Brevet FR2500132A1 — publié le 19820820

Les processus de séparation entre liquide et gaz, ou entre liquide et vapeur, par voie athermique, tels qu'on lescrencontre par exemple pour: -concentration -cristallisation -dessalement -desorption -distillation, ainsi que les processus de vaporisation complète nécessitent l'apport d'énergie correspondant 9 la chaleur de vaporisation du fluide. Cet apport devra se faire à température pratiquement constante t même dans le cas d'un mélange, si l'on considère un fonctionnement continu. Cet apport thermique peut provenir du rayonnement solaire de façon à éviter l'utilisation de combustibles fossiles. Une difficulté apparait néanmoins dans le captage de cette énergie et son transfert au fluide à vaporiser: en effet lesedeux possibilités offertes- Utilisation d'un fluide caloporteur intermédiaire ou chauffage direct- sont mal adaptées au problème posé: - ou bien un fluide caloporteur est chauffé dans des capteurs thermiques; il s'agit alors d'une variation de tempErature- Chaleur sensible- et, compte tenu du pincement de l'échangeur, la température de vaporisation sera au mieux de quelques degrés inférieure à la température de retour du caloporteur dans le capteur. Comme souvent cette température influe directement sur le rendement de l'opération- Thermotransformateur par exempleil faut faire travailler le caloporteur avec des faibles écarts, donc avec des grands débits, ce qui augmente l'énergie dépensée pour sa mise en circulation. - ou bien le fluide lui mdme passe dans les capteurs. I1 y a alors plusieurs inconvénients: le débit gazeux résultant de la vaporisation est bien supérieur en volume au débit liquide et nécessite des dimensions de conduites peu compatibles avec une surface étendue de capteurs. De nombreuses difficultés liées å 1' étanchéité du circuit apparaissent aussi: résistance à la pression, étanchéité des joints, dilatation.. Ici encore se pose le problème de la mise en circulation, encore compliqué par l'état diphasique. Une utilisation de l'énergie solaire pour ce type d'applications suppose donc: -Circulation directe du fluide dans les capteurs, mais... -Evacuation aisée de la phase gazeuse -Géométrie du circuit fluide autorisant une construction scéllée, seule apte b éviter des fuites -Type de capteurs autorisant une tempé- rature élevée, c'est à dire, réduisant les pertes à l'atmosphère. La solution proposée, selon l'invention, consiste à faire -circuler dans la branche ascendante d'un circuit soumis au flux radiants le fluide à vaporiser ou à dégazer. Un collecteur supérieur permet de recueillir séparément les deux phases obtenues. Le fluide à dégazer est acheminé au collecteur inférieur par une branche descendante non soumise au rayonnement de fagon que la différence de densité entre le mélange diphasique et le liquide seul crée un gradient de pression permettant une mise en circulation du fluide sans apport d'énergie extérieure, selon le principe connu de la !'pompe à bulles". On obtient de ce fait deux avantages par rapport aux solutions connues: circulation naturelle du fluide et regroupement des deux collecteurs en deux localisations proches.De ce fait le circuit contenant le fluide tout en étant relié de fa > on étanche aux deux collecteurs, peut être encapsulé dans une enceinte laissant passer le rayonnement solaire et réduisant les pertes thermiques vers l'atmosphère.Cette enceinte peut être retirée sans toucher au circuit du fluide. I1 est par ailleurs intéressant de noter l'absence de problèmes liés à la dilatation différentielle. Selon l'invention le terme "collecteur" désigne le raccordement de l'élément capteur aux circuits d'arrivée et de retour du fluide. Un mdme capteur ensaché dans une seule enceinte peut comprendre un ou plusieurs éléments de circuit regroupés ainsi que cela apparait sur les figures (I) et (3). Le mode de réalisation du circuit pourra être adapté 9 la nature du fluide en restant dans le cadre de l'invention, par exemple, pour un fluide corrosif ou dangereux sous pression, un circuit constitué d'une épingle tubulaire reliée de façon étanche (soudure en particulier) au collecteurdouble sera préconisée Par contre une construction meilleur marché pourra être obtenue avec une plaque mince repliée munie d'une cloison interne (fig. 2),cette plaque elle mbme pouvant constituer l'enceinte.Dans le cas où un nettoyage du circuit est à envisager, l'épingle tubulaire peut titre remplacée par des tubes droits raccordés sur une pIs- que avec une boite étanche de retour (fig. 3). I1 est économique de regrouper plusieurs tubes sur une plaque. L'enceinte pourra être réalisée, dans une disposition préférée, par une capsule à vitrage double, l'interstice étant éventuellement mis sous vide ou rempli d'un gaz, carbonique par exemple, pour réduire les pertes à