Brevet FR2755216A1 — publié le 19980430

La présente invention concerne un dispositif permettant å un capteur solaire tubulaire de type sous vide utilisant un fluide caloporteur en circuit force, de travailler avec le rayonnement solaire direct et indirect et d'apporter des facilites d'implantation sur un site, en supprimant les supports qui donnent au capteur l'inclinaison par rapport å une hauteur moyenne du soleil. Généralement un capteur tubulaire sous vide est compose d'une enveloppe cylindrique borgne en verre, formant une sorte d'ampoule à simple ou double paroi, contenant une une surface de captage plane et oblongue avec au dos une tubulure faisant l'aller et le retour pour la circulation du fluide caloporteur. Le vide étant cree entre la double paroi de l'enveloppe, ou dans ltenceinte meme du cylindre. L'ensemble des améliorations relatives aux capteurs solaires sous vide portent essentiellement sur : - Des systemes d'autoregulation des temperatures au niveau des surfaces de captage. Exemples : . Le brevet européen, publication N EP 0 250 487 B1, déposé le 23 Décembre 1986. . Le brevet international, publication N WO 91/17398 déposé le 14 Novembre 1991. - Des systèmes de transfert de chaleur entre le capteur et le fluide caloporteur. Exemple : . Le brevet international, publication N WO 92/18820 dépose le 29 Octobre 1992. - Des systèmes d'etancheite et de mise sous vide. Exemple : . Le brevet Français, publication N 2 487 054, déposé 16 Juillet 1980. - Des dispositifs comportant des surfaces sélectives de captage, ainsi que des dispositifs pour la résistance aux chocs thermiques. Exemples : . Le brevet Français, publication N 2 542 071, dépose le 16 Décembre 1982. . Dans cette catégorie, on peut également citer la marque commerciale CORTEC, pour ses caracteristlques de liaisons verre-metal. Eléments que l'on peut consulter dans l'avis technique du CSTB N 14/82-133. Tous ces dispositifs ne suppriment cependant pas le fait qu'il faille encore orienter la surface de captage perpendiculairement aux rayons solaires suivant un choix de valeurs moyennes d'azimut et de hauteur, en fonction respectivement des possibilités d'implantation et de la latitude du lieu d'exploitation envisagé. Actuellement, de part la conception technique du capteur tubulaire sous vide, la question de l'inclinaison par rapport à la hauteur est traitée industriellement de deux manières. Première manière. L'absorbeur plan, constitué d'une surface de captage plane et oblongue avec au dos une tubulure qui fait l'aller et le retour pour la circulation d'un fluide, est contenu dans un gros tube en verre borgne dans lequel le vide a été effectué. Ce tube avec son absorbeur constitue un capteur représentant un élément de base. Plusieurs éléments de base sont assemblés en usine cote à cote dans un même plan pour former un capteur solaire. Dans le cas présent les éléments de base sont placés de manière à ce que les surfaces des absorbeurs soient toutes dans le meme plan que celui du capteur. L'ensemble constituant le capteur sera alors incliné à l'aide d'un support au grés des inclinaisons d'utilisation requises, ou posé à plat sur une surface préinclinée, telle une toiture. Ce procédé reprend les inconvenients majeurs des capteurs plans traditionnels avec leurs supports pour l'inclinaison; à savoir 1 'encombrement réduisant le choix des implantations et le surcoût occasionné par ces structures. Deuxième manière. Comme dans le cas précédent, les éléments de base sont assemblés cote à cote dans un meme plan. Mais cette fois, les élément de base sont préorientés de manière à donner déjà aux absorbeurs 1 'inclinaison d'utilisation par rapport au plan général du capteur. Le capteur pouvant alors entre posé directement à plat sur une façade, une toiture, une terrasse, sans l'intermédiaire de support pour donner l'inclinaison. L'inconvénient est la diversité des valeurs d'inclinaison à prendre en compte au montage en usine. A savoir, l'inclinaison donnee en fonction de la latitude d'un lieu, la préférence pour une utilisation hivernale ou estivale, l'éventuelle compensation de pente pour des toitures standards. Cette méthode nécessite donc des stocks importants, une approche commerciale trop technique, ce qui dans l'ensemble représente une démarche qui devient très vite trop lourde à gérer. Quelles que soient ces méthodes, la problématique de l'inclinaison pour la hauteur est donc une caractéristique inhérente aux systèmes utilisant des absorbeurs plan. