FR2461903A1 - SENSOR FOR THE USE OF SOLAR ENERGY AND APPARATUS COMPRISING SUCH SENSORS - Google Patents
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Abstract
DANS UN TUBE DE VERRE EXTERIEUR EVACUE 2 EST DISPOSE UN REFLECTEUR PARABOLIQUE COMPOSE 8 QUI CONCENTRE LE RAYONNEMENT INCIDENT ARRIVANT DANS LE DOMAINE ANGULAIRE TH-TH SUR UN TUBE DE VERRE INTERIEUR 4 DONT LES PAROIS PORTENT DES CELLULES PHOTO-ELECTRIQUES 6. LE TUBE INTERIEUR 4 EST UN DISPOSITIF DE TRANSFERT DE CHALEUR EVACUE RENFERMANT UN LIQUIDE QUI S'EVAPORE A UNE EXTREMITE POUR SE CONDENSER A L'AUTRE, PUIS REVENIR A LA PREMIERE PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE MECHE. CE TUBE 4 SE PROLONGE AU-DELA DE 2 DANS UN ECHANGEUR OU IL CHAUFFE UN FLUIDE CALOPORTEUR. ON OBTIENT AINSI A LA FOIS DE LA CHALEUR ET DE L'ELECTRICITE.IN AN EXTERNAL GLASS TUBE 2 IS PROVIDED WITH A COMPOUND PARABOLIC REFLECTOR 8 WHICH CONCENTRATES THE INCIDENT RADIATION ARRIVING IN THE ANGULAR TH-TH AREA ON AN INTERNAL GLASS TUBE 4 WHOSE WALLS CARRY PHOTOELECTRIC CELLS 6. THE INTERNAL TUBE 4 IS A DEVICE FOR TRANSFERRING HEAT CONTAINING A LIQUID WHICH EVAPORATES AT ONE END TO CONDENSATE TO THE OTHER, THEN RETURN TO THE FIRST THROUGH A WICK. THIS TUBE 4 EXTENDS BEYOND 2 IN AN EXCHANGER WHERE HE HEATS A HEAT-FLUID. THUS YOU GET BOTH HEAT AND ELECTRICITY.
Description
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La présente invention a trait aux appareils destinés à l'utilisation de l'énergie du soleil et elle vise plus particulièrement ceux auxquels The present invention relates to devices intended for the use of the sun's energy and it relates more particularly to those to which
sont incorporées des cellules solaires. solar cells are incorporated.
Les cellules solaires ou photo- voltaïques, plus communément appelées cellules photo-électriques, constituent des générateurs bien connus dans la technique; elles renferment des substances qui engendrent une force électromotrice lorsqu'elles sont exposées à la lumière. On les a utilisées comme sources d'énergie électrique, plus particulièrement dans les fusées et satellites destinés à la recherche spatiale. En Solar or photo-voltaic cells, more commonly known as photo-electric cells, are generators well known in the art; they contain substances that generate an electromotive force when exposed to light. They have been used as sources of electrical energy, particularly in rockets and satellites for space research. In
général leur composant principal est constitué par le sillicium. generally their main component is constituted by sillicium.
Le présente invention vise à permettre de réaliser un capteur d'énergie solaire qui comprend d'une part une conduite disposée dans un tube de verre extérieur, une partie au moins de la surface externe de cette conduite étant établie et agencée de façon à supporter une ou plusieurs cellules solaires, et d'autre part un réflecteur parabolique The present invention aims to make it possible to produce a solar energy collector which comprises on the one hand a pipe arranged in an external glass tube, at least part of the external surface of this pipe being established and arranged so as to support a or several solar cells, and on the other hand a parabolic reflector
composé monté dans le tube de verre extérieur de celui-ci, lequel réflec- compound mounted in the outer glass tube thereof, which reflects
teur est prévu de façon à concentrer le rayonnement incident sur la conduite et les cellules, tandis que les extrémités dudît tube de verre extérieur sont scellées et que l'espace qu'il définit autour de la tor is designed to concentrate the incident radiation on the pipe and the cells, while the ends of the said outer glass tube are sealed and the space which it defines around the
conduite est évacué.pipe is evacuated.
