FR2463902A1 - Solar heat collector - has plate in portions each with holes having flanged edges in which pipes fit - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un collecteur d'énergie solaire comprenant un absorbeur de chaleur solaire consistant en une feuille de métal et en une tuyauterie, de preférence en métal, . en contact de conduction calorifique avec la feuille de métal. On fait circuler un réfrigérant dans la tuyauterie, lorsque le collecteur solaire et son absorbeur sont soumis à la lumière solaire, pour que le réfrigérant recueille la chaleur solaire qui est absorbée par la feuille de métal. The present invention relates to a solar energy collector comprising a solar heat absorber consisting of a metal sheet and a pipe, preferably metal,. in heat conduction contact with the metal sheet. A refrigerant is circulated in the piping, when the solar collector and its absorber are subjected to sunlight, so that the refrigerant collects the solar heat which is absorbed by the metal sheet.
On sait comment réaliser un absorbeur de collecteur solaire en reliant par soudage une tuyauterie de cuivre et une feuille de cuivre, et en déterminant de préférence un joint métallurgique entre la tuyauterie et la feuille. La chaleur solaire qui est absorbée par la feuille circule par le joint vers la tuyauterie et il en résulte que le réfrigérant qui circule dans la tuyauterie est chauffé. Cependant, la zone de jonction est relativement petite et la conduction calorifique n'est pas très efficace. On sait réaliser des rainures dans la feuille pour augmenter la surface de la jonction entre la tuyauterie et la feuille, mais ceci n'apporte pas unewamélioration sensible du transfert de chaleur, et il est de plus coûteux de conformer la feuille pour y réaliser des rainures de précision. We know how to make a solar collector absorber by welding a copper pipe and a copper sheet, and preferably determining a metallurgical joint between the pipe and the sheet. The solar heat which is absorbed by the sheet circulates through the joint towards the piping and as a result the refrigerant which circulates in the piping is heated. However, the junction area is relatively small and the heat conduction is not very effective. It is known to make grooves in the sheet to increase the surface of the junction between the piping and the sheet, but this does not bring a marked improvement in heat transfer, and it is more expensive to conform the sheet to make grooves therein. precision.
C'est pourquoi le but de la présente invention est de réaliser de façon économique un absorbeur de chaleur solaire à partir d'une feuille et d'une tuyauterie de métal, l'absorbeur ayant une conduction calorifique améliorée entre la feuille et la tuyauterie. Un autre but de l'invention est d'améliorer les joints entre la feuille et la tuyauterie, aussi bien en ce qui concerne la surface des joints que la qualité du contact de ces joints. This is why the object of the present invention is to economically produce a solar heat absorber from a sheet and a metal pipe, the absorber having an improved heat conduction between the sheet and the pipe. Another object of the invention is to improve the joints between the sheet and the piping, as regards both the surface of the joints and the quality of the contact of these joints.
I1 a été constaté, dans le cadre de la présente invention, que la feuille de l'absorbeur peut être avantageusement subdivisée en une série de plaques. Ces plaques sont pourvues de trous à collerette en même nombre que le nombre de tubes de l'absorbeur. Les tubes sont introduits à force dans les trous pour déterminer un contact thermique satisfaisant entre les tubes et les collerettes et pour maintenir les plaques assemblées les unes aux autres, en ayant éventuellement recours à des organes d'espacement entre les plaques. De préférence, les plaques sont pourvues d'une couche absorbant la chaleur solaire. Ainsi, l'absorption de la chaleur solaire par l'absorbeur est efficace même quand l'angle d'incidence des radiations solaires venant frapper la plaque est important.La chaleur solaire absorbée par les plaques est transférée aux tubes et au réfrigérant de façon étonnamment facile par l'intermédiaire des collerettes des trous, à condition que le contact thermique entre les parois des tubes et les collerettes des trous des plaques soit satisfaisant. I1 has been found, in the context of the present invention, that the absorber sheet can be advantageously subdivided into a series of plates. These plates are provided with flange holes in the same number as the number of tubes of the absorber. The tubes are forced into the holes to determine satisfactory thermal contact between the tubes and the flanges and to keep the plates assembled to each other, possibly using spacers between the plates. Preferably, the plates are provided with a layer absorbing solar heat. Thus, the absorption of solar heat by the absorber is effective even when the angle of incidence of solar radiation coming to strike the plate is large. The solar heat absorbed by the plates is transferred to the tubes and to the refrigerant in a surprising way easy by means of the hole flanges, provided that the thermal contact between the tube walls and the plate hole flanges is satisfactory.