l'atmosphère. La différence de température entre les deux branches pourra être accentuée,,sans que cela constitue une obligation, par l'emploi d'un calorifuge sur la partie froide, qui éventuellement remplira jusqu' la totalité du compartiment froid défini ciaprès: on sépare les deux branches par une cloison, en particulier dans le cas de tubes sous enceinte, ce qui évite, d'une part, la convection du comps g ment chaud vers le froid et, d' autre part, réfléchit le rayonnement sur la branche chaude avec un effet possible de concentration. Dans une version simplifiée la double paroi transparente pourra être limitée au c8té exposé au rayonnement, l'en- ceinte étant alors constituée avec un matériau isolant pour le reste de sa paroi. L'association de plusieurs capsules constitue évidemment un des avantages de l'invention. Suivant la nature de 1' application le raccordement des circuits pourra être fait en série sur le liquide, permettant par exemple une concentration progressive, en parallèle sur le gaz qui est ensuite conduit sur une paroi froide pour condensation. Le nombre de branches parallèles peut varier d'une section a l'autre pour tenir compte de taux de recirculation différents. L'empilage vertical de plusieurs éldments permettra de conduire le liquide en point haut d'une installation, cet avantage, accessoire dans certains cas, pourra être le but recherché dans d'autres, sans sortir du cadre de cette in Invention REVENDICATIONS I- Dispositif de captage de l'énergie thermique à partir du rayonnement destiné à la vaporisation totale ou partielle d'un fluide contenu dans un circuit constitué essentielle ment de deux branches dont l'une (a) parcourue dans le sens ascendant est soumise au rayonnement et l'autre (b) parcourue dans le sens descendant n'y est pas soumise, de telle sorte que la différence de densité entre le fluide contenu dans (a) et celle de celui confipdgans (b) favorise ltécou- lement du dit fluide de la branche/vers la branche chaude, ltextrêmité supérieure de chacune des branches étant reliée aux conduits d'amenée et de retour du fluide traité. 2- Dispositif selon la revendication (I) caractérisé en ce que les points de raccordement des deux branches sur le circuit de conduite du fluide sont situés d'un mdme côtX d'une surface continue quelconque alors que la zone de captage du rayonnement est du côté opposé de cette surface de sorte qu'une enceinte close obturée par la dite surface continue peut contenir entièrement la zone de captage en laissant les points de raccordement à l'extérieur de la dite enceinte. 3- Dispositif selon la revendication (2) dans lequel lten- ceinte est constituée d'une capsule à double vitrage. 4- dispositif selon la revendication (S) où l'interstice entre les deux vitrages est mis sous vide. 5- Dispositif selon la revendication (3) où l'interstice entre les deux vitrages est rempli de gaz carbonique. 6- Dispositif selon la revendication (2) où la branche descendante est protégée par un revêtement calorifuge. 7- Dispositif selon l'une des revendications (2) à (6), où une cloison sépare en deux compartiments l'espace intérieur de l'enceinte, l'un soumis au rayonnement, contenant la branche ascendante, l'autre contenant la branche descendante 8- Dispositif selon les revendications (6) et t7) où la matière calorifuge remplit la totalité du compartiment. 9- Dispositif selon la revendication (7) où la cloison est réalisée dans une matière réfléchissante avec une forme incurvée de façon à concentrer sur la branche ascendante le rayonnement reçu par la dite cloison. IO- Dispositif selon l'une des revendications (3) à (9) où la capsule vitrée est limitée à la zone soumise au rayonnement, le restant de l'enceinte pouvant titre constitué d'une matière isolante non transparente. Il- Dispositif selon l'unedes revendications CI) à (IO) où les deux branches sont constituées d'un tube unique replié en épingle. 12- Dispositif selon l'une des revendications (I) à (10) où chaque branche est constituée par un ou plusieurs tubes droits, la liaison entre l'extrêmité inférieurede chaque branche étant assurée par une pince de raccordement, le nombre de tubes constituant chaque branche pouvant titre quelconque. I3- Dispositif selon la revendication (S2) où la pièce de raccordement est démontable. I4- Dispositif selon l'une des revendications (I2) ou (I3) où la pièce de raccordement est constituée d'une plaque tubulaire associée à un couvercle formant ainsi une boite de distribution. I5- Dispositif selon l'une des revendications CI) à (I0) où les deux branches sont constituées par une plaque mince repliée à l'intérieur de laquelle une cloison plane, lisse ou non, assure la séparation entre les deux branches. I6- Dispositif selon la revendication (7) où l'enceinte elle même avec la cloison constitue les deux branches du circuit.