Le capteur suivant l'invent4on peut s'utiliser pour obtenir simulta- The sensor according to the invention can be used to obtain simultaneous
nément à la fois de l'électricité et de la chaleur, par exemple sous forme d'eau chaude, par absorption de l'énergie solaire. La conduite est préférablement à section transversale triangulaire et une ou plusieurs de ses faces planes comportent une ou plusieurs cellules solaires. Il n'est pas nécessaire de prévoir un revêtement protecteur pour ces cellules étant donné que le vide règne entre la conduite et le tube extérieur et que par conséquent il ne peut apparaftre aucune dégradation de leur surface. La conduite triangulaire est préférablement disposée de manière que l'un des sommets de sa section soit orienté vers le bas, tandis que les cellules sont montées sur les faces adjacentes à ce sommet pour both electricity and heat, for example in the form of hot water, by absorption of solar energy. The pipe is preferably of triangular cross section and one or more of its planar faces comprise one or more solar cells. It is not necessary to provide a protective coating for these cells since there is a vacuum between the pipe and the outer tube and therefore there can be no degradation of their surface. The triangular pipe is preferably arranged so that one of the vertices of its section is oriented downwards, while the cells are mounted on the faces adjacent to this vertex.
recevoir la lumière renvoyée par le réflecteur. receive the light returned by the reflector.
La conduite peut affecter la forme d'un tube à extrémités ouvertes destiné à être inséré dans un système approprié propre à assurer la The pipe may take the form of an open-ended tube intended to be inserted into an appropriate system suitable for ensuring the
circulation dans ce tube d'un fluide de refroidissement (fluide caloporteur). circulation in this tube of a cooling fluid (heat transfer fluid).
Elle peut encore être constituée par un tube de verre dans lequel est monté un dispositif de tube de transfert de chaleur qui dépasse au-delà de l'une des extrémités de cette conduite. Celle-ci peut encore affecter directement la forme d'un tel dispositif prévu pour transférer rapidement It can also be constituted by a glass tube in which is mounted a heat transfer tube device which protrudes beyond one of the ends of this pipe. This can also directly affect the shape of such a device intended for rapid transfer
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la chaleur absorbée par le capteur vers un accumulateur thermique approprié the heat absorbed by the sensor to an appropriate thermal accumulator
ou analogue.or the like.
Dans le premier cas le tube à extrémités ouvertes peut être fait en verre, sa partie qui supporte les cellules solaires étant préférablement à section triangulaire, comme indiqué plus haut. Il est alors relié à des pièces d'extrémité faites à partir de tube de verre classique et qui dépassent au-delà du tube de verre extérieur, lequel leur est relié de façon étanche, des moyens appropriés, tel par exemple que des soufflets, étant prévus pour compenser les différences de dilatation entre ce tube In the first case, the tube with open ends can be made of glass, the part which supports the solar cells preferably being of triangular section, as indicated above. It is then connected to end pieces made from conventional glass tube and which protrude beyond the outer glass tube, which is tightly connected to them, suitable means, such as for example bellows, being designed to compensate for differences in expansion between this tube
extérieur et le tube intérieur.outer and inner tube.
Dans une forme d'exécution de l'invention la conduite qui supporte In one embodiment of the invention the pipe which supports
les cellules solaires est constituée par un dispositif de tube de trans- the solar cells is made up of a trans-
fert de chaleur ou renferme un tel dispositif. On connaît bien les heat or contains such a device. We know the
dispositifs du genre en question. Ils comprennent un tube scellé partiel- devices of the kind in question. They include a partial sealed tube-
lement évacué et qui renferme une petite quantité de liquide, tandis qu'il y est en général prévu une mèche qui s'étend sur toute la longueur du tube en étant en contact avec la paroi intérieure de celui-ci. Lorsqu'on applique de la chaleur à l'une des extrémités du tube, le liquide s'y évapore et sa vapeur s'écoule dans le tube pour venir se condenser à l'autre extrémité (extrémité froide) qui est ainsi chauffée. Le liquide condensé est recyclé vers la première extrémité par l'intermédiaire de la mèc.Xe. L'utilisation d'un tel dispositif assure le transfert rapide de la Lent evacuated and which contains a small amount of liquid, while there is generally provided a wick which extends over the entire length of the tube being in contact with the inner wall thereof. When heat is applied to one end of the tube, the liquid evaporates there and its vapor flows through the tube to condense at the other end (cold end) which is thus heated. The condensed liquid is recycled to the first end via mèc.Xe. The use of such a device ensures rapid transfer of the
chaleur de l'une des extrémités du tube vers l'autre. heat from one end of the tube to the other.
