Brevet FR3149673A1 — publié le 20241213

Notre invention d’échangeur thermique solaire à lave utilise un dispositif de concentration solaire (1) monté sur un système de suivi solaire automatisé. Le concentrateur solaire chauffe de l'obsidienne jusqu’à dépasser sa température de fusion, formant ainsi un bain de lave (2). Un tube conducteur thermique (3) résistant aux très hautes températures est placé à proximité ou dans le bain de lave (2), permettant ainsi de faire passer un fluide caloporteur (4). Le fluide caloporteur chauffé par le bain de lave (2) est utilisé pour produire de la chaleur à des rendements extrêmement avantageux pour de multiples applications telles que du séchage industriel, du pompage basse pression, de la désalinisation, de la production de vapeur, de la production d'électricité, du chauffage, etc. Figure pour abrégé [Fig 1] ÉCHANGEUR THERMIQUE SOLAIRE À LAVE Cette invention concerne le domaine des échangeurs thermiques solaires pour des applications industrielles. L’ingénierie liée aux échangeurs thermique solaire se concentre sur la conception, l'optimisation et les performances des dispositifs permettant le transfert efficace de chaleur. Voici une liste non exhaustive de l’état de l’art des échangeurs thermiques solaires : Les échangeurs thermiques solaires à plaques : Ils sont souvent constitués de plaques métalliques ou en céramique avec une surface noire qui absorbe l'énergie solaire. Un fluide caloporteur circule à travers les canaux entre les plaques pour transmettre la chaleur. Les échangeurs thermiques solaires à tubes sous vide : Ils sont composés de tubes en verre sous vide qui contiennent un fluide caloporteur. La chaleur est absorbée par le fluide qui circule à travers les tubes. Les échangeurs thermiques solaires à concentrateurs paraboliques : Ils utilisent des miroirs paraboliques pour concentrer la lumière solaire sur un tube à l'intérieur du concentrateur. Un fluide caloporteur circule dans le tube pour absorber la chaleur. Les échangeurs thermiques solaires à tour solaire : Ils utilisent une tour avec des miroirs pour concentrer la lumière solaire sur un récepteur à l'intérieur de la tour. Le fluide caloporteur circule à travers le récepteur pour absorber la chaleur. En comparaison, notre échangeur thermique solaire à bain de lave peut offrir plusieurs avantages. Tout d'abord, une production de chaleur à très haute température (au-delà des 1300°C), bien supérieure aux échangeurs thermiques solaires antérieurs, avec des rendements extrêmement avantageux. En outre, notre échangeur utilise de l’obsidienne noire dont la couleur optimise l’absorption de l'énergie solaire. De plus, le maintien de l'obsidienne à l'état liquide permet un transfert thermique plus efficace et continu vers le fluide caloporteur (convection thermique du milieu liquide). Enfin, l'utilisation d'un tube en matériaux conducteur thermique et résistant aux très hautes températures (nécessaires pour maintenir l'obsidienne à l'état liquide), peut offrir une durée de vie plus longue que d'autres matériaux couramment utilisés dans les échangeurs thermiques solaires. L'invention consiste en un échangeur thermique solaire à bain de lave. Ce système utilise un dispositif de concentration solaire avec un suivi solaire automatisé, afin de chauffer puis de maintenir de l'obsidienne au-dessus de sa température de fusion, cela forme ainsi un bain de lave maintenu tant que le soleil est présent. Un tube en matériaux conducteur thermique résistant aux très hautes températures est placé à proximité ou dans le bain de lave, permettant ainsi de faire passer un fluide caloporteur. Le fluide caloporteur est chauffé par le bain de lave et peut ensuite être utilisé pour transporter cette chaleur pour de multiples applications. La représente en coupe l'échangeur thermique solaire à bain de lave. Un dispositif de concentration solaire (1) est utilisé pour chauffer de l'obsidienne à une température supérieure à son point de fusion, formant ainsi un bain de lave (2). Le tube conducteur thermique (3) est placé dans le bain de lave (2), permettant ainsi de faire passer un fluide caloporteur (4). Le fluide caloporteur (4) est chauffé par le bain de lave (2) et peut ensuite être utilisé pour produire de la chaleur à haute température pour des applications industrielles. Le dispositif de concentration solaire (1), par exemple une lentille de Fresnel ou un miroir parabolique, est monté sur un suiveur solaire automatisé, par exemple une monture Dobson contrôlée par un automate afin de suivre la course du soleil. L’obsidienne chauffée par le dispositif de concentration solaire (1) est maintenue en fusion formant le bain de lave (2) contenu dans un récipient isolant thermique (5), par exemple un creuset de fonderie. Le tube en matériaux conducteur thermique et résistant à de hautes températures (3), par exemple en tungstène est fixé à un support et passe au travers du récipient (5) pour être immergé dans le bain de lave (2). Le fluide caloporteur (4), liquide ou gaz, passe au travers du tube conducteur thermique (3) puis est dirigé soit directement vers son lieu d’utilisation, soit vers un dispositif de stockage thermique. Compte tenu des avantages de l'utilisation de cette invention, tels que sa faible consommation d'énergie, sa durabilité, son faible coût de maintenance et son impact environnemental réduit. Notre invention peut être utilisée pour remplacer ou hybrider des applications industrielles telles que, du séchage industriel, du pompage basse pression, de la désalinisation, la production de vapeur, la production d'électricité, le chauffage, etc. Dispositif d’échangeur thermique solaire à bain de lave caractérisé en ce qu'il comporte les éléments suivants : Un dispositif caractérisé par un système de concentration solaire (1) monté sur une monture automatisée conçue pour suivre la course du soleil ; Un dispositif caractérisé par un récipient (5) dans lequel de l'obsidienne est chauffée et maintenue à une température supérieure à sa température de fusion pour former un bain de lave (2) ; Dispositif caractérisé par un tube en matériaux conducteur thermique (3) passant à proximité ou dans le bain de lave (2) et conçu pour permettre le transfert thermique tout en résistant à des températures élevées ; Dispositif caractérisé par un fluide caloporteur chauffé et transporté par le dispositif d’échangeur thermique solaire à bain de lave.