Brevet FR2487054A1 — publié le 19820122

La présente invention concerne un élément pour la constitution de capteurs solaires dans lequel un absorbeur est disposé dans un tube en verre. Il est connu d'employer le vide comme isolant afin de supprimer presque totalement les pertes par convection et conduction. Plusieurs techniques ont été employées. On a réalisé des tubes de verre double, séparés par un espace sous vide : le tube externe est transparent, le tube interne est recouvert d'un revêtement absorbant, appliqué directement sur sa surface ou bien sur un support intermédiaire, par exemple une feuille métallique. Une deuxième famille de capteurs emploie des absorbeurs métalliques plans disposés dans un tube à paroi simple à l'intérieur duquel on fait le vide. L'absorbeur se termine par deux couvercles scellés au verre. Ces réalisations existantes font appel à des procédés de soudage du verre ou du métal sur le verre dont la mise en oeuvre est délicate et exigu pour la fabrication en série, des investissements considérables. La présente invention concerne un nouvel élément capteur de réalisation extrêmement simple et bon marché qui présente, en outre, l'avantage que l'élément fragile, à savoir le tube en verre, peut être remplacé si nécessaire tout en réutilisant le même capteur. Conformément à l'invention, l'élément pour la constitution de capteurs solaires du type à tubes sous vide dans lequel un absorbeur est disposé dans un tube en verre formant enveloppe fermé à ses deux extrémités, est caractérisé en ce que l'une au moins des fermetures est constituée par un couvercle, au moins un joint d'étanchéité étant prévu entre l'enveloppe et le couvercle qui est traversé par une partie au moins de l'absorbeur, un conduit pour la mise sous vide de l'enveloppe étant prévu de sorte que le couvercle est maintenu en application contre l'enveloppe par la seule pression atmosphérique. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description detaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexe. La fig. I est une coupe-élévation d'un élément capteur solaire suivant l'invention. Les fig.2 à 5 sont des coupes illustrant différents modes de réalisation du capteur pan apparaissant à la fig. 1. La fig. 6 est une coupe-élévation d'un élément capteur solaire à circuit en boucle. Les figs. 7 à 9 sont des perspectives partielles illustrant différents modes de liaison selon l'invention entre le capteur proprement dit et son enveloppe. La fig. 10 est une perspective schématique d'un autre mode de réalisation. La fig. Il est une perspective analogue à la fig. 10 d'une variante. L'élément capteur solaire illustré à la fig. i comporte une enveloppe 1 en verre fermée à ses deux extrémités par des couvercles 2 et 3 qui sont munis de brides 4 ou autres éléments de raccordement permettant de les relier à des conduits collecteurs non représentés pour le fluide à chauffer et le fluide chauffé. Les couvercles 2, 3 forment chacun un épaulement 5 destiné à prendre appui contre chacune des extrémités de l'enveloppe 1. Un joint 6, qui est torique dans l'exemple représenté, est prévu sur chacun des bouchons au-delà de l'épaulement 5, pour prendre appui contre la paroi interne de 1'enveloppe 1 et assurer ainsi l'étanchéité entre chaque bouchon et l'enveloppe.Les couvercles 2, 3 délimi tent, d'une part, des conduits 7 et, d'autre part, don chat - bres 8 communiquant avec les conduits et ouvrant à 1'tinté~ rieur de l'enveloppe 1. Des douilles d'étanchéité 9 sont interposées entre des parties de retenue 10 des couvercles et des embouts tubulaires 11. Les embouts tubulaires 11, par exemple de section circulaire, font partie d'un absorbeur 12 dont pln- sieurs modes dé réalisation sont décrits dans ce qui suit,notamment en référence aux fig. 2 à 5.Les embouts 11 entrent dans les chambres 8 sans s'étendre jusqu'au fond de cellesci. Les embouts tubulaires Il sont prévus pour pouvoir coulisser dans les douilles 9 ou bien ils sont fixés à celles-ci mais la matière des douilles 9 est choisie pour être déformable d'une mesure suffisante pour permettre la compensation des dilatations différentielles pouvant exister entre le capteur plan et ses embouts tubulaires 11, d'une part, et l'enveloppe 1 et ses couvercles 2, 3, d'autre part. Les douilles 9 peuvent d'une façon générale être réaliséesd'une manière quelconque puisqu'en fait elles constituent essentiellement des joints d'étanchéité entre les embouts tubulaires et les couvercles pour que les chambres 8 soient isolées de l'enveloppe 1 qui contient l'absorbeur 12. L'un des-couvercles, par exemple le couvercle 3, présente un canal 13 et un clapet anti-retour 14 qui permettent de faire le vide à l'intérieur de l'enveloppe 1. il est possible de remplacer le clapet.anti-retour 14 par d'autres moyens assurant la fermeture du canal 13. L'absorbeur 12 peut être constitué de différentes façons. il peut, comme illustré à la fig. 2, comporter une simple plaque 15 munie sur une face de tubes de circulation 16. il peut, aussi, comme illustré à la fig.