préférablement du type décrit dans les brevets amé- ricains 4 002 499 et 4 003 638. La conduite peut affecter la forme d'un tube à extrémités ouvertes, propre a être inséré dans un circuit dans lequel on fait circuler un fluide d'absorption de chaleur. Elle peut encore être constituée par un tel tube à extrémités ouvertes à l'intérieur duquel on peut monter un dispositif de tube de transfert de chaleur. Enfin elle peut affecter directement la forme d'un tel dispositif prévu de manière à transférer rapidement vers un accumulateur approprié la chaleur absorbée par le capteur luimême. Dans une première forme d'exécution de l'invention, la conduite est constituée par un simple tube de verre intérieur qui s'étend au-delà des extrémités du tube de verre extérieur précité, ce dernier étant relié de façon étanche à la surface du tube de verre intérieur et des moyens approprués étant prévus pour absorber les différences de dilatation entre les deux tubes. Le tube intérieur est alors branché dans un circuit approprié de circulation d'un fluide d'absorption de chaleur (fluide caloporteur) de la même façon que dans les capteurs connus utilisant un tel fluide. Dans une seconde forme d'exécution de l'invention la conduite affecte la forme d'un dispositif du tube de transfert de chaleur. Ces dispositifs sont bien connus. On sait qu'ils comprennent un tube fermé de façon étanche, partiellement évacué et renfermant une petite quantité d'un liquide approprié, tandis qu'il est prévu une mèche tubulaire qui s'étend sur toute la longueur de ce tube en étant intimement en contact avec la paroi intérieure de celui-ci. Lorsqu'on applique de la chaleur à l'une des extrémités du dispositif, le liquide s'évapore et la vapeur s'écoule suivant la longueur du tube pour se condenser à l'extrémité froide de celui-ci en la réchauffant. Le liquide condensé est ramené à la première extrémité par l'intermédiaire de la mèche. L'utilisation d'un tel dispositif permet un transfert rapide de la chaleur d'une extrémité du tube à l'autre. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, la conduite est constituée par un tube de verre intérieur dont une extrémité ouverte est soudée au tube de verre extérieur, tandis qu'un dispositif de tube de transfert de chaleur est engagé dans le tube de verre intérieur précité en dépassant au-delà de l'extrémité de celui-ci soudée au tube de verre extérieur. Dans ces trois formes d'exécution de l'invention le dispositif de. tube de transfert de chaleur est agencé de manière à avoir l'une de ses extrémités à l'intérieur du tube de verre extérieur, tandis que l'autre dépasse hors de cé dernier et est propre à être introduite dans un échangeur de chaleur ou dans un accumulateur thermique. La partie du dispositif précité qui est située dans le tube de verre extérieur, ou bien le tube de verre intérieur qui renferme cette partie, est préférablement recouvert d'un revêtement sélectif à grand pouvoir absorbant et à faible pouvoir d'émission, en vue d'améliorer l'efficacité ou rendement du capteur. Le tube de verre extérieur est scellé à l'une de ses extrémités par le moyen d'un couvercle approprié, tandis que son extrémité opposée est reliée de façon étanche à la surface du dispositif de tube de trans- fert de chaleur ou du tube de verre intérieur. L'extrémité intérieure du dispositif repose sur un support approprié, d'autres supports pouvant être prévus sur sa longueur, si on le désire. L'autre extrémité de ce dispositif destinée à être introduite dans l'échangeur thermique ou autre est préférablement recouverte d'un revêtement propre à rayonner la chaleur et elle peut comporter des ailettes, si on le désire. Ce dispositif lui-même peut être fait en verre ou bien en un métal tel que le cuivre. