FR2463901A2 - Solar energy heat collector - includes evaporator section from which vapour carries heat to condenser section giving up latent heat - Google Patents
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Abstract
Description
La présente addition se rapporte au dispositif collecteur d'énergie solaire et au procédé de fabrìcation d'un tel dispos sitif décrit dans la demande de brevet trançais déposée le 16
Mars 1979 sous te No 79.06.7. The present addition relates to the solar energy collector device and to the method of manufacturing such a device described in the French patent application filed on 16
March 1979 under te No 79.06.7.
Dans la demande de brevet principal, il est décrit un collecteur d'énergie solaire comprenant une première enveloppe fermée en verre, sur laquelle a été déposé un matériau absorbant le rayonnement solaire et une seconde enveloppe fermée, placée autour de la première enveloppe de façon a créer une enceinte entre ces deux enveloppes dans laquelle une très basse pression a été établie. Le matériau absorbant selon la caractéristique principale de la demande de brevet principale est constitué par un composé verre-métal formant support, recouvert d'une couche d'oxyde de ce métal absorbant l'énergie solaire. In the main patent application, a solar energy collector is described comprising a first closed glass envelope, on which has been deposited a material absorbing solar radiation and a second closed envelope, placed around the first envelope so as to create an enclosure between these two envelopes in which a very low pressure has been established. The absorbent material according to the main characteristic of the main patent application consists of a glass-metal compound forming a support, covered with a layer of oxide of this metal absorbing solar energy.
En ce qui concerne le drainage de l'énergie solaire collectée par l'absorbant, pour illustrer l'invention, une structure particulière de collecteurs a été décrite dans la demande principale. Pour que ce drainage s'effectue, 1 < ' enveloppe intérieure contient un liquide qui se vaporise dans une première partie de l'enveloppe recouverte du matériau absorbant et exposée au rayonnement solaire et se condense dans une seconde partie de l'enveloppe, libérant ainsi la chaleur précédemment emmagasinée. As regards the drainage of the solar energy collected by the absorbent, to illustrate the invention, a particular structure of collectors has been described in the main application. In order for this drainage to take place, the interior envelope contains a liquid which vaporizes in a first part of the envelope covered with the absorbent material and exposed to solar radiation and condenses in a second part of the envelope, thus releasing previously stored heat.
Le dispositif comporte en outre des moyens pour ramener le fluide en phase liquide vers la première partie de l'enveloppe.The device also comprises means for bringing the fluid in the liquid phase to the first part of the envelope.
Ces moyens sont en général constitués par un système capillaire en forme de "doigt de gant" placé contre la paroi interne de l'enveloppe, constitué par exemple par une toile ou des fils, en fibre naturelle ou artificielle.These means are generally constituted by a capillary system in the form of a "thermowell" placed against the internal wall of the envelope, constituted for example by a canvas or threads, made of natural or artificial fiber.
Pour certaines applications, il est préféré d'autres structures que celle qui vient d'être décrite et notamment une structure dans laquelle un liquide a échauffer circule dans une conduite métallique replié sur elle-même en forme d'épingle à cheveux ou "U", disposée à l'intérieur de l'enveloppe interne. For certain applications, it is preferred other structures than that which has just been described and in particular a structure in which a liquid to be heated circulates in a metal pipe folded back on itself in the shape of a hairpin or "U" , arranged inside the internal envelope.
Pour cette approche, il est nécessaire d'assurer un drainage de la chaleur collectée par l'absorbant vers le liquide circulant dans ce tube. De façon plus générale, il est nécessaire d'obtenir une température homogène à l'intérieur de l'enveloppe interne du collecteur d'énergie solaire. La présente addition propose d'utiliser le composé verre-métal également à ces fins
L'addition a donc pour objet un collecteur d'énergie solaire principalement caractérisé en ce que, le revêtement absorbant l'énergie solaire comprenant une couche de composé verre-métal, étant déposée sur la face externe de la première enveloppe, une couche du composé verre-métal est également déposée sur la face interne de cette enveloppe.For this approach, it is necessary to ensure a drainage of the heat collected by the absorbent towards the liquid circulating in this tube. More generally, it is necessary to obtain a uniform temperature inside the internal envelope of the solar energy collector. This addition proposes to use the glass-metal compound also for these purposes.
The addition therefore relates to a solar energy collector mainly characterized in that, the solar energy absorbing coating comprising a layer of glass-metal compound, being deposited on the external face of the first envelope, a layer of the compound glass-metal is also deposited on the internal face of this envelope.