~3, etre cons titUh par deux demi-lames 17 brasées entre elles et sur un perturbateur 18. La fig. 4 montre que-deux demi-lames 17a peuvent être brasées également à leur partie médiane 171 pour délimiter deux conduits contenant également des perturbateurs 18, les deux conduits étant par exemple reliés à une extrémité pour réaliser un circuit en boucle. La fig. 5 illustre encore une autre réalisation dans laquelle l'absorbeur est constitué par deux plaques 19 écartées l'une de l'autre par des barrettes 20. Comme précédemment, des perturbateurs 18 peuvent être disposés entre les deux plaques et, éventuellement, une barrette intermédiaire 20a pour réaliser un circuit en boucle. Comme cela ressort de ce qui précède, le fluide à chauffer est amené par l'un des conduits 7 et il circule donc dans l'absorbeur 12 dans lequel il est chauffé par le rayonnement solaire, l'absorbeur ou au moins sa face tournée vers le soleil étant revêtu de produits d'absorption.Cet absorbeur se trouve dans une enceinte dans laquelle un vide aussi complet que possible a été fait et ce vide,outre qu'il isole l'absorbeur en empêchant son refroidissement par convection assure, supplémentairement le maintien en place des différentes pièces.En effet, la pression extérieure s'exerce sur les cousercles et, par suite,ltépaulement 5 de ces derniers est en appui contre chaque extrémité de l'enveloppe 1 qui forme entretoise entre les couvercles. L'absorbeur peut se dilater librement du fait de lBexis- tence des joints que constituent les bouchons 9. L'élément capteur décrit ci-dessus peut tre supporté par tous moyens appropriés, par exemple par des tiges 21 sur lesquelles repose l'extrémité des couvercles-. La fig. 6 illustre une variante qui montre l'utilisation d'un absorbeur à circulation en boucle. Dans ce cas, il est avantageux que les conduits Il d'entrée et de sortie du fluide devant circuler dans l'absorbeur 12 soient par exemple soudés, brasés ou collés à l'un des couvercles 2a.- Les couvercles 2a peuvent être réalisés de façon analogue à ce qui est décrit précédemment mais le canal à clapet anti-retour 14a peut titre formé au centre du couvercle 2a qui ne contient pas les eib3Ss tubulaires 11. Le clapet anti-retour 14 ou un embout tubulaire à sceller le remplaçant peut servir d'organe de fixation. De même, l'étanchéité entre les couvercles et l'enveloppe 1 peut titre réalisée par un joint annulaire 25 disposé dans une rainure 26,de sorte que la pression atmosphérique s'exer çant sur les couvercles 2a assure l'étanchéité avec l'envelop- pe par compression des joints 25.Ce mode de réalisation est particulièrement siMple et permet des démontages éventuels également très simples puisque les pièces sont juste appli quées les unes contre les autres. L'absorbeur 12 peut ttre de grande longueur, par exemple de l'ordre de 1mètre ou davantage, et il est réalisé en métal très mince, par exemple à partir de feuilles d'aluminium, de laiton ou de cuivre, de sorte que sa flexibilité peut titre importante.Par ailleurs, la conduction thermique entre 11 enveloppe et l'absorbeur doit-8tre aussi faible que possible, voire nulle. Il est donc important que cet absorbeur ne soit pas en contact direct avec l'enveloppe 1. Pour cela, l'invention prévoit plusieurs moyens. A la fig. 7, l'absorbeur 12 est engagé dans des glissières 27 préalablement mises en plaee dans l'enveloppe 1, ces glissières pouvant par exemple être en matière isolante et prenant appui sur l'absorbeur seulement de façon linéaire A la fig. 8, les glissières sont remplacées par de simples barrettes 28, par exemple en fibres agglomérées ou en élastomère, qui sont insérées entre le bord latéral en forme de gouttière de l'absorbeur 12 et la paroi de l'enveloppe 1.La largeur de l'absorbeur est choisie pour être légèrement inférieure à celle du diamètre de l'enveloppe, ce qui fait que seules les barrettes 28 prennent appui contre l'enveloppe. Les barrettes 28 peuvent être constituées par plusieurs segments séparés les uns des autres ou même par des -billes. La fig. 9 montre encore un autre mode de réalisation suivant lequel on utilise des pinces élastiques ou joncs 29 enfilés sur le rebord latéral de l'absorbeur et qui prennent appui contre la paroi interne de l'enveloppe 1. Suivant la réalisation de la fig. 10, l'absorbeur 12 est du type à circulation en boucle et les conduits 12a, 12b qu'il délimite sont respectivement reliés à des collecteurs 23a, 23b. En