Brevet FR2566514A1 — publié le 19851227

L'invention a trait aux dispositifs de captage et de trarnsfert d'energie solaire et concerne plus particulièrement les dispositifs utilisant, dans leur circuit primaire, un liquide volatile à changement de phase. Ce type de dispositif a déjà éte décrit et représenté dans la demande de brevet français n 83.06879, aux noms des demandeurs. Nous rappelons ciaprès le fonctionnement de ce dispositif, en faisant référence à la figure 1, annexée à la présente description, qui représente un tel dispositif selon une vue schématique en coupe verticale longitudinale. Ce dispositif, référencé I dans son ensemble et représenté incliné par rapport à l'horizontale symbolisée par la ligne en pointillés Hl, comprend notamment: - un absorbeur i qui, situé sous une plaque transparente non repré- sentée, est destiné à recueillir l'énergie solaire au moyen d'un fluide primaire le parcourant constitué par un liquide volatile à changement de phase - des moyens d'échange thermique 2 agences pour recevoir l'énergie recueillie par l'absorbeur 1 et pour la transmettre à un fluide secondaire circulant entre l'intérieur d'une enceinte de stockage de chaleur 3, dans laquelle sont immergés les susdits moyens d'échange thermique, et l'extérieur au moyen de deux tubulaires d'entrée 3a et de sortie 3b; - un réservoir (4) de liquide volatile disposé au-dessous du plan de l'absorbeur i et mis en communication d'une part avec ce dernier, par des moyens de conduite 5 (formés d'un ou de plusieurs conduits) reliés aux points les plus bas dudit absorbeur et plongeant dans le liquide du réservoir 4, et d'autre part avec les moyens de'échange thermique 2, par des moyens de retour 6 (formés d'un ou de plusieurs conduits) agencés pour déboucher dans le réservoir 4 (lequel est disposé en-dessous du point le plus bas des moyens d'échange thermique 2); - et des moyens de canalisation 7, formés d'un collecteur 7a reliant les points les plus hauts des canaux capillaires constituant l'absorbeur 1, et d'un conduit au moins, 7b, reliant le collecteur 7a aux susdits moyens d'échange thermique 2. Aussi, le réservoir 4, les moyens de conduite 5, l'absorbeur 1, les moyens de canalisation 7, les moyens d'échange thermique 2, et les moyens de retour 6, forment un circuit fermé dans lequel évolue le liquide volatile à changement de phase, selon le cycle ci-après décrit. Sous l'effet d'un rayonnement solaire en début de période diurne, l'absorbeur i et le réservoir 4 sont réchauffés à une température plus élevée que celle régnant dans l'enceinte de stockage de chaleur 3, de sorte que le liquide de réservoir 4 rentre en ébullition et remonte dans les canaux capil- laires de l'absorbeur i sous l'effet, d'une part, de la surpression croissante 2 2 2566514 du gaz emprisonné dans le réservoir 4, et, d'autre part, de l'entraînement uu liquide par les bulles gazeuses ainsi formées. Après un certain temps de tonctionnement le dispositif est amorcé par le circuit primaire est le seuil d'une dépression que crée la condensation du gaz lorsque celui-ci atteint, après le collecteur 7a, les parties plus froides du circuit (moyens d'échange thermique 2). Après amorçage, le liquide volatile, qui remonte dans les canaux capillaires de l'absorbeur 1, subit un échauffement très important sous l'effet des rayonnements solaires irradiant la surface réceptrice de l'absorbeur, et se vaporise intensément de sorte que le gaz formé est aspiré (toujours par dépression) , à travers les moyens de canalisation 7, vers les moyens d'échange thermique 2 o il se condense pour transmettre ses calo- ries au fluide secondaire contenu à l'intérieur de l'enceinte 3. Le condensat de ce fluide retourne alors à l'état liquide vers le réservoir 4, à travers les moyens de retour 6 et le cycle recommence. Au cours de ce cycle, le liquide volatile à changement de phase prélève, par évaporation, les calories du rayonnement solaire absorbées par l'absorbeur 1 et les cède, par condensa- tion, aux moyens d'échange thermique 2. Un tel dispositif est d'un rendement très élevé du fait de l'importance de la chaleur latente de vaporisation du liquide primaire et ne nécessite pas la présence, sur son circuit primaire, d'organes mécaniques ou électriques pour accélérer la circulation ou éviter le retour du fluide. Il est à noter que le réservoir 4 est disposé en dessous du point le plus bas des moyens d'échange thermique 2 et que le circuit primaire contient une quantité de liquide volatile telle que le niveau de ce liquide à l'état entièrement condensé soit situé au-dessous du point le plus bas des moyens d'echange thermique 2, pour éviter le cycle inverse en période froide ou nocturne car les susdits moyens d'échange thermique 2, qui se trouvent alors à une température plus élevée que celle de l'absorbeur, auraient tendance à faire remonter, par vaporisation, le liquide qui stagnerait à l'intérieur, vers l'absorbeur 1, o il se condenserait, par l'intermédiaire du conduit 7b et du collecteur 7a. Etablissant ce constant, les demandeurs ont imaginé d'apporter une solution