Brevet FR2524975A1 — publié le 19831014

L'invention a trait à un dispositif de captation de l'énergie solaire irradiée constitué par l'association d'un corps transparent traversé par les rayonnements solaires et d'un corps absorbeur comportant une surface réceptrice desdits rayonnements, qu'elle transmet, par conduction et/ou par réflexion, à un fluide caloporteur destiné à véhiculer les calories reçues vers un réservoir de stockage. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif appelé capteur solaire tubulaire et constitué par l'association hermétique de deux tubes transparents, concentriques ou excentriques, entre lesquels est fait le vide. Le tube extérieur est traversé par les rayonnements solaires et assure "l'effet de serre" pour le tube intérieur définissant un canal d'écoulement du fluide caloporteur, ce tube intérieur comportant une ou plusieurs ailettes augmentant considérablement la surface effective de réception des rayonnements solaires. Ces ailettes transmettent, par conduction et/ou par réflexion, des calories au fluide caloporteur. Ce type de capteur tubulaire sous vide, plan (ailettes de conduction) et/ou à concentration (ailettes de réflexion), peut porter ledit fluide à un degré de température très élevé. Aussi, les installations comportant une série de ces capteurs dont les tubes intérieurs sont interconnectes par des collecteurs d'entrée et de sortie de fluide caloporteur reliés en circuit fermé à l'échangeur d'un réservoir de stockage, présentent un inconvénient majeur lorsque la circulation du fluide caloporteur est interrompue entre ce dernier et la série de capteurs. Cette interruption, qui peut être due à des causes imprévisibles telle qu'une panne de courant ou une défectuosité des organes nécessaires à la circulation du fluide (circulateurs, sondes, clapets anti-retour, etc. provoque une stagnation du fluide dans les tubes intérieurs de la serie de capteurs et entraine une élévation trop importante de son degré de tenpéra- ture, causant de ce fait des conséquences dommageables sur son circuit (détérioration des organes de circulation, éclatement des tubes, etc...). Afin de remédier à cet inconvénient, le demandeur a donc mené des recherches qui ont abouti à l'utilisation d'ailettes de conduction et/ou de reflexion à géométrie variable sous l'effet d'une différence de température. A cet effet les susdites ailettes sont fabriquées dans un matériau susceptible de diminuer leur surface utile de captation sous l'effet d'une augmentation de température et de l'augmenter sous l'effet d'un abaisssement de température. Ainsi, les déformations des susdites ailettes de conduction et/ou de réflexion en fonction de la température de leur matériau constitutif vont réguler l'apport de calories au fluide caloporteur et, par conséquent, son degré de température. Ce matériau dans lequel sont façonnées les susdites ailettes, pouvant se déformer sous l'effet d'une évolution de température et reprendre sa forme initiale sous l'effet d'une évolution inverse, peut être - un alliage à mémoire, - un bilame métallique, - un bilame plastique, - un bilame métallique-plastique. Bien entendu, cette liste de matériaux donnée n'est pas exhaustive et peut contenir d'autres matériaux possédant les mêmes propriétés de déformation. De même, les propriétés réceptrices d'absorption et de réflexion des susdites ailettes pourront être obtenues à partir du matériau constitutif de ces dernières ou par un revêtement d'une substance absorbante ou réflectrice. Compte-tenu de ce qui précède, on comprendra que l'inconvénient précite des capteurs solaires tubulaires est complétement écarté, même lorsque la circulation du fluide caloporteur est interrompue. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la paroi du tube intérieur transparent, appelé également corps absorbeur dans le domaine de la captation de l'énergie solaire, decrit -sur une partie ou sur la totalité de sa longueur- des courbures permettant audit tube de subir des déformations linéaires dans le sens longitudinal, ceci sans modification de sa longueur. Afin de mieux montrer l'intérêt de cette caractéristique, il est utile de préciser que les deux tubes transparents, entre lesquels est fait le vide, sont généralement façonnes dans le verre, matériau capable de supporter le vide. Cependant, ce matériau -et notamment celui du corps absorbeur- subit des modifications de forme sous l'effet d'une élévation importante du degré de température du fluide caloporteur, entralnant des déformations linéaires dans le sens longitudinal dudit tube. Les différences de longueur entre le tube intérieur et le tube extérieur résultant de ces déformations peuvent alors provoquer une rupture de la liaison desdits tubes. D'autres caractéristiques et d'autres avantages de l'invention apparal- tront plus clairement à la lecture de la description détaillee qui