Le dispositif de tube de transfert de chaleur est monté de manière que l'une de ses extrémités se trouve dans le tube de verre extérieur, tandis que l'autre dépasse au-delà de celui-ci en étant propre à être introduite dans un échangeur thermique approprié ou dans un accumulateur de chaleur. La partie du dispositif qui se trouve dans le tube de verre extérieur est portée par un support ou bien est logée dans un tube de verre intérieur, lui-même convenablement supporté. L'une des extrémités du tube de verre extérieur est scellée de façon étanche, tandis que l'autre est reliée de façon également étanche à la surface externe du dispositif de tube de transfert de chaleur ou du tube de verre intérieur qui le supporte. L'extrémité libre de ce dispositif est destinée à être introduite dans l'échangeur thermique ou autre; elle est préférablement pourvue d'un revêtement propre à rayonner la chaleur et l'on peut si désiré lui faire comporter des ailettes en vue d'améliorer les propriétés d'échange. Ce dispositif peut être fait en verre ou bien en un métal tel par exemple que le cuivre. Son extrémité qui envoie la chaleur par rayonnement à l'échangeur thermique ou autre est prévue métallique ou The heat transfer tube device is mounted so that one of its ends is in the outer glass tube, while the other protrudes beyond it and is suitable for being inserted into an exchanger suitable thermal or in a heat accumulator. The part of the device which is in the outer glass tube is carried by a support or is housed in an inner glass tube, itself suitably supported. One end of the outer glass tube is tightly sealed, while the other end is also tightly connected to the outer surface of the heat transfer tube device or the inner glass tube that supports it. The free end of this device is intended to be introduced into the heat exchanger or the like; it is preferably provided with a coating capable of radiating heat and, if desired, it can be provided with fins in order to improve the exchange properties. This device can be made of glass or else of a metal such as for example copper. Its end which sends the heat by radiation to the heat exchanger or other is provided metallic or
comporte un manchon fait en métal.has a sleeve made of metal.
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 longitudinale d'un appareil 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 longitudinal section of an apparatus according to the invention.
Fig. 2 en est une coupe transversale. Fig. 2 is a cross section.
L'appareil de fig. 1 et 2 comprend un tube de verre extérieur 2 dans lequel est engagée une conduite 4 également faite en verre. La partie de cette conduite qui se trouve à l'intérieur du tube 2 comporte une section transversale triangulaire et elle porte des cellules solaires The apparatus of fig. 1 and 2 comprises an outer glass tube 2 in which is engaged a pipe 4 also made of glass. The part of this pipe which is inside the tube 2 has a triangular cross section and it carries solar cells
6, préférablement disposées sur toutes ses faces. 6, preferably arranged on all of its faces.
Un réflecteur parabolique composé 8 s'étend substantiellement sur toute la longueur de la conduite 4 pour concentrer la lumière sur les cellules 6 ainsi montées sur la surface de celle-ci. Le tube de verre extérieur 2 est fermé à l'une de ses extrémités, tandis qu'à l'extrémité opposée une soudure 10 le réunit de façon étanche à la périphérie de la conduite 4, l'espace fermé ainsi défini par le tube extérieur 2 étant A compound parabolic reflector 8 extends substantially over the entire length of the pipe 4 to concentrate the light on the cells 6 thus mounted on the surface thereof. The outer glass tube 2 is closed at one of its ends, while at the opposite end a weld 10 joins it tightly to the periphery of the pipe 4, the closed space thus defined by the outer tube 2 being
évacué.evacuated.