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer: Fig. 1 est une coupe transversale d'un capteur suivant l'invention. Fig. 2 en est une coupe longitudinale. Fig. 3 est une coupe longitudinale d'une autre forme d'exécution d'un capteur suivant l'invention. En fig. 1 le capteur comprend un tube de verre extérieur 2 dans lequel sont disposés un réflecteur parabolique composé 4 fait en aluminium poli, ainsi qu'une conduite 6 située au foyer du réflecteur, cette conduite pouvant être constituée par un tube proprement dit ou par un dispositif de tube de transfert de chaleur. Le réflecteur 4 est un miroir optimisé de concentration de lumière, ne formant pas d'image. Il est du type parabolique décrit dans les brevets américains 4.002.499 et 4.003.638. Ce genre d'appareil concentre sur la conduite 6 l'énergie rayonnante incidente se situant dans un domaine angulaire e1 - e2 défini par les tracés en traits discontinus FD et GB. La partie CD du réflecteur est une d9veloppante de la section transversale circulaire de la conduite. La partie DE est prévue pour comporter substantiellement l'inclinaison maximale propre à réfléchir sur la conduite 6 le rayonnement incident compris dans l'angle e1. De même la partie BC est une développante de la section de la conduite et la partie BA présente elle aussi l'inclinaison maximale en vue de renvoyer sur la conduite le rayonnement qui se situe dans l'angle e2. Le réflecteur est coupé aux points A et E de manière à pouvoir se monter dans le tube de verre extérieur 2. On peut envisager -les deux configurations symétrique ou asymétrique afin que e1 puisse être différent de G2. Dans l'exemple représenté en fig. 1, e1 = e2 = 35', ce qui constitue une valeur pratique pour un capteur solaire fixe. On parvient ainsi à un rapport de concentration C = 1,5 lequel convient pour un fonctionnement efficace à une température élevée. Pour des raisons mécaniques et thermiques il peut être désirable d'interposer un espace intermédiaire entre le récepteur et le réflecteur au point C. Au voisinage de cet espace on peut capter le rayonnement par le moyen d'une cavité ou prévoir la partie en développante en partant d'un récepteur virtuel. Ainsi, par exemple, ce récepteur virtuel peut être constitué par la surface convexe minimale qui entoure le récepteur réel et par le point de la paroi réflectrice le plus rapproché du ré- cepteur. Dans la forme d'exécution de l'invention illustrée en fig. 2, la conduite 6 se présente sous la forme d'un dispositif de tube de transfert de chaleur. Elle comprend un tube scellé, partiellement évacué et renfermant une petite quantité d'un liquide, tel que de l'eau, avec une mèche 40, faite par exemple en toile de cuivre, qui s'étend sur toute sa longueur en étant intimement maintenue en place contre la paroi intérieure du tube en question. L'extrémité 42 de ce dispositif (extrémité intérieure) est maintenue dans le tube de verre extérieur 2 -par le moyen d'un support 44. Ce support 44 est préférablement fait en un matériau thermiquement isolant en vue d'éviter les pertes de chaleur par conduction. L'extrémi- té 45 du tube de verre extérieur et elle-même fermée de façon étanche, par exemple par le moyen d'un chapeau approprié. La seconde extrémité 46 du dispositif de tube transfert de chaleur s'étend au-delà du tube de verre extérieur 2 dans un échangeur thermique 47. Le tube 2 est fermé de façon étanche par rapport à l'extrémité du dispositif intérieur 6 par le moyen d'une soudure 48. Ce dispositif 6 est rectiligne sur toute sa longueur de façon à assurer l'efficacité maximale et par conséquent la soudure 48 ne se trouve pas au centre de l'extrémité du tube de verre extérieur. L'échangeur 47 peut avantageusement comporter un tube, représenté en coupe en fig. 2, à travers lequel on fait circuler un liquide d'absorp- tion de chaleur ou liquide caloporteur. On peut disposer toute une série de capteurs de façon que leurs dispositifs de tube de transfert de chaleur s'engagent dans un tel échangeur tubulaire. Le liquide utilisé dans ce dernier peut lui arriver par ses deux extrémités pour en être extrait en un point intermédiaire de sa longueur, cela en vue d'assurer le transfert maximal de chaleur au liquide. L'échangeur 47 est préférablement recouvert d'un matériau isolant 49. L'étanchéité est réalisée au point d'entrée du dispositif 6 dans l'échangeur 47 par le moyen d'un joint 50 prévu de façon à résister à l'action de la chaleur et du-liquide. Le dispositif 6 peut comporter un tube en verre ou en métal; en variante il peut être constitué par des longueurs de tube en verre et en métal. Il est préférable de faire en verre au moins la partie de ce dispositif qui se