Brevet FR2516220A1 — publié le 19830513

La présente invention concerne les collecteurs d'é- nergie solaire à miroir concave et se rapporte plus parti- culièrement aux collecteurs du type cylindro-parabolique. On connaît des collecteurs de ce type comprenant un ré- flecteur de forme cylindro-parabolique et un tube absor- beur d'axe confondu avec la ligne focale du réflecteur et dans lequel circule un fluide caloporteur. Selon certains modes de réalisation connus, le ré- flecteur est constitué par des feuilles de matériau ré- fléchissant raidies par des membrures. Un collecteur du type cylindro-parabolique doit pou- voir être orienté en fonction de la direction du soleil. Dans certains, cas, le collecteur formé du réflecteur et du tube absorbeur est monté à rotation autour du som- met du réflecteur, ce qui présente l'inconvénient de né- cessiter des liaisons souples entre le tube absorbeur et le reste de l'installation. Dans d'autres cas, le tube absorbeur est fixe, tan- dis que le réflecteur est monté à rotation autour du tu- be absorbeur. Cette seconde solution permet de supprimer les liai- sons souples entre le tube absorbeur et le circuit du fluide caloporteur. Par ailleurs, la partie mobile de l'installation est rendue plus légère. L'invention vise à créer un collecteur d'énergie so- laire qui allie une relative légèreté à une grande simpli- cité de montage. Elle vise également à créer un collecteur d'énergie solaire qui puisse être construit en série, à l'échelle industrielle. Elle a donc pour objet un capteur d'énergie solaire, comportant un réflecteur concave montée à rotation autour d'un tube absorbeur de chaleur disposé suivant l'axe focal du réflecteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de montage amovible à rotation dudit réflecteur sur le- dit tube absorbeur. D'autres caractéristiques de l'invention apparaî- tront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels la Fig 1 est une vue en perspective schématique du collecteur d'énergie solaire suivant l'inventiôn; la Fig 2 est une vue de côté, à plus grande échel- le du collecteur de la Fig 1; la Fig 3 est une vue à plus grande échelle encore d'un élément de membrure entrant dans la construction du collecteur suivant l'invention; la Fig 4 est une coupe partielle suivant la ligne 4-4 de la Fig 2; la Fig 5 est une coupe suivant la-ligne 5-5 de la Fig 2; la Fig 6 est une coupe partielle suivant la ligne 6-6 de la Fig 2; la Fig 7 est une vue schématique partielle en cou- pe d'une variante de la matière réfléchissante utilisée dans le collecteur suivant l'invention ainsi que son mo- de de montage; la Fig 8 est une vue schématique de côté du col- lecteur d'énergie solaire suivant l'invention protégé par une pellicule de matière plastique; la Fig 9 est une vue partielle à plus grande échel- le de la Fig 7 montrant les moyens de tension de la pel- licule de protection; la Fig 10 est une vue partielle en élévation et en coupe des moyens de tension de la pellicule de protec- tion du collecteur de la Fig 8; et la Fig 11 est une vue schématique d'un mode de liai- son du collecteur suivant l'invention avec un réservoir de stockage, à l'aide de canalisationscoaxiales. Le collecteur d'énergie solaire représenté à la Fig - 1, comporte un réflecteur cylindro-parabolique 1 porté par des membrures 2 régulièrement réparties sur sa lon- gueur Un tube absorbeur de rayonnement 3 dans lequel est destiné à circuler un fluide caloporteur est disposé de manière que son axe soit confondu avec la ligne focale du réflecteur 1 A ses deux extrémités, le tube 3 est monté sur des supports fixes 4 dont les extrémités supérieures forment des colliers 5 Le collecteur est monté à rotation par rap- port au tube absorbeur 3 entre les supports 4 d'une façon qui sera dé- crite en détail en référence à la Fig 2. La surface réfléchissante du réflecteur 1 est cons- tituée par des éléments 6 juxtaposés, assemblés entre eux par les membrures 