FR2461212A1 - SOLAR SENSOR AND APPARATUS USING SUCH SENSORS - Google Patents
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Abstract
LE CAPTEUR COMPREND UN TUBE DE VERRE EXTERIEUR 2 RENFERMANT D'UNE PART UN REFLECTEUR 4, D'AUTRE PART UNE CONDUITE 6 SITUEE AU FOYER DU REFLECTEUR. CE DERNIER EST DU TYPE PARABOLIQUE DOUBLE POUR CONCENTRER SUR 6 LES RAYONS INCIDENTS SUIVANT LES ANGLES RESPECTIFS TH ET TH. QUANT A 6 C'EST PREFERABLEMENT UN TUBE DE TRANSFERT DE CHALEUR (TUBE SCELLE RENFERMANT UN LIQUIDE VOLATIL) DONT UNE EXTREMITE DEPASSE DE 2 POUR S'ENGAGER DANS UN ECHANGEUR THERMIQUE. 2 EST SCELLE A SES DEUX EXTREMITES ET SON ESPACE INTERIEUR EST SOUS VIDE.THE SENSOR INCLUDES AN OUTER GLASS TUBE 2 CONTAINING ON THE ONE HAND A REFLECTOR 4, ON THE OTHER HAND A CONDUIT 6 LOCATED AT THE REFLECTOR'S FIREPLACE. THIS LAST IS OF THE DOUBLE PARABOLIC TYPE TO CONCENTRATE ON 6 THE INCIDENT RADIUS FOLLOWING THE RESPECTIVE ANGLES TH AND TH. WHEN AT 6 IT IS PREFERABLY A HEAT TRANSFER TUBE (SEALED TUBE CONTAINING A VOLATILE LIQUID) WITH AN END EXCEEDING 2 TO BE ENGAGED IN A HEAT EXCHANGER. 2 IS SEALED AT ITS TWO ENDS AND ITS VACUUM INNER SPACE.
Description
La présente invention a trait aux capteurs d'énergie solaire et elle viseThe present invention relates to solar energy collectors and it aims
plus particulièrement les capteurs tubulaires à vide auxquels more particularly the tubular vacuum sensors to which
est intégré un réflecteur parabolique. a parabolic reflector is integrated.
Conformément à la présente invention un capteur d'énergie solaire comprend un tube de verre extérieur dans lesquel sont disposés d'une part un réflecteur parabolique composé s'étendant substantiellement sur la longueur du tube, d'autre part une conduite rectiligne qui s'étend quant à elle suivant le foyer du réflecteur, les extrémités de ce tube en verre According to the present invention a solar energy collector comprises an outer glass tube in which are arranged on the one hand a compound parabolic reflector extending substantially over the length of the tube, on the other hand a straight pipe which extends as for it according to the focus of the reflector, the ends of this glass tube
extérieur étant scellées et l'espace qu'il délimite étant évacué. exterior being sealed and the space it delimits being evacuated.
Le tube de verre extérieur propre à être utilisé suivant l'invention peut être de tout genre, par exemple en verre de borosilicate, avec un The external glass tube suitable for use according to the invention can be of any kind, for example made of borosilicate glass, with a
diamètre et une longueur appropriés. appropriate diameter and length.
Le réflecteur utilisé suivant l'invention est un réflecteur paraboli- The reflector used according to the invention is a parabolic reflector
que composé prévu pour réfléchir à son foyer la lumière incidente du soleil. Il peut avantageusement être fait en aluminium fortement poli et présentant un pouvoir de réflexion spéculaire élevé. Il est préférablement rigide et auto-porteur de manière à pouvoir être maintenu en place dans le tube de verre extérieur de façon très simple par le moyen de pinces that compound intended to reflect its home the incident light from the sun. It can advantageously be made of highly polished aluminum and having a high specular reflection power. It is preferably rigid and self-supporting so that it can be held in place in the outer glass tube in a very simple manner by means of clamps
élastiques. Il est préférablement du type décrit dans les brevets amé- elastic. It is preferably of the type described in American patents.
ricains 4 002 499 et 4 003 638.ricans 4,002,499 and 4,003,638.