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, chaque plaque est courbée selon un certain angle et forme ainsi deux ou plusieurs parties continues. Une première partie de la plaque est prévue pour absorber la chaleur solaire et la seconde partie est munie desdits trous à collerette. Quand les tubes ont été Introduits à force dans les trous à collerette, le résultat étant que les plaques sont maintenues assemblées les unes aux autres, lesdites premières parties des plaques forment au moins une surface d'absorption de la chaleur solaire dans l'ensemble continue, et il n'est pas besoin de prévoir des dispositifs d'écartement entre les plaques. La chaleur solaire absorbée par lesdites premières parties des plaques circule par l'intermédiaire desdites secondes parties des plaques vers les collerettes, les tubes, et finalement le réfrigérant. In a preferred embodiment of the invention, each plate is curved at a certain angle and thus forms two or more continuous parts. A first part of the plate is provided for absorbing solar heat and the second part is provided with said flanged holes. When the tubes have been forced into the flange holes, the result being that the plates are kept assembled to each other, said first parts of the plates form at least one surface for absorbing solar heat in the continuous assembly , and there is no need to provide spacers between the plates. The solar heat absorbed by said first parts of the plates circulates via said second parts of the plates towards the flanges, the tubes, and finally the refrigerant.
Un contact particulièrement satisfaisant entre les tubes et les collerettes des trous est obtenu en introduisant à force des billes métalliques dans les tubes, ce qui dilate les tubes lorsqu'ils ont été eux-mêmes introduits à force dans les trous des plaques. Un contact thermique satisfaisant peut également être obtenu en appliquant une pâte ou un métal de soudure thermiquement conducteur entre les tubes et les collerettes. On peut également utiliser à la fois des billes métalliques pour dilater les tubes et une pâte thermiquement conductrice ou un métal de soudure. A particularly satisfactory contact between the tubes and the flanges of the holes is obtained by forcing metal balls into the tubes, which expands the tubes when they have themselves been forced into the holes in the plates. Satisfactory thermal contact can also be obtained by applying a thermally conductive solder paste or metal between the tubes and the flanges. It is also possible to use both metal balls to expand the tubes and a thermally conductive paste or a weld metal.
Le collecteur solaire, dont l'absorbeur solaire forme une partie, peut être conçu, pour le reste, d'une manière courante, avec une plaque de base, un châssis, une couche d'un matériau isolant placé sur la plaque de base et sur laquelle l'absorbeur est placé, de même qu'une plaque de recouvrement. The solar collector, of which the solar absorber forms a part, can be designed, for the rest, in a common manner, with a base plate, a frame, a layer of insulating material placed on the base plate and on which the absorber is placed, as well as a cover plate.
Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins certaines des plaques de métal de l'absorbeur sont utilisées comme moyens de fixation au châssis. According to one embodiment of the invention, at least some of the metal plates of the absorber are used as means of fixing to the chassis.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les deux plaques externes de l'absorbeur sont prévues pour déterminer les joints terminaux du collecteur solaire. According to another embodiment of the invention, the two external plates of the absorber are provided for determining the terminal joints of the solar collector.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la plaque de base et le châssis du collecteur solaire sont constitués sous forme d'une plaque unique qui est recourbée pour la munir de rebords contre lesquels sont placés les rebords de la plaque de recouvrement. Une bande de scellement poreuse est avantageusement insérée entre les rebrods du châssis et de la plaque de recouvrement, de même qu'entre les joints terminaux et la plaque de recouvrement. I1 est également avantageux de placer un matériau de remplissage isolant thermiquement entre l'absorbeur et le cadre. According to a particular embodiment of the invention, the base plate and the chassis of the solar collector are formed in the form of a single plate which is curved to provide it with flanges against which the flanges of the cover plate are placed. A porous sealing strip is advantageously inserted between the rebrods of the chassis and of the cover plate, as well as between the end joints and the cover plate. It is also advantageous to place a thermally insulating filling material between the absorber and the frame.