2. Chacune de ces membrures est constituée de deux piè- ces 7 identiques ioulées, par exemple en Zamak qui présen- tent chacune un côté 8 concave en forme de demi -parabo- le ainsi que deux côtés 9 et 10 disposés à angle droit. Ces pièces 7 destinées à former l'armature parabolique pour la surface réfléchissant prennent appui deux par deux, de la manière représentée à la Fig 2 sur une pou- tre 11 de section triangulaire réalisée de préférence en aluminium La poutre 11 présente des rebords latéraux 12 dans lesquels sont ménagés des trous traversés par des goujons 13 prévus au sommet de l'équerre formée par les côtés 9 et 10 à angle droit de chaque pièce 7 Les goujons 13 servent en outre à la fixation d'entretoises 14 destinées à supporter un arceau 15 dont les extrémités sont fixées aux extrémités des pièces 7 opposées à la poutre 11 Avec les goujons 13 coopèrent des écrous de serrage 16. Si l'on se réfère maintenant à la Fig 3, on voit que chacune des pièces 7 présente en outre, venu de mou- lage, un bras 17 dont l'extrémité libre est réalisée sous la forme d'une portion d'anneau 18 destinée à supporter le tube absorbeur 3 d'une façon qui sera décri te en détail en référence à la Fig 4. Ainsi que le montre la Fig 5, chaque bras 17 présen- te une portion en saillie 19 de forme rectangulaire,venue de moulageen porte-à-faux vers l'intérieur Dans chaque saillie 19 sont ménagés des orifices 20 destinés à rece- voir des pions 21 prévus dans le bras 17 de la pièce 7 complémentaire et dont le matage assure l'assemblage des- dits bras entre eux pour former un bras de liaison avec le tube 3. De part et d'autre de son c 6 té semi-parabolique, cha- que pièce présente une rainure semi-parabolique 22 desti- née à recevoir le bord d'un élément 6 du réflecteur 1. Le tube absorbeur 3 est monté dans les anneaux ou- verts ou fourches constitués par les extrémités 18 des bras 17 des pièces semi-paraboliques 7 assemblées deux à deux,par l'intermédiaire d'une bague 23 formée de deux demi-ba- gues 23 a, 23 b engagées dans l'anneau formé par les extré- mités 18 des bras 17,par rotation Les demi- bagues 23 a, 23 b sont réalisées en une matière isolante, telle que par exemple du Téflon Elles définissent un passage 24 de section circulaire dont le diamètre inté- rieur est égal au diamètre extérieur du tube absorbeur 3 Le diamètre extérieur de la bague 23 ainsi constituée est égal au diamètre intérieur de la fourche formée par les extrémités 18 des bras 17 Sur leurs deux faces d'ex- trémité, les bagues 23 a, 23 b présentent des saillies 25 a, b tournées vers l'extérieur, qui définissent entre el- les un canal 26 dont la largeur est égale à celle des extrémités 18 des bras 17 Les saillies 25 a et 25 b s'éten- dent à la périphérie des demi-bagues respectives 23 a, 23 b sur un angle légèrement inférieur à l'angle d'ouver- ture de la fourche constituée par les extrémités 18 des bras 17, de façon à permettre l'engagement des demi-ba- gues dans ladite fourche par l'ouverture de celle-ci En faisant ensuite tourner successivement chaque demi-bague 23 a, 23 b autour du tube absorbeur 3 et de façon que ses saillies respectives 25 a, 25 b viennent emprisonner les extrémités incurvées 18 des bras 17, on assure un ver- rouillage du réflecteur sur le tube absorbeur 3 Le dé- verrouillage peut être assuré avec la même facilité en procédant aux opérations inverses de celles décrites ci-dessus, ce qui rend le réflecteur amovible. Les demi-bagues 23 a, 23 b comportent en outre dans les saillies 25 a, 25 b, des portions 27 a, 27 b de plus petit diamètre qui définissent ensemble une portée sur laquellevient prendre appui l'extrémité d'n capot protecteur 28 en matière transparente qui coiffe le tu- be absorbeur 3 Le capot 28 est de forme tubulaire et il est ouvert dans sa partie tournée vers le réflecteur 8 Les bords de l'ouverture du capot 28 prennent appui contre des butées radiales 29 a, 29 b constituées dans les saillies 