outre, cet absorbeur est fixé à un couvercle 26a analogue au couvercle 26 décrit dans ce qui précède mais comportant en plus un conduit à clapet anti-retour 14a. Comme à la fig. 6, le couvercle 26a est muni d'un joint d'étanchéité annulaire 25a. Dans cette réalisation, l'enveloppe 1a est constituée comme précédemment par un tube en verre mais qui comporte également un fond lb également en verre. Dans ce mode d'exécution, il suffit d'enfiler l'enveloppe la sur l'absorbeur et de faire le vide pour assurer son maintien contre le couvercle. Le support de l'enveloppe 1a peut être assuré par tous moyens appropriés, par exemple des chevalets 30. Â la fig. 11, l'absorbeur 12 est disposé à l'inté rieur de l'enveloppe la pour former un angle par rapport à l'horizontale par exemple un angle de 45 . De cette façon, les conduits d'amenée et de retour 121, 122 sont uicalés en hauteur, ce qui permet de disposer les collecteurs 231, 232 l'un au-dessus de l'autre. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentes et décrits en détail, car diverses nodifications peuvent y êere apportées sans sortir de son cadre. REVENDICAIONS 1 - Elément pour la constitution de capteurs solaires du type à tubes sous vide dans lequel un absorbeur est disposé dans un tube en verre formant enveloppe fermé à ses deux extrémités, caractérisé en ce que l'une au moins des fermetures est constituée par un couvercle, au moins un joint d'étanchéité étant prévu entre l'enveloppe et le couvercle qui est traversé par une partie au moins de l'absorbeur, un conduit pour la mise sous vide de l'enveloppe étant prévu de sorte que le couvercle est maintenu en application contre l'enveloppe par la pression atmosphérique. 2 - Elément suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit pour la mise sous vide de l'enveloppe comporte un clapet anti-retour ou autre moyen de fermeture. 3 - Elément suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'absorbeur est du type à circulation en boucle et est relié de façon étanche à un seul couvercle, cet absorbeur étant de longueur plus petite que l'enveloppe pour compenser les dilatations différentielles. 4 - Elément suivant l'une des revendications 7 à 3, caractérisé en ce que l'enveloppe est constituée par un simple tube en verre fermé-à ses deux extrémités par des couvercles maintenus par la différence de pression existant entre l'intérieur et l'extérieur. 5 - Elément suivant l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que l'absorbeur est muni d'embouts tubulaires pour la traversée du ou des couvercles. 6 - Elément suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étanchéité du ou des couvercles est assurée par un joint annulaire disposé dans une rainure du couvercle et prenant appui contre l'extrémité de l'enveloppe. 7 - Elément suivant l'une des revendications 1-à 5, caractérisé en ce que l'étanchéité entre l'enveloppe et le ou les couvercles est assurée par au moins un joint prenant appui contre la paroi interne de l'enveloppe, le couvercle présentant un élément de butée contre lequel est appliquée l'extrémité de l'enveloppe. 8 - Elément suivant l'une des revendications I à 6, caractérisé en ce que les couvercles délimitent une chambre communiquant avec un conduit menant à un collecteur, la chambre contenant l'extrémité d'un embout tubulaire communiquant avec l'intérieur de l'absorbeur et une douille d'étanchéité étant interposéeentre l'embout tubulaire et la paroi de la chambre pour assurer son isolement de l'enceinte délimitée par l'enveloppe, la douille étant prévue pour permettre le déplacement de l'embout tubulaire afin de compenser les dilatations différentielles existant entre l'absorbeur et l'enveloppe. 9 - Elément suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'absorbeur est indifféremment constitué par une plaque absorbante formant des conduits par des demi-lames assemblées et reliées par des perturbateurs ou par des plaques maintenues écartées par des barrettes et des perturbateurs. 10 - Elément suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'absorbeur est relié à la paroi de l'enveloppe par une partie au moins de ses bords au moyen d'organes à faible conductibilité thermique. Il - Elément suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la largeur de l'absorbeur est légèrement inférieure au diamètre extérieur de l'enveloppe, ledit absorbeur s'étendant sensiblement suivant un diamètre de ladite enveloppe et étant relié par ses bords latéraux à la paroi interne de cette enveloppe par des barrettes, billes ou joncs en matière peu conductrice de la chaleur. 12 - Elément suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'abserbeur Porne un angle avec l'horizontale à l'intérieur de l'enveloppe qui le contient.