L'addition a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel collecteur d'énergie solaire principalement caractérisé en ce que le mélange de poudre de métal avec de la poudre de verre en suspension dans un liant étant appliqué -sur la face externe de la première enveloppe pour constituer la première couche du revêtement absorbant l!énergie solaire, une couche de ce mélange est également appliquée sur la face interne de la première enveloppe;
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaitront à l'aide de la description qui suit, en référence aux figures annexées parmi lesquelles
- la figure 1 est un exemple de collecteur d'énergie solaire décrit dans la demande de brevet principal ;
- la figure 2 illustre une structure particulière de collecteurs d'énergie solaire selon l'art ancien ;;
- les figures 3 à 5 illustrent un collecteur d'énergie solaire selon la présente addition ;
- la figure 6 illustre une étape du procédé de fabrication d'un tel collecteur.The addition also relates to a method of manufacturing such a solar energy collector mainly characterized in that the mixture of metal powder with glass powder in suspension in a binder being applied -on the external face of the first envelope to form the first layer of the solar energy absorbing coating, a layer of this mixture is also applied to the internal face of the first envelope;
The invention will be better understood and other characteristics will appear from the following description, with reference to the appended figures among which
- Figure 1 is an example of a solar energy collector described in the main patent application;
- Figure 2 illustrates a particular structure of solar energy collectors according to the old art ;;
- Figures 3 to 5 illustrate a solar energy collector according to the present addition;
- Figure 6 illustrates a step in the manufacturing process of such a collector.
Dans la description qui va suivre, les éléments communs à deux figures ou plus portent la même référence et ne seront décrits qu'une seule fois. In the description which follows, the elements common to two or more figures bear the same reference and will only be described once.
La figure 1 rappelle la structure particulière de collecteurs d'énergie solaire décrite à titre d'illustration dans la demande de brevet principale, ce sans limiter la portée de l'invention à cette seule structure. Le collecteur d'énergie de la figure 1 comprend une enveloppe 2 fermée transparente en verre et de forme cylindrique, comportant deux parties, respectivement 21 et 22, dont la séparation est illustrée par un axe XX. La première partie (21) de l'enveloppe 2 ou enveloppe interne est appelée évaporateur et placée sous vide dans une seconde enveloppe 1. Cette partie est exposée au rayonnement solaire. L'enveloppe 1 est de préférence constituée par un matériau transparent, du verre par exemple. Le vide est réalisé à l'intérieur 5 de l'enveloppe 1.En pratique, la pression dans cette enveloppe est de l'ordre de Pascal. L'enveloppe 1 est soudée sur l'enveloppe 2 par fusion intime des verres de l'enveloppe 1 et de l'enveloppe 2 ou par scellement à l'aide d'une colle verre-verre ou tout autre matériau utilisé dans la technique du vide. On crée ainsi une enceinte 4 dans laquelle le vide est également réalisé. Figure 1 recalls the particular structure of solar energy collectors described by way of illustration in the main patent application, without limiting the scope of the invention to this structure alone. The energy collector of FIG. 1 comprises a closed transparent envelope 2 made of glass and of cylindrical shape, comprising two parts, respectively 21 and 22, the separation of which is illustrated by an axis XX. The first part (21) of the envelope 2 or internal envelope is called an evaporator and placed under vacuum in a second envelope 1. This part is exposed to solar radiation. The envelope 1 is preferably made of a transparent material, glass for example. The vacuum is created inside the envelope 5. In practice, the pressure in this envelope is of the order of Pascal. The casing 1 is welded to the casing 2 by intimate fusion of the glasses of the casing 1 and of the casing 2 or by sealing using a glass-glass glue or any other material used in the technique of empty. An enclosure 4 is thus created in which the vacuum is also produced.
Lfenveloppe 2 dans sa partie 21, appelée évaporateur, est recouverte d'une couche absorbante 3, constituée elle-même d'une couche d'un composé verre-métal et d'au moins une couche d'oxyde de ce métal formant l'absorbant proprement dit. The envelope 2 in its part 21, called the evaporator, is covered with an absorbent layer 3, itself consisting of a layer of a glass-metal compound and at least one layer of oxide of this metal forming the absorbent proper.
La présence de verre dans le composé de la première couche supprime toutes difficultés d'adhérence sur l'enveloppe 2. D'autre part, le métal deuxième élément du composé verre-métal assure, d'une part, une bonne conductivité thermique et, d'autre part, permet une oxydation directe ou une soudure sur métal, ou encore un dépôt de métal sur le composé verre-métal par électrolyse. The presence of glass in the compound of the first layer eliminates all adhesion difficulties on the envelope 2. On the other hand, the metal, second element of the glass-metal compound, ensures, on the one hand, good thermal conductivity and, on the other hand, allows direct oxidation or welding on metal, or even a deposit of metal on the glass-metal compound by electrolysis.