25 a, 25 b par le creusement desportions de portée 27 a, 27 b pour le capot 28. Les supports 4 ducollecteur sont fixés au tube ab- sorbeur 3 au moyen des colliers 5, par serrage dudit tube avec interposition d'un manchon épaulé 30 en matiè- re isolante telle que le Téflon Chaque support 4 présente la forme générale d'un A au sommet duquel est prévu le collier 5 défini par les extrémités supérieures des jam- bes 31 du A Il comporte une première traverse 32. La traverse de l'un des supports est destinée à revevoir les moyens de commande du dispositif de ré- glage de la position angulaire du réflecteur en fonction de l'orientation du soleil. Ce dispositif de réglage comporte une crémaillère 34 fixée sur une portion de l'arceau 15 prévu à une extrémité au moins du collecteur Avec la crémaillère 34 coopère une pièce dentée 35 fixée par l'intermédiaire d'une piè- ce en U 36 de guidage et de Protection, sur un levier d'ac- tionnement 37 Le levier 37 est articulé sur la traver- se 32 par l'intermédiaire d'une pièce 38 en forme de cha- pe qui enserre les ailes de la traverse 32 et qui est fi- xée à ces ailes par des ensembles de boulons et d'écrous 39 Le levier d'actionnement 37 est maintenu en position haute contre la traverse 32 par un ressort de rappel 40 dont les extrémités sont fixées d'une part au levier 37 Met d'autre part, à la partie supérieure de la traverse. Si l'on souhaite rendre la commande de l'orientation du réflecteur automatique, il est possible de remplacer la pièce dentée 35 par une vis sans fin qui serait en prise avec la crémaillère 34 et qui serait entraînée par un moteur électrique lui-même commandé par des moyens sensibles à l'orientation du soleil. La surface réfléchissante du réflecteur est réali- sée comme le montre le médaillon entouré par le cercle en trait mixte de la Fig 2 représenté dans la partie de droite de cette figure, par la superposition d'une tôle porteuse 41 et d'une feulle métallique 42 formant subs- trat pour une pellicule de matière réfléchissante 42 a constituée par exemple d'une matière plastique alumini- sée collée sur la feuille 42 formant substrat La tôle porteuse 41 peut être réalisée en deux parties de longueur correspondant aux côtés incurvés 8 de chacune des pièces 7 qui constituent chaque membrure, tandis que la feuille 42 formant substrat pour la pellicule réfléchissante 42 a constitue une seule pièce insérée entre deux membrures consécutives La tôle 41 est pliée à ses extrémités et rabattue contre l'extrémité correspondante de la pièce 7 puis introduite dans une fente 43 ménagée dans cette piè- ce (Fig 3) Comme le montre le médaillon entouré par un cercle en trait mixte représenté à la partie de gauche de la Fig 2, la tôle 41 est ensuite immobilisée au moyen de vis engagées dans des trous filetés 44 ménagés dans l'extrémité de la pièce 7 Les parties pliées 4 la de la tôle 41 forment ainsi des entretoises de rigidification et de maintien des membrures. Afin de permettre de conserver à la pellicule réflé- chissante 42 a, un état de surface parfait à proximité de la rainure parabolique 22, la pellicule 42 a est légère- ment plus étroite que le substrat 42, de sorte que les bords latéraux de celui-ci sont dépourvus de pellicule réfléchissante et sont seuls engagésavec la tôle 41 dans la rainure parabolique 22, ce qui évite de provoquer des plis et des déchirures locales de cette pellicule lors du montage. Sur la Fig 7, on a représenté une variante de surfa- ce réfléchissante pouvant être utilisée pour constituer le réflecteur du collecteur suivant l'invention. Selon cette variante, les éléments de la surface réfléchissante comportent un élément de support constitué par une tôle 41 b en acier inoxydable engagée dans les rainures de deux membrures 2 consécutives et sur laquelle est collée une pellicule de matière réfléchissante 42 b en matière plastique aluminisée. Les tôles 41 b se terminent par des arêtes vives et des couvre-joints 