nouvelle à ce problème de fonctionnement selon un cycle inverse, d'un dispositif de captage et de transfert d'énergie solaire utilisant, dans son circuit primaire fermé, un liquide volatile à changement de phase. Cette solution consiste notamment à donner au conduit 7b des moyens de canalisa- tion 7 une forme siphoide qui est illustrée sur le dessin de la figure 2, représentant, par une vue schématique en coupe longitudinale, un dispositif de captage référencé IH utilisant un conduit siphoide 7b entre les moyens d'échange thermique 2 et l'absorbeur 1. Le conduit siphoide 7b limite ainsi la remontée de vapeur en provenance des moyens d'échange thermique 2 -qui, en période nocturne, auraient tendance à échauffer et à vaporiser une quantité de liquide volatile qui aurait pu remonter du réservoir 4 à travers les moyens de retour 6. En effet, le liquide volatile vaporisé par les moyens d'échange thermique 2 s'élève dans le conduit siphoide 7b dans lequel il se condense car il retombe à une température relativement froide, donnant ainsi au conduit 7b son rôle de siphon, empêchant les autres vapeurs du fluide primaire à changement de phase de passer. Afin d'améliorer le rôle de condensation du conduit siphoide 7b en cycle inverse (notamment en période nocturne), les demandeurs ont imaginé de disposer le conduit 7b derrière l'absorbeur 1 et en contact avec ce dernier qui transmet, par conduction, ces frigories audit conduit pour le refroidir. Selon les mêmes objectifs, le conduit siphoide 7b est façonné dans un matériau de faible conductivité thermique afin de limiter un transfert des calories entre les moyens d'échange thermique 2 et ledit conduit. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'inven- tion, le conduit siphoide 7b est le plus long possible afin de multiplier le nombre de coudes et, par conséquent, celui de siphons, et s'étend sous toute la largeur de l'absorbeur 1 afin d'augmenter les surfaces en contact et donc les surfaces de conduction entre les deux éléments 1 et 7b. Ces différentes caractéristiques, qui permettent de rendre plus effectif le refroidissement du conduit siphoide 7b et son rôle de condenseur en période nocturne, ne nuisent pas au fonctionnement du cycle inverse, notam- ment en période diurne. En effet, le rayonnement solaire qui irradie l'absor- beur i réchauffe celui-ci et, par conduction avec le susdit conduit siphoide 7lb (dont les surfaces de conduction ont été avantageusement agrandies), le fluide primaire stagnant sous phase liquide dans les siphons du conduit 7b. Sous l'effet de l'échauffement, ce liquide se vaporise et est entraîné par les vapeurs de fluide en provenance de l'absorbeur 1, vapeurs qui ne sont pas gênées dans leur évolution par la présence des coudes. L'invention venant d'être décrite et représentée ci-dessus l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Aussi, de nombreuses variantes pourront être- apportées à l'exemple ci-dessus sans sortir du cadre de l'in- vention prise dans ses aspects les plus larges. /-"4 2566514 R E V E N D I C A T I ON S 1. Dispositif de captage et de transfert d'énergie solaire comprenant - un absorbeur (1) recueillant l'énergie solaire irradiée, parcouru par un fluide primaire constitué par un liquide volatile à changement de phase, des moyens d'échange thermique (2) agencés pour recevoir l'énergie recueillie par l'absorbeur (1) et pour la transmettre à un fluide secondaire, - un réservoir (4) de liquide volatile mis en communication d'une part avec ledit absorbeur (1), par des moyens de conduite (5) reliés aux points les plus bas de l'absorbeur (1) et plongeant dans le liquide du réservoir (4), et, d'autre part, avec les susdits moyens d'échange thermique (2), par des moyens de retour (6) agencés pour déboucher dans ledit réservoir (4), lequel est disposé en-dessous du point le plus bas des moyens d'échange thermique (2), - et des moyens de canalisation (7) reliant les points les plus hauts dudit absorbeur (1) auxdits moyens d'échange thermique (2), ledit réservoir (4), lesdits moyens de conduite (5), ledit absorbeur (1), lesdits moyens de canalisation (7), lesdits moyens d'échange thermique (2) et les dits moyens de retour (6), définissant un circuit primaire fermé, CARACTERISE PAR LE FAIT que les moyens de canalisation (7) reliant la sortie de l'absorbeur (1) aux moyens d'échange thermique (2) sont consti- tués, sur une partie ou sur la totalité de leur longueur, par un conduit siphoide (7b). 2. Dispositif selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit conduit siphoide de 7b est façonné dans un matériau de faible conductivité thermique. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le conduit siphoide (7b), façonné dans un matériau de faible con- ductivité, est en contact avec la surface arrière de l'absorbeur (1). 4. Dispositif selon les revendications 1, 2 et/ou 3, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit conduit siphoide (7b) est le plus long possible -et s'étend sous toute ou partie de la largeur de l'absorbeur (1). VIRONNEAU Pierre et PRUNET Jean Par procuration Cabinet SCOPI