trouve à l'intérieur du tube de verre extérieur 2, de manière que la soudure 48 puisse être du type verre sur verre et dtie par conséquent beaucoup plus facile à réaliser que dans le cas verre/r étal. La partie du dispositif 6 qui se trouve dans le tube de verre extérieur 2 comporte préférablement un revêtement sélectif en vue d'absorber le maximum du rayonnement. Quant à la partie de ce dispositif située dans l'échangeur 47, on lui fait comporter un revêtement propre à rayonner la- chaleur. Si le dispositif 6 est fait en verre, on peut insérer sur son extrémité située à l'intérieur de l'échangeur un manchon métallique propre à faciliter le transfert thermique. Cette extrémité du dispositif 6 située dans l'échangeur peut être équipée d'ailettes dont quelques unes ont été représentées en 52, en vue d'assurer un transfert de chaleur plus rapide. Bien qu'on ait représenté en fig. 2 une partie découverte du dispositif 6 entre la soudure 48 et le joint 50, il convient de noter que cela n'a été fait que pour la clarté du dessin, cette partie étant en pratique réduite au minimum et étant au besoin isolée pour empêcher les pertes de chaleur. Dans l'exemple représenté en fig. 3, la conduite 6 affecte la forme d'un tube de verre dont une extrémité 42 est fermée et est supportée à l'intérieur du tube de verre extérieur 2 par un support 44, tandis que l'autre extrémité est fixée de façon étanche à ce tube 2 par le moyen d'une soudure 48. Un dispositif métallique 39 de tube de transfert de chaleur est monté à l'intérieur du tube 6 et dépasse au-delà de celui-ci pour s'engager dans un échangeur thermique du type sus-décrit en référen- ce à fig. 2. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Capteur d'énergie solaire, caractérisé en ce qu'il comprend un tube de verre extérieur (2) renfermant d'une part un réflecteur parabolique composé (4) s'étendant substantiellement suivant sa longueur, d'autre part une conduite rectiligne (6) qui s'étend quant à elle suivant le foyer dudit-réflecteur (4), les extrémités du tube de verre extérieur (2) étant scellées et l'espace qu'il délimite étant évacué. 2. Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite (6) est constituée par un tube ouvert à ses deux extrémités, lesquelles dépassent au-delà du tube de verre extérieur (2) et sont propres à être branchées dans un circuit de circulation d'un fluide d'absorption de chaleur. 3. Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite (6) est constituée par un dispositif de tube de transfert de chaleur dont une extrémité (42) est supportée à l'intérieur du tube de verre extérieur (2), tandis que l'autre dépasse au-delà de celui-ci. 4. Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite (6) est constituée par un tube à extrémités ouvertes dans lequel est monté un dispositif de tube de transfert de chaleur qui dépasse au-delà de l'une desdites extrémités. 5. Capteur suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que la surface externe de la partie de la conduite (6) qui se trouve à l'intérieur du tube de verre extérieur (2) comporte un revêtement sélectif en vue d'améliorer l'absorption de chaleur. 6. Capteur suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité du dispositif (6) de tube de transfert de chaleur qui s'étend au-delà du tube de verre extérieur (2) comporte un revêtement propre à rayonner la chaleur. 7. Capteur suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'extrémité du dispositif de tube de transfert de chaleur (6) qui s'étend au-delà du tube de verre extérieur (2) comporte des ailettes (52). 8. Capteur suivant l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'au moins l'extrémité du dispositif de tube de transfert de chaleur (6) qui s'étend au-delà du tube de verre extérieur (2) est faite en métal. 9. Appareil pour recueillir l'énergie solaire, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capteurs suivant l'une quelconque des revendications 3 à 9, disposés côte à côte, les extrémités de leurs dispositifs de tube de transfert de chaleur (6) qui dépassent au-delà des tubes de verre extérieurs (2) étant engagées dans un élément échangeur thermique (47) à travers lequel on fait passer un fluide de refroidissement.