Brevet FR2535034A1 — publié le 19840427

La présente invention concerne le domaine technique général de l'énergie solaire et elle vise, plus particulierement, celui de la production directe d'une énergie thermique par opposition à celui de la transformation de l'énergie solaire en energie électrique. Dans le domaine technique ci-dessus, on a dejA propose un grand nombre de solutions pour produire une energie thermique par transformation de énergie solaire. Les appareils, generalement utilises et denommés "cap- teurs" dans la technique, peuvent être statiques ou dynamiques, ctest-à-dire à poursuite programme ou automatique. Ces appareils comportent tous, en général, un circuit de circulation d'un fluide caloporteur chargé de prélever l'énergie thermique au sein du capteur et de la transférer vers l'appareil d'utilisation ou de transformation. Un tel fluide peut entre, notamment, de l'eau ou de l'huile. Ces dispositifs donnent, en général, satisfaction pour un grand nombre d'applications, bien que leur rendement ne permette pas d'appliquer, a l'appareil d'utilisation ou de transformation, une température relativement élevée, compte tenu des conditions de fonctionnement de l'installation de circulation et de la nature des fluides employés. Dans certaines applications, ces conditions sont rédhibitoires, car le principe de fonctionnement de l'appareil d'utilisation ou de transformation implique une température relativement élevée au sein d'une source chaude de volume relativement restreint. Tel est le cas, notamment, des installations de réfri gération comprenant un système de production de frigories fonctionnant sur la base du principe de l'absorption, par opposition au système fonctionnant par compression. L'objet de l'invention est de résoudre le problème général ainsi posé en proposant un nouveau générateur de chaleur à énergie solaire possédant une source de production de chaleur à température relativement élevée et constante pendant toute la durée d'exposition du générateur aux rayonnements solaires sous une plage angulaire d'incidences considérées comme habituelles pour les capteurs au sens général. Un autre objet de l'invention est de fournir un gené- rateur de chaleur, de conception robuste et fiable, ne nécessitant pas l'intervention d'un personnel spécialement qualifié pour son entretien. Un avantage supplémentaire de l'objet de l'invention est de proposer un générateur de chaleur qui puisse être produit industriellement à un prix de revient intéressant. Un objet supplémentaire de l'invention est de proposer un générateur dé chaleur à énergie solaire, plus particulièrement adapté à la fourniture de la chaleur nécessaire au fonctionnement des appareils de réfrigération, du type à absorption. Pour atteindre les buts ci-dessus, le générateur de chaleur conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend - un réflecteur cylindro-parabolique, - un bati de support du réflecteur conferant à l'axe focal de ce dernier un angle d'inclinai son réglable par rapport à l'horizontale, - un caloduc supporté par le bâti et centré sur l'axe focal, - un manchon d'adaptation et de conduction ther mique entre la partie terminale haute du calo duc extérieure au bâti et un appareil de transformation de l'énergie thermique fournie par le générateur. L'invention vise, également, à titre d'installation nouvelle de réfrigération, une installation comprenant un réfrigérateur du type à absorption et un générateur de chaleur conforme à l'invention, installation dans laquelle la partie haute du caloduc est associée, par un manchon d'adaptation et de conduction thermique, au bouilleur du réfrigérateur. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent? à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réali- sation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une perspective, en partie arrachée, du générateur de chaleur à énergie solaire conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe-élévation, en partie arrachée, montrant, de façon partielle, à plus grande échelle, certains détails de- réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 3 est une vue schématique illustrant un exemple préféré d'application de l'objet de l'invention. ta fig. 4 est une coupe transversale prise sensiblement selon la ligne IV-IV de la fig. 3. La fig. 5 est une coupe, analogue à la fig. 4, mais illustrant une variante de réalisation. Le générateur de chaleur à énergie solaire, illustré par la fig. 1, comprend un bâti 1 supportant un réflecteur cylindro-parabolique 2 dont la face concave, orientée pour recevoir le rayonnement solaire, est traitée pour posséder