suit de quelques exemples de réalisation concrète, choisis pour illustrer les concepts fondamentaux de l'invention mais nullement limitatifs de ses nombreuses variantes de réalisations et d'applications. Cette description se réfère aux dessins annexés sur lesquels Les figures -1 à 6 sont des vues en coupe transversale de capteurs solaires tubulaires plans. Les figures 7 à 9 sont des vues en coupe transversale de capteurs solaires tubulaires à concentration. Les figures 10 à 17 sont des vues en coupe longitudinale de différentes réalisations des deux corps transparent et absorbeur d'un capteur solaire tubulaire. Les capteurs solaires tubulaires représentés sur l'ensemble des figures 1 à 17 sont constitués chacun par l'association hermétique de deux tubes en verre 1 et 2 entre lesquels est fait le vide. Le premier tube 1 de plus grand diamètre est traversé par les rayonnements solaires et confère un "effet de serre" au deuxième tube 2 qui peut être concentrique au premier (figures 1-8 et 16-17) ou excentrique (figure 9). Le tube 2 définit un canal d'écoulement à un fluide caloporteur 3 qui évolue entre l'échangeur d'un réservoir de stockage d'énergie (non représen té) et les tubes 2 d'une série de capteurs, lesdits tubes étant interconnec- tés par deux collecteurs d'entrée et de sortie de fluide. Ce tube 2 constitue donc l'amie du corps absorbeur de ces capteurs solaires tubulaires qui comprennent également des ailettes de conduction (capteur plan) et/ou de réflexion (capteur à concentration) destinées à augmenter la surface effective de captation des tubes 2 et fabriquées, conformément à l'invention, dans un matériau (alliage à mémoire, bilame métallique, bilame plastique, bilame métallique-p]astique, etc. .) susceptible de se déformer sous l'effet d'une évolution de sa température et de reprendre sa forme initiale lors de l'évolution inverse.La surface effective de captation du corps absorbeur varie alors en fonction de l'échauffement ou du refroidissement de son matériau et peut ainsi réguler la température du fluide caloporteur. Le tube 2 peut également être entouré en partie ou en totalité d'une enveloppe de préférence réflectrice des radiations infrarouges sur sa face en contact avec la paroi du tube 2 et façonnée dans un matériau capable de se déformer sous l'effet d'une différence de température de manière à ouvrir l'enveloppe lorsqu'il s'échauffe et de la refermer sur le tube 2 lorsqu'il se refroidit. Ainsi, l'ouverture ou la fermeture de cette enveloppe sur le tube 2 permet respectivement d'augmenter ou de diminuer la capacité d'émission en radiations infrarouges du fluide 3 et de la paroi du tube 2, et par suite assure l'abaissement ou l'élévation du degré de température dudit fluide. I1 en résulte que les ailettes de conduction et/ou de réflexion et la susdite enveloppe assurent, et ceci séparément ou en combinaison, une régulation thermique du fluide 3 en boucle fermée, car la température des matériaux constitutifs des ailettes et/ou de l'enveloppe est directement proportionnelle à celle dudit fluide. Les figures 1 à 9 ont pour objet d'illustrer différents modes de réalisation d'un capteur solaire tubulaire conforme à l'invention, sur lesquels sont présentées, à titre non limitatif, plusieurs combinaisons possibles des ailettes de conduction référencées 4, des ailettes de réflexion référencées 5 et des enveloppes réflectrices de radiations infrarouges référencées 6. Les traits pleins des éléments 4, 5, 6 représentent une position où le rendement énergétique du capteur est optimum -autrement dit une position destinée à élever le degré de température du fluide 3 dans les meilleures conditions- alors que les traits en pointillés représentent une position intermédiaire desdits éléments subissant une deformation contrôlée par leur matériau constitutif et destinée à abaisser le degré de température dudit fluide. Le dessin de la figure 10 illustre, par une vue en coupe longitudinale, un capteur solaire tubulaire classique comprenant seulement le corps transparent 1 et le corps absorbeur 2 (les ailettes de conduction et/ou de réflexion n'ont pas été représentées sur ce dessin). Comme on l'a précisé au début du présent mémoire, ce type de capteur est souvent sujet à des éclatements provoqués par des déformations linéaires du tube 2 sous l'effet d'une élévation de température trop importante (notamment lorsque la circulation du fluide caloporteur est interrompue). Les figures 11 à 17 ont pour objet d'illustrer une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention permettant d'éviter cette différence de longueur entre les deux tubes 1 et 2 et selon laquelle la paroi de ce dernier ou éventuellement celle formant entretoise avec le tube 1, décrit sur sa longueur des courbures permettant audit tube de subir des déformations linéaires dans le sens longitudinal. Ces courbures peuvent être