43 a sont montés aux extrémités libres des pièces 7 qui constituent les membrures 2 Les couvre-joints oui jouent le rôle de noutres de renforcement du réflecteur et d'entretoises sont constituées par des profilés présentant un canal oblique 43 b dans lequel est engagé le bord latéral de la surface réfléchissante 41 b, 42 b. Les couvre-joints 43 a assurent ainsi également le rôle de moyens de soutien longitudinal des tôles 41 b, ce qui les empêche de fléchir entre deux membrures ainsi que celui de moyens de protection contre l'humidité de la jonction entre la tôle 41 b et la pellicule 42 b. Sur la Fig 8, on a représenté un mode de réalisation du collecteur d'énergie solaire suivant l'invention dans lequel le réflecteur et le tube absorbeur sont protégés par une pellicule transparente 45 tendue sur le cadre que constituent l'ensemble des membrures 2 et les rebords des tôles porteuses 41 du réflecteur Afin de permettre le montage de cette pellicule 45, les extrémités libres des pièces 7 qui constituent les membrures, sont pourvues chacune d'une saillie extérieure 46 dans laquelle est ménagée une gorge 47 destinée à recevoir une tringle 48 qui constitue l'armature de tension de la pellicule 45 Ain- si, la pellicule 45 peut être aisément montée et démon- tée soit en vue de son remplacement, soit en vue d'accé- der au réflecteur ou au tube absorbeur. Les moyens de montage de la pellicule 45 sont repré- sentés plus en détail aux Fig 9 et lO Comme le montre lu la Fig 9, chaque tringle 48 comporte une fente longitudi- nale 49 dans laquelle est enfilé le bord de la pellicule , qui présente un bourrelet 50 d'épaisseur supérieure à la largeur de la fente 49, constitué par le soudage de plusieurs épaisseurs de pellicule Celle-ci est enrou- léeau moins une fois sur la tringle 48. L'une au moins des tringles 48 est pourvue comme le montre la Fig 10 d'un tendeur 51 qui peut être constitué par un ressort hélicoidal travaillant à la torsion mon- té à une extrémité de la tringle 48 et dont une extrémité est engagée dans un trou prévu dans la tringle tandis que son autre extrémité est rendue solidaire de la pièce 7 correspondante Le montage étant réalisé en donnant au res- sort une certaine tension, on conçoit que toute variation de longueur de la pellicule 45 due à sa dilatation ou à la contraction est reprise par la rotation de la tringle 48 sous l'action du ressort 51. Le collecteur d'énergie solaire qui vient d'être décrit présente vis à vis des dispositifs analogues de la technique antérieure, l'avantage d'être d'un montage extrêmement aisé en raison de la simplicité des pièces qui le constituent. Le fait que les membrures 2 sont réalisées au moyen de pièces moulées, assemblées à une poutre centrale de rigidification et de support, permet d'assurer une bonne reproductibilité de la fabrication, ce qui est très im- portant pour une production industrielle. Le fait de pouvoir aisément démonter le réflecteur par rapport au tube absorbeur, permet un remplacement rapide de pièces défectueuses. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, le tube absorbeur 3 est constitué par un tube unique dans lequel circule le fluide caloporteur On peut cepen- dant envisager que le tube absorbeur soit constitué de deux tubes concentriques, le tube central servant à la circulation de l'eau chaude, tandis que le tube périphé- rique définissant avec la surface extérieure du tube cen- tral, un canal dans lequel circulerait l'eau froide. Un tel agencement est représenté à la Fig 11 Sur cette figure, le collecteur 5 suivant l'invention repré- senté schématiquement en 52 comporte un tube absorbeur 53 formé d'un tube intérieur 54 et d'un tubeextérieur 55 coaxial au tube 54 et entourant celui-ci Letube exté- rieur 55 constitue letube d'alimentation en eau froide et il est connecté à la partie basse d'un réservoir 56 tandis que le tube 54 forme le conduit de retour de l'eau chaude et il est connecté à la