un bon indice de réflexion. Le réflecteur 2 peut être réalisé de nombreuses façons différentes et être constitué par une feuille métallique ou, encore, par une feuille de matière plastique possédant un revête- ment réfléchissant rapporté sur sa face concave. Le générateur comprend, par ailleurs, un caloduc 3 porté par le bâti 1, de maniere à occuper sensiblement l'axe focal du réflecteur 2. Le caloduc 3 et le réflecteur 2 peuvent etre portes directement par le bâti 1 rigide ou, de préférence, être adaptés, comme illustré par la fig. I, sur une structure intermédiaire constituée par un châssis pivotant 4 susceptible d'être réglé en orientation angulaire par rapport à un axe géométrique x-x' coïncidant avec l'axe du caloduc 3. Dans cet exemple de realisation préféré, le châssis 4 est formé par une structure en toute matière appropriée, de préférence démontable. Le châssis 4 comporte, à la partie supérieure de ses côtés transversaux 5, deux paliers 6 qui sont montés avec possibilité de rotation sur deux portées 7 présentées par le bâti 1. Les paliers 6 sont, de préférence, associés à des organes 8 de réglage de la position angulaire du châssis 4 par rapport à l'axe x-x'. A titre d'exemple, les organes 8 sont formés par des moyens 9 de serrage, tels que des vis, portés par les paliers 6 et sten- gageant dans des rainures périphériques 10 ménagées dans les portées 7. Il doit être considéré que tout moyen technique équivalent, capable d'assumer principalement une fonction d'immobilisation angulaire et de réglage de cette position du châssis 4, peut être substitué sans sortir du cadre de l'invention. Le bâti 1 comporte, quelle que soit sa forme de réalisation, des moyens 12 permettant de régler l'angle d'inclinaison OC de l'axe x-x' par rapport à l'horizontale. Dans le cas de réalisation selon la fig. 1, ces moyens 12 sont, par exemple, constitués par un pietement télescopique 13 adapté à l'un des montants porteurs du bâti 1 et par un axe de pivotement 13 prévu à la partie supérieure du second montant, tel qu'illustré par la fig. 2. Le caloduc 3 est supporté par le bâti 1, de manière à comporter une partie terminale haute 14 s'étendant à l'extérieur du bâti 1 pour coopérer avec un appareil 15 d'utilisation ou de transformation d'énergie thermique. La cooperation entre la partie terminale haute 14 et l'appareil 15 est assuree au moyen d'un man chon d'adaptation et de conduction thermique 16, de préférence, constitué par deux demi-coquilles 16a et 16b démontables relativement. De facon générale, les demi-coquilles 16a et 16b sont réalisées en matière conductrice de la chaleur et peuvent comporte, sur leur face convexe, une couche de matière conductrice dé fond mable permettant d'établir un contact de surface intime favorisant une conduction thermique maximale. En règle générale, l'une des demi-coquilles est adaptée et fixée, dans des conditions de conduction thermique maximale, sur l'appareil d'utilisation ou de transformation 15. La partie terminale 14 est, de préférence, délimitée par une portion rectiligne d'orientation verticale s'étendant au del d'un coude 17 selon une orientation, généralement supérieure à 900 par rapport au caloduc. Cette partie terminale 14 peut être conformée pour s'étendre immédiatement après le palier 6 correspondant ou, au contraire, être éloignée de ce dernier d'une mesure axiale variable en fonction des conditions d'utilisation. Dans ce dernier cas, la partie du caloduc, comprise entre l & artie terminale 14 et le palier correspondant, est associée à un revêtement isolant 18, éventuellement complété par une gaine de protection étanche. Selon une autre caractéristique constructive de l'invention, le caloduc 3 est adapté dans les portées 3 par des fourreaux isolants 19, par exemple réalisés en toile d'amiante. Le fourreau 19 est traversant pour ce qui concerne la portée 7 correspondant à la partie haute du caloduc, alors que le fourreau 19 relatif à la partie basse est constitué à la manière d'un embout, comme cela apparait à la fig. 2. Le caloduc 3 est porteur d'un revêtement absorbant 20, par exemple, constitué par une couche de produit noir, par exemple oxyde de nickel. Selon une disposition préférée, la partie active du caloduc 3, s'étendant entre les paliers 6, est associée à une enveloppe tubulaire transparente 21 l'entourant concentriquement à distance pour délimiter un intervalle annulaire 22 fermé par les fourreaux 19. Cet intervalle renferme un matelas d'air isolant assumant, avec l'enveloppe 21, une fonction de protection et d'isolation thermique de la partie active du caloduc contre l'influence néfaste de la température