La conduite peut affecter la forme d'un tube à extrémités ouvertes, propre a être inséré dans un circuit dans lequel on fait circuler un fluide d'absorption de chaleur. Elle peut encore être constituée par un tel tube à extrémités ouvertes à l'intérieur duquel on peut monter un dispositif de tube de transfert de chaleur. Enfin elle peut affecter directement la forme d'un tel dispositif prévu de manière à transférer rapidement vers un accumulateur approprié la chaleur absorbée par le The pipe can take the form of a tube with open ends, suitable for being inserted into a circuit in which a heat absorption fluid is circulated. It can also be constituted by such a tube with open ends inside which one can mount a heat transfer tube device. Finally, it can directly affect the shape of such a device provided so as to quickly transfer the heat absorbed by the
capteur luimême.sensor itself.
Dans une première forme d'exécution de l'invention, la conduite est constituée par un simple tube de verre intérieur qui s'étend au-delà des extrémités du tube de verre extérieur précité, ce dernier étant relié de façon étanche à la surface du tube de verre intérieur et des moyens approprués étant prévus pour absorber les différences de dilatation entre les deux tubes. Le tube intérieur est alors branché dans un circuit approprié de circulation d'un fluide d'absorption de chaleur (fluide caloporteur) de la même façon que dans les capteurs connus utilisant un In a first embodiment of the invention, the pipe is constituted by a simple inner glass tube which extends beyond the ends of the above-mentioned outer glass tube, the latter being tightly connected to the surface of the inner glass tube and appropriate means being provided to absorb the differences in expansion between the two tubes. The inner tube is then connected to an appropriate circuit for circulating a heat absorption fluid (heat transfer fluid) in the same way as in known sensors using a
tel fluide.such fluid.
Dans une seconde forme d'exécution de l'invention la conduite affecte la forme d'un dispositif du tube de transfert de chaleur. Ces dispositifs sont bien connus. On sait qu'ils comprennent un tube fermé de façon étanche, partiellement évacué et renfermant une petite quantité d'un liquide approprié, tandis qu'il est prévu une mèche tubulaire qui s'étend sur toute la longueur de ce tube en étant intimement en contact avec la paroi intérieure de celui-ci. Lorsqu'on applique de la chaleur à l'une des extrémités du dispositif, le liquide s'évapore et la vapeur s'écoule suivant la longueur du tube pour se condenser à l'extrémité froide de celui-ci en la réchauffant. Le liquide condensé est ramené à la première extrémité par l'intermédiaire de la mèche. L'utilisation d'un tel dispositif permet un transfert rapide de la chaleur d'une extrémité In a second embodiment of the invention, the pipe takes the form of a device for the heat transfer tube. These devices are well known. We know that they include a tightly closed tube, partially evacuated and containing a small amount of a suitable liquid, while there is provided a tubular wick which extends over the entire length of this tube while being intimately in contact with the inner wall thereof. When heat is applied to one end of the device, the liquid evaporates and the vapor flows along the length of the tube to condense at the cold end of it by heating it. The condensed liquid is brought to the first end via the wick. The use of such a device allows rapid heat transfer from one end
du tube à l'autre.from tube to tube.
Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, la conduite est constituée par un tube de verre intérieur dont une extrémité ouverte est soudée au tube de verre extérieur, tandis qu'un dispositif de tube de transfert de chaleur est engagé dans le tube de verre intérieur précité en dépassant au-delà de l'extrémité de celui-ci soudée au tube de According to another embodiment of the invention, the pipe is constituted by an inner glass tube, one open end of which is welded to the outer glass tube, while a heat transfer tube device is engaged in the aforementioned inner glass tube projecting beyond the end thereof welded to the tube
verre extérieur.exterior glass.
Dans ces trois formes d'exécution de l'invention le dispositif de. In these three embodiments of the invention the device.