partie supérieure du réservoir 56 A cet effet, il présente un tronçon 57 intérieur audit réservoir. Un tel agencement permet le fonctionnement de l'en- semble en thermosiphon. Par ailleurs, il réduit considérablement les lon- gueurs des canalisations et par là-même les pertes ther- miques. En raison de sa simplicité de montage, le collecteur d'énergie solaire suivant l'invention peut être livré totalement démonté et il peut être assemblé sur place sans nécessiter une main d'oeuvre très qualifiée Le collec- teur de la Fig 11 peut également présenter un tube cen- tral d'admission d'eau froide relié à la partie basse du réservoir et un tube périphérique d'évacuation d'eau chau- de connecté à la partie haute du réservoir. REVENDICATIONS 1 Collecteur d'énergie solaire, comportant un ré- flecteur concave ( 1) monté à rotation autour d'un tube absorbeur de chaleur ( 3) disposé suivant l'axe focal du réflecteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 17,18,23) de montage amovible à rotation dudit réflecteur sur ledit tube absorbeur ( 3). 2 Collecteur suivant la revendication 1, dont le réflecteur ( 1) de forme cylindro-parabolique est porté par des membrures ( 2) régulièrement réparties sur sa lon- gueur, caractérisé en ce que lesdits moyens de montage amovible du réflecteur sur ledit tube absorbeur ( 3) com- prennent des bras ( 17) qui font partie desdites membrures et qui se terminent chacun par une fourche partiellement annulaire entourant le tube absorbeur ( 3) et verrouillée sur celui-ci à l'aide d'un organe ( 23) en matériau iso- lant. 3 Collecteur suivant la revendication 2, caracté- risé en ce que ledit organe de verrouillage ( 23) est constitué par une bague formée de deux seni-baaues ( 23 a,23 b) qui coniçortent respec- tiveoent sur leurs faces, des saillies ( 25 a,25 b) qui définissent entre elles un passage dont la largeur est égale à l'épaisseur des extrémités ( 18) du bras ( 17) de liaison du réflecteur avec le tube absorbeur ( 3), lesdites saillies ( 25 a,25 b) s'éten- dant sur une portion de la périphérie de la bague légère- ment supérieure à l'ouverture de la fourche partiellement annulaire d'extrémité dudit bras. 4 Collecteur suivant l'une quelconque des revendi- cations 2 et 3, caractérisé en ce que chaque membrure ( 2) est constituée de deux pièces ( 7) identiques en métal mou- lé qui présentent chacune un côté incurvé ( 8) définissant la forme du réflecteur, lesdites pièces ( 7) étant assem- blées deux à deux de façon que les côtés incurvés ( 8) se trouvent dans le prolongement l'un de l'autre. Collecteur suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que chacune des pièces ( 7) qui forment deux par deux lesdites membrures ( 2) com- porte un bras ( 17) terminé par une extrémité en forme de portion d'anneau ( 18) et comprenant des moyens ( 19,20,21) d'assemblage avec des moyens d'assemblage complémentaires prévus sur l'autre bras ( 17), l'assemblage des deux bras ( 17) des deux pièces ( 7) juxtaposées constituant ledit bras de liaison avec le tube absorbeur ( 3). 6 Collecteur suivant la revendication 5, caracté- risé en ce que lesdits moyens d'assemblage ( 19,20,21) sont venus de moulage avec ladite pièce ( 7). 7 Collecteur suivant l'une quelconque des revendi- cations 4 à 6, caractérisé en ce que lesdites pièces ( 7) constituant une membrure ( 2) présentent chacune au moins un côté rectiligne ( 9) par lequel elles sont assemblées à une poutre ( 11) de section triangulaire comprenant des rebords latéraux ( 12), chaque pièce ( 7) étant fixée à la poutre à l'aide d'un organe de fixation ( 13) coopérant avec le rebord ( 12) correspondant de ladite poutre ( 11). 8 Collecteur suivant l'une quelconque des revendi- cations 4 à 7, caractérisé en ce que chacune des dites pièces ( 7) constituant lesdites membrures ( 2), présente de part et d'autre de son côté incurvé ( 8) une rainure ( 22) de forme parabolique, destinée à recevoir le bord d'un élément ( 6) de matière réfléchissante et à définir la forme de surface du réflecteur. 