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. I1 comporte en effet selon une première caractéristique, un absorbeur cylindrique formé d'un tube, dans lequel un tuyau est développé en spirale le long de sa paroi interne. Cet absorbeur cylindrique permet d'offrir, dans sa section longitudinale une surface identique quelque soit la hauteur du soleil. Les calculs d'insolation étant alors pris en compte sur la surface de la section longitudinale du cylindre. Dans une deuxième caractéristique, il permet de travailler avec les rayonnements diffus et indirects sur tout le périmètre de l'absorbeur, c'est à dire sur les deux faces du capteur. Troisième caractéristique, le tuyau en spirale assurant l'échange thermique, débouche de part et d'autre de l'élément de base évoqué plus haut. Selon des modes particuliers de réalisation - L'absorbeur cylindrique et le tuyau en spirale sont en cuivre. Afin de permettre le jeux des dilatations radiales de 1 'ensemble, le cylindre comporte à 1 'extérieur sur toute sa longueur parallèlement à son axe longitudinale, quatre nervures en forme de V renversé, deux à deux perpendiculaires et diamétralement opposes. La partie externe du cylindre reçoit un traitement de surface sur tout son périmètre pour devenir une surface de captage sélective. Entre les nervures, le tuyau en spirale est fixé au cylindre par soudage à la molette. - Chaque extrémité de l'absorbeur, avec 1 'extrémité de la spirale redressée en un tube rectiligne à cet endroit, est montée sur une embase en céramique caractérisée par ses propriétés isolantes et mécaniques. Ces embase en céramique, identiques pour chaque extrémité du capteur, sont de section cylindrique avec deux parties concentriques de différents diamètres. Dans l'axe de révolution de 1 'embase, un perçage est aménagé pour laisser passer chaque extrémité rectiligne de la spirale pour que celle-ci débouche de part et d'autre à l'extérieur de 1 'élément de base. Le petit diamètre, coté interne du capteur, maintien mécaniquement l'extrémité de l'absorbeur, tandis que le grand diamètre assure la liaison et l'étanchéité avec le tube en verre dans lequel on aura fait le vide. Chaque face libre du grand et petit cylindre comporte un évidement conique dans l'axe du perçage. Coté interne du capteur, 1 'évidement conique sur le petit diamètre va permettre le départ de la spirale. Coté externe du capteur, l'évidement conique sur le grand diamètre va permettre le logement d'un flasque en cuivre assurant l'étanchéité et le jeux des dilatations du tuyau en spirale qui débouche à l'extérieur du capteur. Les liaisons verre-céramique et céramique-cuivre sont assurées avec une colle industrielle, tandis que le flasque et le tuyau, tous les deux en cuivre, sont brasés. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 représente une vue d'ensemble du dispositif selon 1 'invention. La figure 2 représente la coupe en plan de ce dispositif. La figure 3 représente un schéma de l'assemblage des éléments de base en perspective cavalière. En référence à ces dessins, le dispositif comporte un absorbeur cylindrique (1), contenant un tuyau (2) développé en spirale le long de sa paroi interne. L'ensemble repose à l'intérieur d'un tube en verre (3) maintenu sous vide, sur deux embases en céramique (4) qui assurent l'étanchéité et le jeux des dilatations de la spirale (2) par l'intermédiaire d'un flasque en cuivre (5). Sur la partie externe de l'absorbeur, des nervures (6) sont aménagées pour le jeux des dilatations radiales. Les tubes en verre (3) sont maintenus de part et d'autre par un bottier (7) regroupant les raccords hydrauliques. Selon une variante non illustrée le maintien de l'absorbeur peut être aidé par un système d'agrafe en position centrale à l'intérieur du tube en verre. A tltre d'exemple non limitatif, l'absorbeur aura des dimensions de l'ordre de 80 mm de diamètre pour 1200 mm de longueur. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux installations solaires thermiques. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour le captage des rayons solaires dans la catégorie des capteurs solaires tubulaires de type sous vide fonctionnant avec un fluide caloporteur dans un circuit forcé, caractérisé en ce qu'il comporte une surface de captage tubulaire constituée d'un cylindre en cuivre (1), revêtu sur sa partie externe d'un traitement de surface sélectif, dans lequel un tuyau (2) également en cuivre est développé en spirale le long de sa paroi interne pour la circulation d'un fluide caloporteur. 2) Dispositif selon la revendication 1 en regards des modes d'obturation des tubes en verre et des modes d'entrée de sortie du circuit hydraulique, caractérisé en ce que la spirale (2) contenue dans l'absorbeur cylindrique (1) débouche de part et d'autre du tube en verre (3) à travers des embases en céramiques (4).