ambiante ou de vents locaux susceptibles de réduire la transformation de l'énergie solaire en énergie thermique. L'enveloppe 21 est, de préférence, constituée par un tube en verre maintenu, concentriquement au caloduc 3, en étant engagé dans des logements annulaires 23 présentés par les faces en regard des paliers 6. La disposition illustrée par-la fig. 2 permet de considérer que le caloduc 3 est maintenu dans une position ou orientation déterminée, par les fourreaux 19, alors que le châssis 4 et le tube en verre 21 peuvent être déplacés en rotation relative lors de l'orientation angulaire. Le générateur de chaleur décrit-ci-dessus est orienté de façon à bénéficier d'un rayonnement incident optimal réfléchi sur le caloduc. La partie active du caloduc est soumise à une élévation de températeure produisant le changement de phase du fluide liquide interne qu'il contient. De façon connue, la phase vapeur développée s'éleve jusqu'à la partie terminale 14 représentant une source d'échange où se réalise, par transfert de calories, la condensation du fluide interne amené à redescendre dans la partie active pour y subir un nouveau changement d'état, sous lteffet de l'énergie solaire concentrée par le réflecteur 2. La chaleur cédée dans la partie terminale 14, par la condensation du fluide interne, est transmise par le manchon 16 à l'appareil 15 d'utilisation ou de transformation. Par les moyens selon l'invention, il devient possible de disposer, localement, au niveau de la partie terminale 14, d'une source chaude de température relativement élevée, s'établissant au-dessus de 1500 C pendant toute la durée d'une exposition du réflecteur 2 à un rayonnement solaire incident le frappant spus un angle au moins égale à 30 par rapport au lever et au coucher du soleil. La fig. 3 montre un exemple d'application du générateur de chaleur à la constitution d'une installation de réfrigération incluant un réfrigérateur 24, du type à absorption. Dans cet exemple, la partie-terminale 14 du caloduc 3 est adaptée, par l'intermédiaire du manchonl6, directement sur le bouilleur 25 du circuit de réfrigération. Dans cet exemple, le bouilleur 25 représente l'appareil 15 de l'exemple selon la fig. 1. La fig. 4 montre qu'il est avantageux de constituer la demi-coquille 16a directement par une conformation de la paroi 26 du bouilleur 25 et de prévoir, sur cette paroi et de part et d'autre de la conformation locale, des moyens 27 pour-l'adaptation amovible de la demi-coquille 16b. Dans un tel cas, la demi-coquille 16b est réalisée sous la forme d'un élément stratifié ou en sandwich incluant une couche 28 de matière conductrice et un revêtement 29 en matière isolante permettant de réduire la perte par rayonnement. Une couche 30 de matière conductrice déformable est, de préférence, associée à la conformation de la paroi 26, pour établir, dans tous les cas, un contact de surface intime, favorisant la conduction, quel que soit le degré de serrage éventuel des organes 27 ou les déformations de surface susceptibles d'intervenir. Une telle matière permet aussi, éventuellement, de compenser des défauts de réglage d'inclinaison relative entre l'axe du caloduc 3 et l'orientation verticale du bouilleur 25. La mise en oeuvre des moyens de l'invention, dans une application du type ci-dessus, permet d'appliquer au bouilleur 25 une température suffisante pour provoquer son fonctionnement continu en ne produisant qu'un développement localisé de chaleur permettant de disposer ainsi de conditions optimales de fonctionnement du réfrigérateur 24. Un autre avantage de l'installation conforme à ltin- vention réside dans la possibilité de monter ou de démonter rapidement le générateur et le réfrigérateur 24, étant donné qu'il suffit de dégager la demi-coquille 16b pour obtenir, soit leur intégration, soit leur séparation physique. La fig. 5 montre que, dans un exemple d'application tel que ci-dessus, il peut être avantageux de faire coopérer la partie terminale 14 du caloduc avec le bouilleur 25 en prévoyant l'interposition d'un accumulateur 31. Selon un exemple de réalisation, lvaccumulateur 31 est constitué par une capacité 32 rappor tée, de toute fanon convenable, sur le bouilleur 25, de maniere à établir une bonne conduction thermique. La capacité 32 contient un fluide caloporteur 33, par exemple constitué par de l'huile. Au moins un échangeur de chaleur 34 est prévu pour plonger, en permanence, dans le fluide 33 et être simultanément en relation avec le fluide du bouilleur 25. Un revêtement isolant 35 est rapporté sur la capacité 32 pour conférer à l'accumulateur 31 des conditions de conservation