9 Collecteur suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 8, caractérisé en ce que la surface réfléchis- sante du réflecteur ( 11) est formée d'éléments porteurs en tôle ( 41) dont les bords sont encagés dans les rainu- r S en regard ( 22) de deux membrures ( 2) consécutives les extrémités desdits éléments de tôle ( 41) tournées vers l'extérieur sont repliées pour former des entretoi- ses de renforcement ( 41 a) fixées aux extrémités libres des pièces ( 7) formant lesdites membrures, une tôle ( 42) formant substrat,revêtue d'une pellicule en matière plas- tique aluminisée étant superposée auxdits éléments por- teurs. Collecteur suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce que la surface réflé- chissante du réflecteur ( 11) est formée d'éléments en t 6- le ( 4 lb) revêtus d'une pellicule de matière plastique alu- minisée, dont les bords sont engagés dans les rainures en regard de deux membrures consécutives, les extrémités desdits éléments étant engagées dans des canaux ( 43 b) pré- vus dans des couvre-joints ( 43 a) qui forment des entre- toises de renforcement des bords longitudinaux du réflec- teur et qui sont fixés aux extrémités libres desdite's piè- ces ( 7) formant lesdites membrures. 11 Collecteur suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 àl O, caractérisé en ce que le tube absorbeur ( 3) est coiffé par un capot de protection ( 28) en matiè- re transparente. 12 Collecteur suivant la revendication 11, caracté- risé en ce que ledit capot est constitué par un tube ou- vert en direction du réflecteur, prenant appui sur des surfaces de portée ( 27 a,27 b) desdites bagues de verrouil- lage ( 23) et étant immobilisé en rotation par des butées radiales ( 29 a,29 b) prévues sur lesdites bagues. 13 Collecteur suivant l'une quelconque des revendi- cations précédentes, dont le tube absorbeur ( 3) est mon- té sur des supports ( 4) disposés de part et d'autre du ré- flecteur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens ( 34,35,37) de réglage de la position angulaire du réflecteur ( 1). 14 Collecteur suivant la revendication 13, caracté- risé en ce que les moyens de réglage de la position an- gulaire du réflecteur ( 1) comportent une crémaillère ( 34) montée sur un arceau ( 15) fixé à au moins une extrémité du réflecteur, une pièce dentée ( 35) coopérant avec la crémaillère, portée par un levier ( 37) articulé sur le support ( 4) correspondant, la pièce dentée ( 35) étant maintenue en prise avec la crémaillère par un organe élastique ( 40) de rappel dudit levier ( 37). Collecteur suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 14, caractérisé en ce que le réflec- teur ( 1) est protégé par une pellicule ( 45) de matière transparente tendue sur les bords dudit réflecteur O 16 Collecteur suivant la revendication 15, caracté- risé en ce que chacune des pièces ( 7) qui forment lesdi- tes membrures présente à son extrémité libre, une saillie ( 46) pourvue d'une gorge ( 47) destinée à recevoir une trin- gle ( 48) de tension de ladite pellicule ( 45) enroulée sur ladite tringle, des moyens ( 51) de maintien sous tension de ladite pellicule étant associés à l'une au moins des tringles ( 48). 17 Collecteur suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le tube ab- sorbeur ( 53) est constitué d'un tube central ( 54) et d'un tube périphérique ( 55) coaxial au tube central et définis- sant avec celui-ci un canal d'admission d'eau froide ou d'évacuation d'eau chaude, alors que le tube central forme un con- duit d'évacuation d'eau chaude ou d'admission d'eau froide. 18 Collecteur suivant la revendication 17, caracté- risé en ce que le collecteur ( 52) étant relié à un réser- voir de stockage ( 56), le tube central ( 54) est relié à la partie haute ou basse du révervoir, tandis que le tu- be périphérique ( 55) est relié à la partie basse ou hau- te de celui-ci.