La conduite 4 affecte la forme d'un dispositif de tube de transfert Line 4 assumes the shape of a transfer tube device
de chaleur. Celui-ci comprend un tube fermé de façon étanche, partielle- heat. This includes a partially closed tube
ment évacué et qui renferme d'une part une petite quantité d'un liquide, tel par exemple que de l'eau d'autre part une mèche 12 (représentée en traits discontinus), faite par exemple en toile de fil de cuivre, qui s'étend sur toute sa longueur en étant intimement maintenue en place contre la paroi intérieure du tube. L'extrémité intérieure 14 de ce tube ou dispositif est portée dans le tube de verre extérieur 2 par le moyen d'un support 16. Celui-ci est préférablement établi en un matériau isolant au point de vue thermique de façon à prévenir les pertes de ment evacuated and which contains on the one hand a small amount of a liquid, such as for example water on the other hand a wick 12 (shown in broken lines), made for example of copper wire cloth, which extends over its entire length while being intimately held in place against the inner wall of the tube. The inner end 14 of this tube or device is carried in the outer glass tube 2 by means of a support 16. This is preferably made of an insulating material from the thermal point of view so as to prevent losses of
chaleur par conduction.heat by conduction.
L'autre extrémité 18 du dispositif de tube de transfert de chaleur se prolonge au-delà du tube de verre extérieur 2 dans un échangeur The other end 18 of the heat transfer tube device extends beyond the outer glass tube 2 in an exchanger
thermique 20. Ce dernier peut avantageusement comprendre un tube, représen- thermal 20. The latter may advantageously comprise a tube, represented
té en coupe, dans lequel on fait s'écouler un fluide d'absorption de chaleur (fluide caloporteur). On peut prévoir ainsi toute une série de capteurs dont les dispositifs de tube de transfert de chaleur s'engagent dans un même échangeur thermique tubulaire. Le fluide en question peut être introduit dans l'échangeur à partir des deux extrémités de celui-ci sectional tee, in which a heat absorption fluid (heat transfer fluid) is made to flow. It is thus possible to provide a whole series of sensors whose heat transfer tube devices engage in the same tubular heat exchanger. The fluid in question can be introduced into the exchanger from the two ends of the latter.
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en en étant extrait par un point intermédiaire, cela en vue d'assurer le by being extracted from it by an intermediate point, this in order to ensure the
maximum de transfert de chaleur à ce fluide. L'échangeur 20 est préférable- maximum heat transfer to this fluid. Exchanger 20 is preferable-
ment recouvert d'une matière isolante 22. Le point d'entrée du dispositif 4 dans cet échangeur 20 est fermé de façon étanche par le moyen d'un joint 24 propre à résister à la chaleur et au liquide. Le dispositif 4 peut comporter un tube en verre ou en métal, il peut ment covered with an insulating material 22. The entry point of the device 4 in this exchanger 20 is closed in a sealed manner by means of a seal 24 capable of withstanding heat and liquid. The device 4 can include a glass or metal tube, it can
être constitué à partir de longueurs de tels tubes de métal ou de verre. be made from lengths of such metal or glass tubes.
Il est préférable qu'au moins sa partie située dans le tube de verre extérieur soit elle-même faite en verre de manière que la soudure 10 puisse être du type verre sur verre, lequel est considérablement plus facile à réaliser qu'une soudure verre sur métal. La partie du dispositif 4 précitée qui se trouve dans l'échangeur 20 est préférablement pourvue d'un revêtement propre à rayonner la chaleur. Si le tube du dispositif est fait en verre, on peut engager un manchon métallique sur son extrémité située dans l'échangeur en vue de faciliter le transfert thermique. Cette It is preferable that at least its part located in the outer glass tube is itself made of glass so that the weld 10 can be of the glass on glass type, which is considerably easier to perform than a glass weld on metal. The part of the above-mentioned device 4 which is in the exchanger 20 is preferably provided with a coating capable of radiating heat. If the device tube is made of glass, a metal sleeve can be engaged on its end located in the exchanger in order to facilitate heat transfer. This
même extrémité peut être équipée d'ailettes dont plusieurs ont été repré- same end can be fitted with fins, several of which have been shown
sentées en 26, en vue d'accélérer ce transfert. Bien que dans l'exemple- felt at 26, in order to speed up this transfer. Although in the example-
représenté une partie du tube du dispositif soit à découvert entre la soudure 10 et le joint 24, cela dans l'intérêt de la clarté du dessin, en pratique la partie en question est réduite au minimum et on l'isole au shown part of the device tube is exposed between the weld 10 and the seal 24, this in the interest of clarity of the drawing, in practice the part in question is reduced to a minimum and it is isolated at
besoin pour éviter les pertes de chaleur. need to avoid heat loss.