formées par - des ondulations perpendiculaires circulaires dessinées sur toute la longueur du tube 2 (cf. fig. 11) ; - des ondulations parallèles en pas de-vis dessinées sur toute la longueur du tube 2 (cf. fig. 12) ; - un serpentin hélicoIdal dessiné sur toute la longueur du tube 2 (cf. fig. 13 > - deux serpentins hélicoTdaux dessinés aux deux extrémités du tube 2 (cf. fig. 14) ; - des ondulations régulièrement dessinées sur l'entretoise des deux tubes 1 et 2 (cf. fig. 15) ; - des ondulations perpendiculaires circulaires dessinées aux deux extrémités du tube 2 (cf. fig. 16) - des ondulations perpendiculaires circulaires dessinées au milieu du tube 2 (cf. fig. 17). On comprendra que les réalisations et pratiques spcécifiques décrites dans le présent mémoire ne l'ont été qu'en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation et que de nombreuses modifications, combinaisons et substitutions peuvent être effectuées par les hommes de l'art sans s'éloigner ni de ltesprit ni de la portée de l'invention prise dans ses aspects les plus larges. REVENDICATIONS 1. Dispositif de captation de l'énergie solaire irradiée constitué par l'association d'un corps transparent traversé par les rayonnements solaires et d'un corps absorbeur comportant une surface réceptrice desdits rayonnements qu'elle transmet par conduction et/ou par réflexion à un fluide caloporteur destiné à véhiculer les calories reçues vers un réservoir-de stockage, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la susdite surface réceptrice du corps absorbeur est façonnée dans un matériau susceptible de se transformer à une température donnée afin de modifier la surface utile de captation et de reprendre ensuite sa forme initiale à sa température d'origine. 2. Dispositif de captation selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la surface utile de captation du corps absorbeur diminue avec l'élévation du degré de température de son matériau et augmente pour revenir à a forme initiale avec Itabaissement du degré de température. 3. Dispositif de captation selon les revendications 1 et 2, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le matériau dans lequel est façonnée la surface réceptrice du corps absorbeur est un alliage à mémoire. 4. Dispositif de captation selon les revendications 1 et 2, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le matériau dans lequel est façcnnée la surface réceptrice du corps absorbeur est un bilame métallique. 5. Dispositif de captation selon les revendications 1 et 2, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le matériau dans lequel est façonnée la surface réceptrice du corps absorbeur est un bilame plastique. 6. Dispositif de captation selon les revendications 1 et 2, CARBCTER1;SE PAR LE FAIT QUE le matériau dans lequel est façonnée a surface réceptrice du corps absorbeur est un bilame métallique-plastique. 7. Dispositif de captation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, constitué par l'association hermétique de deux corps tubulaires transparents concentriques ou excentriques entre lesquels est fait le vide, CARACTE RISE PAR LE FAIT QUE le corps intérieur dans lequel circule le fluide caloporteur joue le rôle de corps absorbeur et est muni à cet effet d'une surface réceptrice des rayonnements solaires qu'elle transmet audit fluide par conduction etlou par réflexion et façonnée dans un matériau susceptible de diminuer la surface utile de captation avec l'élévation du degré de température du fluide caloporteur et de l'augmenter avec l'abaissement dudit degré. 8. Dispositif de captation selon les revendications 1 à 7 prises ensemble, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit corps absorbeur tubulaire est muni d'une surface enveloppant en partie ou en totalité la paroi transparente externe dudit corps et façonnée dans un matériau susceptible d'ouvrir ladite surface sous l'effet d'une élévation du degré de température afin d'augmenter la capacité d'émission en radiations infrarouges du fluide caloporteur et de la paroi du corps absorbeur et de la refermer sur ledit corps avec l'abaissement dudit degré. 9. Dispositif de captation selon la revendication 7, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la paroi tubulaire du corps transparent intérieur décrit sur une partie ou sur la totalité de sa longueur des coubures permettant audit tube de subir des déformations linéaires dans le sens longitudinal sans modification de sa longueur. 10. Dispositif de captation selon la revendication 9, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les susdites courbures définissent des ondulations sur la longueur tubulaire dudit corps absorbeur. 11. Dispositif de captation selon la revendication 9, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les susdites courbures définissent au moins un serpentin sur la longueur tubulaire dudit corps absorbeur.