Brevet FR2497328A1 — publié le 19820702

La présente invention est relative à un concentrateur d'énergie solaire cylindrique, par exemple cylindro-parabolique, permettant d'obtenir directement dans l'absorbeur le chauffage d'un liquide à une température relativement élevée; il est, en particulier, possible (sans que cette indication soit limitative), grâce à un concentrateur établi suivant la présente invention de produire directement de la vapeur surchauffée susceptible d'alimenter un moteur à vapeur. Le concentrateur suivant l'invention comporte un absorbeur parcouru par un liquide, en lame mince, disposé transversalement par rapport à la direction du soleil, la tache focale se déplaçant, suivant l'heure, dans le sens de la largeur de cet absorbeur. La largeur utile 1 de l'absorbeur placé à une distance focale F de la surface réfléchissante, est choisie telle que le rapport 1 soit compris entre 0,08 et 0,25. T La forme de cet absorbeur est tubulaire, sa section étant telle que le rapport entre sa largeur et l'épaisseur de la lame liquide qu'il contient soit au moins égal à 8. L'absorbeur comporte au moins un organe dilatable placé de manière à pouvoir être atteint par la tache focale lorsque celle-ci a balayé l'absorbeur sur une certaine largeur, la dilation de cet organe commandant l'orientation du concentrateur autour de son axe de rotation. En particulier, le ou les organes dilatables commandant l'orientation peuvent être constitués par un réservoir tubulaire fermé, parallèle aux génératrices de la surface réfléchissante du concentrateur, rempli d'un liquide dilatable, et relié par une canalisation à un organe commandant l'inclinaison du concentrateur. De préférence, l'axe du dispositif d'orientation est parallèle à la direction Est-Ouest. L'organe dilatable de commande de l'orientation du concentra- teur peut avantageusement etre disposé dans l'espace fermé constitué entre la partie de l'absorbeur parcouru par le liquide et la vitre de protection. La section de la partie de l'absorbeur parcourue par le liquide peut etre de forme circulaire, ou plate, ou encore etre prolongée par des ailettes conductrices absorbantes. A titre d'exemples et pour faciliter l'intelligence de la présente description, on a représenté aux dessins annexés: Figure 1, une vue schématique transversale d'une forme de réalisation d'un concentrateur cylindrique établi suivant l'invention. Figure 2, une vue en coupe à échelle agrandie de l'élément absorbeur de ce concentrateur. Figures 3 et 4, des vues en coupe transversales de deux variantes de cet absorbeur. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, le concentrateur comporte une surface réfléchissante cylindrique 1 qui peut être notamment cylindro-parabolique; elle peut être établie, par exemple, comme il est décrit dans la demande de brevet co-pendante déposée le 23 MAI 1980, sous le n0 80-11554, au même nom et sous le titre l'CAPTEUR D'ENERGIE SOLAIRE CYLiNDRO-PARABOLIUE". Cet-te surface réfléchissante est soutenue par des supports 2 par rapport auxquels est monté un absorbeur 3 au moyen de tringles 4 ou analogues. L'ensemble ainsi constitué est soit fixe, soit monté sur un axe de rotation 5 lui-même supporté par un bati fixe 6. Suivant l'invention, l'absorbeur est constitué par un élément tuDu- laire 7 (figure 2) contenant un liquide approprié tel que l'eau ou un fluide thermique, s'étendant de préférence sur toute la longueur du concentrateur, parallèlement aux génératrices de la surface cylindrique 1. Cet absorbeur est de faible épaisseur et disposé perpendiculairement au faisceau réfléchi par le miroir cylindrique. I1 est avantageux que la largeur 1 de l'absorbeur soit faible, de manière à n'ntercepter qu'une partie des rayons solaires susceptibles d'être reçus par la surface réfléchissante. D'autre part, le calcul et l'expérience montrent que l'on peut recueillir une très importante fraction de l'énergie solaire, en se limitant au fonctionnement du concentrateur dans les deux à quatre heures qui précèdent et suivent midi, sans qu'il y ait à munir l'appareil de dispositifs de poursuite du soleil dans sa course. Pour répondre à ces diverses sujétions, le rapport i de la largeur 1 de l'absorbeur à la distance focale F F doit être compris entre 0,08 et 0,2s. Par ailleurs, suivant l'invention, la partie de l'absorbeur dans laquelle circule le liquide est de faible épaisseur, de manière à ce que le liquide s'y trouve sous forme d'une lame mince, l'absorbeur ayant dans ces conditions un minimum d'inertie. Les essais ont montré que le rapport entre la largeur a du conduit tubulaire et son épaisseur b (figure 2) est de préférence inférieur à 8. Le tube 7 de l'absorbeur est calorifugé en 18 sur sa face opposée à la surface réfléchissante. Il est protégé par une vitre 8, de manière à constituer un espace clos 9 produisant un effet de serre favorable à la bonne conservation de l'énergie. I1 doit être observé que la partie tubulaire de l'absorbeur peut avoir diverses formes. Au lieu d'etre plate, comme il est représenté à la figure 2, elle pourrait être incurvée (figure 3), étant, par exemple, formée par le rapprochement de deux demi-tubes 10 et 11; ce qui permet une fabrication facile et peu onéreuse. L'absorbeur pourrait également être légèrement incurvé.et obtenu par exemple par filage à la presse d'un lingot d'aluminium (figure 4). Enfin, lorsqu'il s'agit d'un tube plat tel que celui représenté à la figure 2, la partie tubulaire dans laquelle circule le liquide peut être prolongée latéralement par des ailettes conductrices 12; celles-ci pouvant notamment être réalisées soit par soudure électrique de larges plats, soit par façonnage sur une machine à galets à partir d'un tube rond de mince épaisseur. L'adoption d'un absorbeur répondant à ces conditions permet d'utiliser un concentrateur