Fig. 2 montre l'utilisation d'un réflecteur de concentration optimisé ne formant pas d'image, du type parabolique composé, établi conformément aux indications des brevets américains 4 002 499 et 4 003 638. Un tel réflecteur concentre sur la conduite 4 l'énergie de radiation incidente qui lui parvient dans le domaine angulaire e1 - e2 tel que défini par les lignes en traits discontinus KG et JF. La partie BG du réflecteur représente une zone de concentretion en forme de développante qui, dans le cas de la conduite représentée, correspond à un arc de cercle de centre C. Quant à la partie GH, c'est un arc de parabole d'axe KG et de foyer C. Enfin la partie HI est un autre arc de parabole également d'axe KG, mais de foyer A. De façon semblable BF représente un arc de cercle de centre A, FE un arc de parabole d'axe JF et de foyer A et enfin ED un autre arc de parabole d'axe JF et de foyer C. Tous ces arcs sont raccordés régulièrement, sauf en ce qui concerne le point de rebroussement B. Le réflecteur ainsi constitué est coupé en I et en D de façon à pouvoir se monter à l'intérieur du tube circulaire 2. On peut envisager des configurations symétriques ou asymétriques, de sorte que e1 peut être différent de e2. Par ailleurs les Fig. 2 shows the use of an optimized concentration reflector forming no image, of the compound parabolic type, established in accordance with the indications of American patents 4,002,499 and 4,003,638. Such a reflector concentrates on the conduct of energy of incident radiation reaching it in the angular range e1 - e2 as defined by the dashed lines KG and JF. The part BG of the reflector represents a concentrating zone in the form of an involute which, in the case of the pipe represented, corresponds to an arc of a circle with center C. As for the part GH, it is an arc of a parabola with an axis KG and of focus C. Finally, the part HI is another arc of a parabola also of axis KG, but of focus A. Similarly, BF represents an arc of a circle with center A, FE an arc of a parabola of axis JF and of focal point A and finally ED another arc of a parabola of axis JF and of focal point C. All these arcs are connected regularly, except with regard to the cusp point B. The reflector thus formed is cut in I and in D of so as to be able to be mounted inside the circular tube 2. One can envisage symmetrical or asymmetrical configurations, so that e1 can be different from e2. In addition,
côtés du profil triangulaire de la conduite peuvent être inégaux. sides of the triangular profile of the pipe may be uneven.
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Il peut être désirable d'interposer un espace intermédiaire entre la conduite et le réflecteur dans la zone du point B. Un procédé préféré pour It may be desirable to interpose an intermediate space between the pipe and the reflector in the area of point B. A preferred method for
agencer un tel espace intermédiaire consiste à tracer la partie en dévelop- to arrange such an intermediate space consists in tracing the developing part
pante à partir d'une conduite virtuelle. Cette dernière peut par exemple être constituée par une surface convexe minimale entourant la conduite réelle et le point ou la paroi réfléchissante se rapproche le plus de pante from a virtual pipe. The latter can for example be constituted by a minimal convex surface surrounding the real pipe and the point or the reflecting wall comes closest to
cette conduite.this conduct.
Dans l'appareil suivant l'invention les cellules solaires peuvent être branchées dans un circuit approprié susceptible d'être utilisé comme source de puissance électrique ou bien destiné à charger une batterie d'accumulateurs. Elles peuvent être montées en série et/ou en parallèle suivant le circuit particulier mis en oeuvre. Les fils ou autres conducteurs appropriés peuvent traverser le tube de verre extérieur à l'aide de dispositifs d'étanchéité appropriés, par exemple d'une façon semblable à In the device according to the invention, the solar cells can be connected to an appropriate circuit capable of being used as a source of electric power or intended to charge a storage battery. They can be mounted in series and / or in parallel depending on the particular circuit used. The appropriate wires or other conductors can pass through the outer glass tube using suitable sealing devices, for example in a manner similar to
celle utilisée pour les ampoules électriques d'éclairage. that used for electric light bulbs.
Les conduites sont en général agencées de façon que la température des cellules solaires ne dépasse pas 700C en vue d'assurer leur rendement maximal. The pipes are generally arranged so that the temperature of the solar cells does not exceed 700C in order to ensure their maximum efficiency.
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 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 details
d'exécution décrits par tous autres équivalents. of execution described by all other equivalents.
2 4619032 461903
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