maximale de la chaleur. Dans l'exemple selon la fig. 5, la chaleur, cédée au niveau de la partie 14 par la condensation du fluide du caloduc, est transmise, comme précédemment, au fluide 33 qui en assure une certaine accumulation, ainsi qu'une conduction par les échangeurs 34 au fluide du bouilleur 25. Cette disposition permet de conférer un temps pratique de fonctionnement supérieur à celui pendant lequel le générateur de l'invention est capable de produire une énergie thermique en relation directe avec le rayonnement solaire incident reçu. Les échangeurs de chaleur 34 ne sont illustrés, à la fig. 5, qu a titre d'exemple et doivent être considerés comme pouvant être remplacés par tout équivalent technique capable d'assumer la même fonction. Il peut etre prévu, également, de réaliser l'accumulateur 31 de manière que la paroi de façade 32a puisse pivoter sur une articulation d'axe horizontal, prévue sensiblement dans le plan du fond de la capacité 32. Des moyens de réglage sont interposés entre la capacité 32 et la paroi 32a pour conférer à cette dernière une inclinaison déterminée. Des joints sont prévus pour permettre un pivotement étanche de la paroi 32a. De cette manière, il devient possible de régler l'inclinaison de la paroi 32a de façon complémentaire à la valeur de l'angle CL et, par suite, d'utiliser un seul type de caloduc coudé, quelle que soit la latitude d'implantation L'invention n' est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS : 1 - Générateur de chaleur à énergie solaire, caractérisé en ce qu'il comprend - un réflecteur cylindro-parabolique (2), - un bâti (1) de support du réflecteur conférant à l'axe focal dece dernier un angle d'incli naison (Ct) réglable par rapport à l'horizon tale, - un caloduc (3) supporté par le bâti et centré sur l'axe focal, - un manchon (16) d'adaptation et de conduction thermique entre la partie terminale haute du caloduc extérieure au bâti et un appareil de transformation de l'énergie thermique fournie par le générateur. 2 - Générateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le caloduc (3) est supporté par le bâti en étant monté dans deux portées (7) avec interposition de fourreaux isolants (19). 3 - Générateur de chaleur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le caloduc (3) est monté dans deux portées coopérant avec deux paliers (6) prévus à la partie supérieure des deux cotés transversaux (5) d'un châssis pivotant (4) portant le réflecteur (2), ces paliers étant munis d'organes (8) de réglage de la position angulaire du châssis par rapport à un axe géométrique coincidant avec l'axe du caloduc. 4 - Générateur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le caloduc (3) est associé à une enveloppe tubulaire transparente (21) l'entourant concentriquement à distance. 5 - Générateur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le caloduc (3) comporte une partie terminale haute coude (14) associée a un manchon (15) constitué par deux demi-coquilles démontables (16a-16b). 6 - Installation de réfrigération comprenant un générateur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5 et un réfrigérateur (24) du type à absorption et dans laquelle la partie haute (14) du caloduc est associée par le manchon (16) au bouilleur (25) du réfrigérateur. 7 - Installation de réfrigération selon la revendication 6, caractérisée en ce que le manchon (16) est constitué par une demi-coquille formée par la paroi de l'élément du réfrigérateur et pourvu d'une masse conductrice déformable (30) et par une demicoquille (16b) complémentaire démontable comportant sur sa face externe un revêtement (29) en matière isolante. 8 - Installation de réfrigération selon la revendication 6, caractérisée en ce que la partie terminale haute (14) du caloduc est associée au bouilleur avec interposition d'un accumulateur thermique (31). 9 - Installation de réfrigération selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'accumulateur 31 est constitué par une capacité (32) intermédiaire entre le bouilleur (25) et la partie terminale haute (14), cette capacité contenant un fluide caloporteur (33) dans lequel baigne au moins un échangeur de transfert (34) en relation avec le fluide du bouilleur. 10 - Installation de réfrigération selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que l'accumulateur comporte, pour l'asso -ciation avec la partie terminale haute du caloduc, une paroi capable de pivoter avec étanchéité sur un axe horizontal situé sensiblement dans le plan du fond de l'accumulateur, des moyens de réglage et d'immobilisation en position pivotée étant prévus entre la paroi et l'accumulateur.