tube de transfert de chaleur est agencé de manière à avoir l'une de ses extrémités à l'intérieur du tube de verre extérieur, tandis que l'autre dépasse hors de cé dernier et est propre à être introduite dans un échangeur de chaleur ou dans un accumulateur thermique. La partie du dispositif précité qui est située dans le tube de verre extérieur, ou bien le tube de verre intérieur qui renferme cette partie, est préférablement recouvert d'un revêtement sélectif à grand pouvoir absorbant et à faible pouvoir d'émission, en vue d'améliorer l'efficacité ou rendement du capteur. Le tube de verre extérieur est scellé à l'une de ses extrémités par le moyen d'un couvercle approprié, tandis que son extrémité opposée heat transfer tube is arranged so as to have one of its ends inside the external glass tube, while the other protrudes out of this last and is suitable for being introduced into a heat exchanger or into a thermal accumulator. The part of the aforementioned device which is located in the outer glass tube, or else the inner glass tube which encloses this part, is preferably covered with a selective coating with high absorbency and low emission power, in order to '' improve the effectiveness or efficiency of the sensor. The outer glass tube is sealed at one of its ends by means of a suitable cover, while its opposite end
est reliée de façon étanche à la surface du dispositif de tube de trans- is tightly connected to the surface of the transfer tube device
fert de chaleur ou du tube de verre intérieur. L'extrémité intérieure du dispositif repose sur un support approprié, d'autres supports pouvant être prévus sur sa longueur, si on le désire. L'autre extrémité de ce dispositif destinée à être introduite dans l'échangeur thermique ou autre est préférablement recouverte d'un revêtement propre à rayonner la chaleur et elle peut comporter des ailettes, si on le désire. Ce dispositif heat from the inner glass tube. The interior end of the device rests on a suitable support, other supports being able to be provided along its length, if desired. The other end of this device intended to be introduced into the heat exchanger or the like is preferably covered with a coating capable of radiating heat and it may include fins, if desired. These measures
lui-même peut être fait en verre ou bien en un métal tel que le cuivre. itself can be made of glass or of a metal such as copper.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer: Fig. 1 est une coupe transversale d'un capteur suivant l'invention. The appended drawing, given by way of example, will allow a better understanding of the invention, the characteristics which it presents and the advantages which it is capable of providing: FIG. 1 is a cross section of a sensor according to the invention.
Fig. 2 en est une coupe longitudinale. Fig. 2 is a longitudinal section.
Fig. 3 est une coupe longitudinale d'une autre forme d'exécution d'un capteur suivant l'invention. En fig. 1 le capteur comprend un tube de verre extérieur 2 dans lequel sont disposés un réflecteur parabolique composé 4 fait en aluminium poli, ainsi qu'une conduite 6 située au foyer du réflecteur, cette conduite pouvant être constituée par un tube proprement dit ou par un Fig. 3 is a longitudinal section of another embodiment of a sensor according to the invention. In fig. 1 the sensor comprises an external glass tube 2 in which are arranged a compound parabolic reflector 4 made of polished aluminum, as well as a pipe 6 located at the focal point of the reflector, this pipe can be constituted by a tube proper or by a
dispositif de tube de transfert de chaleur. heat transfer tube device.
Le réflecteur 4 est un miroir optimisé de concentration de lumière, ne formant pas d'image. Il est du type parabolique décrit dans les brevets américains 4.002.499 et 4.003.638. Ce genre d'appareil concentre sur la conduite 6 l'énergie rayonnante incidente se situant dans un domaine angulaire e1 - e2 défini par les tracés en traits discontinus FD et GB. La partie CD du réflecteur est une d9veloppante de la section transversale circulaire de la conduite. La partie DE est prévue pour comporter substantiellement l'inclinaison maximale propre à réfléchir sur la conduite 6 le rayonnement incident compris dans l'angle e1. De même la partie BC est une développante de la section de la conduite et la partie BA présente elle aussi l'inclinaison maximale en vue de renvoyer sur la conduite le rayonnement qui se situe dans l'angle e2. Le réflecteur est coupé aux points A et E de manière à pouvoir se monter dans le tube de verre extérieur 2. On peut envisager -les deux configurations symétrique ou asymétrique afin que e1 puisse être différent de G2. Dans l'exemple représenté en fig. 1, e1 = e2 = 35', ce qui