fixe, c'est-à-dire ne comportant pas de dispositif d'orientation automatique suivant la direction du soleil, avec un rendement acceptable pour les points du globe terrestre dont la latitude Nord ou Sud ne dépasse pas 460 environ. I1 a été constaté par des mesures faites dans une station située à la latitude de 44" Nord, que la proportion de l'énergie recueillie par rapport à l'énergie totale incidente pendant deux heures avant et deux heures après midi, pour un concentrateur cylindro-parabolique dont la largeur A (figure 1) était de 192 cm. et la distance focale F de 88 cm., était de l'ordre de 60 % au voisinage du solstice d'hiver et seulement de 37 % au voisinage du solstice d'été. Ceci conduit à admettre que, pour recueillir 75 % de la puissance incidente en toute saison, à la latitude de 440, un absorbeur ayant ces caractéristiques devra être illuminé par temps clair pendant: 5 heures au solstice d'hiver 7,5 heures à l'équinoxe 8,5 heures au solstice d'été. Pour augmenter l'illumination de l'absorbeur deux possibilités se présentent: a) soit augmenter sa largeur 1, Toutefois, on est limité dans cette voie par l'augmentation de l'ombre portée par l'absorbeur sur le miroir et par l'augmentation des pertes par les deux faces avant et arrière dudit absorbeur. Une telle solution a pour résultat de diminuer le rendement de l'absorbeur. b) soit de déplacer l'absorbeur par rapport au miroir. Ce qui ne modifie pas le rendement, l'absorbeur étant inchangé. Une solution simple qui va être ci-après decrite, consiste à combiner avec le concentrateur cylindrique un dispositif utilisant l'énergie solaire elle-même, reçue dans l'absorbeur pour orienter la surface réfléchissante du concentrateur. A cet effet, on dispose au voisinage de la partie tubulaire de l'absorbeur, sans toutefois être en contact thermique avec elle, un organe dilatable placé de manière à ce que la tache focale ne puisse l'atteindre qu'après avoir balayé une partie de l'absorbeur. Dans l'exemple représenté aux figures 1 et 2, cet organe dilatable est un tube fermé 14, noirci extérieurement et rempli d'un liquide dilatable, placé entre le tube 7 et la vitre 8, sur le côté de ladite partie tubulaire. Ce tube 14 est isolé thermiquement de la partie 7 de l'absorbeur, par exemple par une baguette isolante 15. I1 est relié par une fine canalisation 16 à un vérin 17 qui commande la position angulaire d'au moins l'un des supports 2 du concentrateur, qui sont montés orientables sur un axe 5. De préférence, l'axe de rotation 5 est prévu dans la position Est-Ouest et l'équilibre du concentrateur sur son axe est établi - au besoin au moyen de poids - de telle manière que l'armature du concentrateur soit constamment sollicitée,en sens inverse de l'action du vérin, dans le sens de la flèche f. Pendant la montée du soleil, avant midi, la tache focale balaie l'absorbeur de droite à gauche. Dès qu'elle atteint le tube, celui-ci s'échauffe fortement, le liquide se dilate et par l'intermédiaire de la canalisation 16 déplace la tige du vérin 17 qui fait pivoter l'ensemble miroir-absorbeur, en ramenant la tache focale vers le centre de l'absorbeur. Ceci a pour effet de refroidir le tube 14 et d'arrêter la rotation. I1 se produit un équilibre qui se déplace chaque fois que la tache focale atteint le tube. L'énergie de la tache augmentant avec la hauteur du soleil audessus de l'horizon, le point d'équilibre se déplace continuellement jusqu'à l'insolation maximum qui a lieu à midi. Après midi, l'énergie diminuant et le soleil baissant sur l'horizon, le processus inverse se déroule, grâce à la sollicitation de la pesanteur (f) ou analogue, jusqu'a ce que le vérin revienne en butée. On se retrouve donc, en fin de journée dans les conditions initiales et le processus peut recommencer le lendemain sans que l'on ait à procéder à un recalage de l'installation. Seul un ajustement mensuel est nécessaire pour tenir compte de la variation de la déclinaison. Cette disposition particulièrement simple permet une fabrication économique et l'appareil ainsi constitué peut être mis entre toutes les mains, sans surveillance. Par ailleurs, l'organe dilatable au lieu d'être un tube rempli de liquide pourrait être tout organe fonctionnellement équivalent, tel qu'une règle en un métal dilatable agissant sur tout mécanisme approprié de commande de l'orientation de l'appareil. - REVENDICATIONS i. Concentrateur d'énergie solaire cylindrique, comportant une surface cylindrique réfléchissante e un absorbeur tubulaire parcouru par un liquide, caractérisé par le fait que la tache focale se déplace suivant l'heure dans le sens de la largeur de cet absorbeur, la largeur utile 1 de celui-ci, placé à la distance focale F de la surface réfléchissante, étant telle que le rapport 1 soit compris entre 0,08 et 0,25. 2. Concentrateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la section de l'absorbeur est telle que le rapport entre sa largeur et l'épaisseur de la lame liquide qu'il contient soit au msins égal à 8. 3. Concentrateur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caracterisé par le fait que l'ensemble concentrateur absorbeur est fixe. 4. Concentrateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le concentrateur est disposé de manière à ce que les génératrices de sa partie réfléchissante soient en direction Est-ouest. 5. Concentrateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la partie tubulaire de l'absorbeur est plate, ses côtes étant prolongés jusqu'à la vitre protectrice par des ailettes conductrices absorbantes. 6. Concentrateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la partie tubulaire de l'absorbeur est de forme circulaire. 7. Concentrateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la partie tubulaire de l'absorbeur est en aluminium réalisé par filage à la presse.