Comme il a été rappelé, l'enveloppe 2 contient un liquide imprégnant un système capillaire 6 en forme de "doigt de gant" placé contre la paroi interne de l'enveloppe, constitué par exemple par une toile ou des fils, en fibre naturelle ou artificielle. As has been recalled, the envelope 2 contains a liquid impregnating a capillary system 6 in the form of a "thermowell" placed against the internal wall of the envelope, constituted for example by a canvas or threads, of natural fiber or artificial.
Pour certaines applications, d'autres structures et notamment la structure illustrée par la figure 2 sont préférées. Le collecteur d'énergie solaire comprend comme précédemment décrit une enveloppe externe en verre i et une enveloppe interne 2, également en verre 8, entre lesquelles un vide de l'ordre de Pascal a été créé. Un liquide à échauffer circule dans une conduite métallique en forme d'épingle à cheveux ou de "U', à deux branches 31-32, placée à l'intérieur de l'enveloppe 1 et dans la partie de cette enveloppe soumise au rayonnement solaire, c'est à dire à celle correspondant à la partie 21 du collecteur de la figure 1. Sur la figure 2, la circulation du liquide est symbolisée par les flèches 35 et 36. Le fluide peut être par exemple de l'eau.Selon cette structure, les moyens absorbants l'énergie solaire sont constitués par une mince feuille de cuivre 30, légèrement élastique et placée à-l'intérieur de lten- veloppe 2 en contact avec la paroi interne de cette enveloppe. For certain applications, other structures and in particular the structure illustrated in FIG. 2 are preferred. The solar energy collector comprises, as previously described, an external glass envelope i and an internal envelope 2, also made of glass 8, between which a vacuum of the order of Pascal has been created. A liquid to be heated circulates in a metal pipe in the shape of a hairpin or "U ', with two branches 31-32, placed inside the envelope 1 and in the part of this envelope subjected to solar radiation. , that is to say that corresponding to the part 21 of the collector of FIG. 1. In FIG. 2, the circulation of the liquid is symbolized by the arrows 35 and 36. The fluid can be for example water. this structure, the solar energy absorbing means consist of a thin copper sheet 30, slightly elastic and placed inside the lens 2 in contact with the internal wall of this envelope.
La conduite dans laquelle circule le fluide à échauffer, c'est à dire le fluide caloporteur, est maintenu par soudure 33 selon une génératrice 34. Le drainage de la chaleur n'est pas optimum, ce du en grande partie au contact thermique non homogène entre la feuille de cuivre 30 et la paroi 2.The pipe in which the fluid to be heated circulates, that is to say the heat transfer fluid, is maintained by welding 33 according to a generator 34. The heat drainage is not optimum, this largely due to non-homogeneous thermal contact between the copper foil 30 and the wall 2.
La présente addition propose, tout en conservant les avantages de la demande de brevet principal, d'améliorer le drainage de l'énergie solaire collectée et d'assurer une homogénéité en température à l'intérieur de l'enveloppe 2. The present addition proposes, while retaining the advantages of the main patent application, to improve the drainage of the collected solar energy and to ensure temperature uniformity inside the envelope 2.
L'invention va être exposée en relation avec les figures 3 à 5. The invention will be explained in relation to FIGS. 3 to 5.
Le collecteur illustré sur la figure 3 conserve la structure générale du collecteur de la figure 2. The collector illustrated in FIG. 3 retains the general structure of the collector in FIG. 2.
Les moyens absorbant l'énergie solaire sont constitués, comme dans la demande de brevet principal, par une couche de composé verre-métal et au moins une couche d'oxyde de ce métal, l'ensemble sous la référence 3. Selon la caractéristique principale de la présente addition, une couche de composé verre-métal 30' est également déposée sur la paroi interne de l'enveloppe 2. The means absorbing solar energy consist, as in the main patent application, of a layer of glass-metal compound and at least one layer of oxide of this metal, the whole under the reference 3. According to the main characteristic of the present addition, a layer of glass-metal compound 30 ′ is also deposited on the internal wall of the casing 2.
Du fait de la haute conductivité thermique (le composé verremétal selon la demande de brevet principal comporte un pourcentage de métal compris dans la gamme 70 à 95%), cette couche 30' homogénise la température à l'intérieur de l'enveloppe 2 et d'autre part permet une soudure directe de l'une des branches de la conduite en épingle à cheveux 31 sur la couche 30'. Le drainage de l'énergie solaire collectée par les moyens absorbant est ainsi réalisé dans de très bonnes conditions.Due to the high thermal conductivity (the glass compound according to the main patent application comprises a percentage of metal in the range 70 to 95%), this layer 30 ′ homogenizes the temperature inside the envelope 2 and d 'other hand allows direct welding of one of the branches of the hairpin pipe 31 on the layer 30'. The drainage of the solar energy collected by the absorbing means is thus carried out under very good conditions.