constitue une valeur pratique pour un capteur solaire fixe. On parvient ainsi à un rapport de concentration C = 1,5 lequel convient pour un fonctionnement efficace à une température élevée. Pour des raisons mécaniques et thermiques il peut être désirable d'interposer un espace intermédiaire entre le récepteur et le réflecteur au point C. Au voisinage de cet espace on peut capter le rayonnement par le moyen d'une cavité ou prévoir la partie en développante en partant d'un récepteur virtuel. Ainsi, par exemple, ce récepteur virtuel peut être constitué par la surface convexe minimale qui entoure le récepteur The reflector 4 is an optimized light concentration mirror, which does not form an image. It is of the parabolic type described in American patents 4,002,499 and 4,003,638. This type of device concentrates on the line 6 the incident radiant energy located in an angular range e1 - e2 defined by the lines in broken lines FD and GB. The CD part of the reflector is an expanding part of the circular cross section of the pipe. The part DE is designed to comprise substantially the maximum inclination capable of reflecting on the pipe 6 the incident radiation included in the angle e1. Likewise, the part BC is an involute of the section of the pipe and the part BA also has the maximum inclination with a view to returning the radiation which is located in the angle e2 to the pipe. The reflector is cut at points A and E so that it can be mounted in the outer glass tube 2. We can consider the two symmetrical or asymmetrical configurations so that e1 can be different from G2. In the example shown in fig. 1, e1 = e2 = 35 ', which is a practical value for a fixed solar collector. This results in a concentration ratio C = 1.5 which is suitable for efficient operation at a high temperature. For mechanical and thermal reasons it may be desirable to interpose an intermediate space between the receiver and the reflector at point C. In the vicinity of this space it is possible to capture the radiation by means of a cavity or to provide the developing part in starting from a virtual receiver. So, for example, this virtual receiver can be constituted by the minimal convex surface which surrounds the receiver
réel et par le point de la paroi réflectrice le plus rapproché du ré- real and by the point of the reflecting wall closest to the re-
cepteur. Dans la forme d'exécution de l'invention illustrée en fig. 2, la conduite 6 se présente sous la forme d'un dispositif de tube de transfert de chaleur. Elle comprend un tube scellé, partiellement évacué et renfermant une petite quantité d'un liquide, tel que de l'eau, avec une mèche 40, faite par exemple en toile de cuivre, qui s'étend sur toute sa longueur en étant intimement maintenue en place contre la paroi intérieure du tube en question. L'extrémité 42 de ce dispositif (extrémité intérieure) est receptor. In the embodiment of the invention illustrated in FIG. 2, line 6 is in the form of a heat transfer tube device. It includes a sealed tube, partially evacuated and containing a small amount of a liquid, such as water, with a wick 40, made for example of copper cloth, which extends over its entire length while being intimately maintained in place against the inner wall of the tube in question. The end 42 of this device (inner end) is
maintenue dans le tube de verre extérieur 2 -par le moyen d'un support 44. held in the outer glass tube 2 - by means of a support 44.
Ce support 44 est préférablement fait en un matériau thermiquement This support 44 is preferably made of a thermally material
isolant en vue d'éviter les pertes de chaleur par conduction. L'extrémi- insulation to prevent heat loss by conduction. The extremi-
té 45 du tube de verre extérieur et elle-même fermée de façon étanche, tee 45 of the outer glass tube and itself sealed,
par exemple par le moyen d'un chapeau approprié. for example by means of an appropriate hat.
La seconde extrémité 46 du dispositif de tube transfert de chaleur s'étend au-delà du tube de verre extérieur 2 dans un échangeur thermique 47. Le tube 2 est fermé de façon étanche par rapport à l'extrémité du dispositif intérieur 6 par le moyen d'une soudure 48. Ce dispositif 6 est rectiligne sur toute sa longueur de façon à assurer l'efficacité maximale et par conséquent la soudure 48 ne se trouve pas au centre de l'extrémité The second end 46 of the heat transfer tube device extends beyond the exterior glass tube 2 in a heat exchanger 47. The tube 2 is sealed in relation to the end of the interior device 6 by means of a weld 48. This device 6 is rectilinear over its entire length so as to ensure maximum efficiency and therefore the weld 48 is not located in the center of the end
du tube de verre extérieur.of the outer glass tube.
L'échangeur 47 peut avantageusement comporter un tube, représenté The exchanger 47 may advantageously include a tube, shown
en coupe en fig. 2, à travers lequel on fait circuler un liquide d'absorp- in section in fig. 2, through which an absorbent liquid is circulated
tion de chaleur ou liquide caloporteur. On peut disposer toute une série de capteurs de façon que leurs dispositifs de tube de transfert de chaleur s'engagent dans un tel échangeur tubulaire. Le liquide utilisé dans ce dernier peut lui arriver par ses deux extrémités pour en être extrait en un point intermédiaire de sa longueur, cela en vue d'assurer le transfert maximal de chaleur au liquide. L'échangeur 47 est préférablement recouvert d'un matériau isolant 49. L'étanchéité est réalisée au point d'entrée du dispositif 6 dans l'échangeur 47 par le moyen d'un joint 50 tion of heat or heat transfer liquid. A whole series of sensors can be arranged so that their heat transfer tube devices engage in such a tubular exchanger. The liquid used in the latter can reach it by its two ends to be extracted from it at an intermediate point of its length, this in order to ensure the maximum transfer of heat to the liquid. The exchanger 47 is preferably covered with an insulating material 49. The seal is produced at the point of entry of the device 6 into the exchanger 47 by means of a seal 50
prévu de façon à résister à l'action de la chaleur et du-liquide. designed to resist the action of heat and liquid.
Le dispositif 6 peut comporter un tube en verre ou en métal; en variante il peut être constitué par des longueurs de tube en verre et en métal. Il est préférable de faire en verre au moins la partie de ce dispositif qui se trouve à l'intérieur du tube de verre extérieur 2, de manière que la soudure 48 puisse être du type verre sur verre et dtie par The device 6 can comprise a glass or metal tube; alternatively it may consist of lengths of glass and metal tube. It is preferable to make glass at least the part of this device which is inside the outer glass tube 2, so that the weld 48 can be of the glass on glass type and dtie by
conséquent beaucoup plus facile à réaliser que dans le cas verre/r étal. therefore much easier to achieve than in the case of glass / display.
La partie du dispositif 6 qui se trouve dans le tube de verre extérieur 2 comporte préférablement un revêtement sélectif en vue d'absorber le maximum du rayonnement. Quant à la partie de ce dispositif située dans The part of the device 6 which is in the outer glass tube 2 preferably comprises a selective coating in order to absorb the maximum of the radiation. As for the part of this device located in
l'échangeur 47, on lui fait comporter un revêtement propre à rayonner la- the exchanger 47, it is made to include a coating capable of radiating the-
chaleur. Si le dispositif 6 est fait en verre, on peut insérer sur son extrémité située à l'intérieur de l'échangeur un manchon métallique propre à faciliter le transfert thermique. Cette extrémité du dispositif 6 située dans l'échangeur peut être équipée d'ailettes dont quelques unes ont été représentées en 52, en vue d'assurer un transfert de chaleur plus rapide. Bien qu'on ait représenté en fig. 2 une partie découverte du dispositif 6 entre la soudure 48 et le joint 50, il convient de noter que cela n'a été fait que pour la clarté du dessin, cette partie étant en pratique réduite au minimum et étant au besoin isolée pour empêcher les heat. If the device 6 is made of glass, a metal sleeve suitable for facilitating heat transfer can be inserted on its end located inside the exchanger. This end of the device 6 located in the exchanger can be equipped with fins, some of which have been shown at 52, in order to ensure faster heat transfer. Although we have shown in fig. 2 an uncovered part of the device 6 between the weld 48 and the joint 50, it should be noted that this was only done for the clarity of the drawing, this part being reduced in practice to a minimum and being isolated if necessary to prevent
pertes de chaleur.heat loss.
Dans l'exemple représenté en fig. 3, la conduite 6 affecte la forme d'un tube de verre dont une extrémité 42 est fermée et est supportée à l'intérieur du tube de verre extérieur 2 par un support 44, tandis que l'autre extrémité est fixée de façon étanche à ce tube 2 par le moyen d'une soudure 48. Un dispositif métallique 39 de tube de transfert de chaleur est monté à l'intérieur du tube 6 et dépasse au-delà de celui-ci In the example shown in fig. 3, the pipe 6 takes the form of a glass tube, one end 42 of which is closed and is supported inside the external glass tube 2 by a support 44, while the other end is fixed in a sealed manner to this tube 2 by means of a weld 48. A metal device 39 of the heat transfer tube is mounted inside the tube 6 and protrudes beyond it
pour s'engager dans un échangeur thermique du type sus-décrit en référen- to engage in a heat exchanger of the type described above in reference
ce à fig. 2.this in fig. 2.
Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a It should also be understood that the above description has not
été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution has been given only by way of example and that it in no way limits the field of the invention from which one would not depart by replacing the execution details
décrits par tous autres équivalents. described by all other equivalents.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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ST | Notification of lapse |