Les figures 4 et 5 sont les vues en coupe, respectivement transversale et longitudinale, du collecteur de la figure 3. FIGS. 4 and 5 are the sectional views, respectively transverse and longitudinal, of the collector of FIG. 3.
Le procédé de fabrication d'un collecteur d'énergie solaire selon la présente addition va maintenant être décrit avec plus de détails. Ce procédé comoorte toutes les étapes du procédé de fabrication décrit dans la demande de brevet principal et qui ne seront pas rappelées. Il est procédé en outre à deux à deux étapes supplémentaires : le dépôt sur la paroi interne de l'enveloppe 2 -d'une couche du composé verre-métal et l'opé- ration consistant à souder la conduite a deux branches,en U : 31 - 32 sur ce dépôt. Le dépôt de la couche verre-métal 30' se fait simultanément avec le dépôt de la couche support de l'absorbant d'énergie solaire sur la face externe de l'enveloppe 2. La soudure de la conduite métallique 31-32 se fait avant l'étape d'oxydation.Pour ce faire on peut déposer dans l'enveloppe interne de la soudure et en maintenant la conduite en en contact avec la paroi de la couche 30', chauffer jusqu'à fusion. The process for manufacturing a solar collector according to the present addition will now be described in more detail. This process combines all the stages of the manufacturing process described in the main patent application and which will not be repeated. Two or two additional steps are also carried out: the deposition on the inner wall of the casing 2 of a layer of the glass-metal compound and the operation consisting in welding the pipe to two branches, in a U : 31 - 32 on this deposit. The deposition of the glass-metal layer 30 ′ takes place simultaneously with the deposition of the support layer of the solar energy absorbent on the external face of the casing 2. The welding of the metal pipe 31-32 takes place before the oxidation step. To do this, one can deposit in the internal envelope of the weld and keeping the pipe in contact with the wall of the layer 30 ', heat until fusion.
Il est rappelé que le composé verre-métal est obtenu en mélangeant de la poudre de cuivre très fine (ou de l'oxyde de cuivre en poudre réduit) avec de la poudre de verre. Les grains de cuivre doivent avoir une grosseur maximale de l'ordre de quelques centièmes de micron ; les grains de verre d'une grosseur de l'ordre de quelques centièmes de micron à quelques microns. It is recalled that the glass-metal compound is obtained by mixing very fine copper powder (or reduced-reduced copper oxide powder) with glass powder. The copper grains must have a maximum size of the order of a few hundredths of a micron; glass grains with a size of the order of a few hundredths of a micron to a few microns.
Le mélange se fait dans un pourcentage de 70 à 95% pour le métal et corrélativement de 30 à 5% pour le verre. Le verre est choisi parmi ceux ayant un point de ramollissement compris entre 550 et 7000C. La température atteinte par le collecteur d'énergie solaire en fonctionnement reste en dessous de ces valeurs. Elle est de l'ordre de 3500C. Le mélange ainsi obtenu est mis en suspension dans un liant organique. Ce peut etre par exemple du latex dissous dans du dichloroéthane.The mixing takes place in a percentage of 70 to 95% for the metal and correspondingly from 30 to 5% for the glass. The glass is chosen from those having a softening point between 550 and 7000C. The temperature reached by the solar energy collector in operation remains below these values. It is around 3500C. The mixture thus obtained is suspended in an organic binder. It may for example be latex dissolved in dichloroethane.
Plus spécifiquement, pour le dépôt sur la paroi interne de l'enveloppe 2, l'application peut se faire par mouillage. More specifically, for the deposition on the internal wall of the envelope 2, the application can be made by wetting.
(utilisation de l'effet de capillarité). Cette étape est illustrée schématiquement par la figure 6.(use of the capillary effect). This step is illustrated schematically in FIG. 6.
La présente addition n'est pas limitée à la seule structure qui vient d'être décrite au regard des figures 3 à 5, et notamment à la forme particulière de la conduite caloporteuse. Cette conduite peut avoir toute forme appropriée et, par exemple non limitatif, la forme d'un serpentin placé à l'int-érieur de l'en- veloppe 2. Enfin, les moyens absorbants l'énergie soliare, symbolisés par le revêtement 3, peuvent être réalisés selon l'une quelconque des variantes décrites dans la demande de brevet principal. The present addition is not limited to the only structure which has just been described with regard to FIGS. 3 to 5, and in particular to the particular shape of the heat transfer pipe. This pipe can have any suitable shape and, for example not limiting, the shape of a coil placed inside the envelope 2. Finally, the means absorbing the solar energy, symbolized by the coating 3 , can be made according to any of the variants described in the main patent application.
Claims (6)
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