L'absorbeur solaire peut devenir très chaud et atteindre une température de plusieurs centaines de degrés, et en conséquence, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, on dispose des éléments d'espacement réalisés en une matière plastique résistant à la chaleur, telle que du téflon, entre les tubes de l'absorbeur dans lesquels circule le réfrigérant, et les tubes auxquels les tubes de l'absorbeur sont reliés et qui sont prévus pour faire parvenir le réfrigérant à l'absorbeur et l'en faire revenir, tels que des tubes en un chlorure de polyvinyle économique mais sensible à la chaleur. The solar absorber can become very hot and reach a temperature of several hundred degrees, and consequently, according to a particular embodiment of the invention, there are spacers made of a heat-resistant plastic, such as teflon, between the tubes of the absorber in which the refrigerant circulates, and the tubes to which the tubes of the absorber are connected and which are intended to send the refrigerant to the absorber and to make it return, such as tubes made of an economical but heat-sensitive polyvinyl chloride.
La présente invention concerne également un procéde d'utilisation du collecteur solaire de l'invention. Un groupe de collecteurs solaires selon l'invention est soumis à la lumière solaire et un réfrigérant est pompé dans le groupe de même que dans un ou plusieurs radiateurs. On fait circuler l'air de l'extérieur contre les radiateurs. La température de l'air extérieur est élevée d'environ 7 à 120C. Ceci amène son humidité à diminuer de façon marquée. L'air est ensuite amené en contact avec un matériau, tel que de l'herbe humide, pour le sécher. The present invention also relates to a method of using the solar collector of the invention. A group of solar collectors according to the invention is subjected to sunlight and a refrigerant is pumped in the group as well as in one or more radiators. Air is circulated from outside against the radiators. The outside air temperature is raised from around 7 to 120C. This causes its humidity to decrease markedly. The air is then brought into contact with a material, such as wet grass, to dry it.
Dans ce qui suit, on décrira plus en détail quelques modes de réalisation de la présente invention, avec référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 représente en coupe, et dans une certaine mesure schématiquement, en particulier en ce qui concerne les proportions, une section horizontale d'un absorbeur solaire selon l'invention,
- la figure 2 est une coupe verticale d'une partie terminale d'un collecteur solaire pourvu d'un absorbeur en plaque selon la figure 1,
- la figure 3 représente un élément d'espacement en une matière résistant à la chaleur, disposé entre un tube de l'absorbeur de la figure 1 et de la figure 2 et un tube d'alimentation ou d'évacuation du réfrigérant,
- la figure 4 montre comment un groupe de collecteurs solaires selon la figure 2 est utilisé pour sécher de l'herbe humide, à l'aide de la lumière solaire et de l'air extérieur,
- la figure 5 montre comment les plaques en feuille d'un absorbeur de chaleur solaire sont recourbées sous un certain angle selon l'invention et comment on produit une surface d'absorbeur sensiblement continue,
- la figure 6 montre comment s'effectue la conduction thermique entre une plaque de l'absorbeur et un tube de l'absorbeur selon la figure 5,
- la figure 7 est une vue en plan d'un absorbeur pourvu de plaques recourbées selon un certain angle,
- la figure 8 représente une plaque de l'absorbeur telle que prévue pour constituer un joint terminal d'un collecteur solaire et comprenant des trous destinés aux tubes de l'absorbeur,
- la figure 9 est une vue en perspective d'un collecteur solaire, dont on a retiré le joint terminal,
- la figure 10 montre comment une bande isolante a été insérée entre la plaque de recouvrement d'un collecteur solaire et l'un de ses joints terminaux,
- et la figure 11 est une coupe transversale d'un collecteur solaire comprenant un absorbeur en plaque selon l'invention, une plaque de base, un matériau isolant, un matériau isolant de remplissage et une bande poreuse d'isolation entre une plaque de recouvrement et l'absorbeur.In the following, some embodiments of the present invention will be described in more detail, with reference to the accompanying drawings in which
FIG. 1 represents in section, and to a certain extent schematically, in particular as regards the proportions, a horizontal section of a solar absorber according to the invention,
FIG. 2 is a vertical section of an end part of a solar collector provided with a plate absorber according to FIG. 1,
FIG. 3 represents a spacer in a heat-resistant material, placed between a tube of the absorber of FIG. 1 and of FIG. 2 and a tube for feeding or discharging the refrigerant,
- Figure 4 shows how a group of solar collectors according to Figure 2 is used to dry wet grass, using sunlight and outside air,
FIG. 5 shows how the sheet plates of a solar heat absorber are bent at a certain angle according to the invention and how a substantially continuous absorber surface is produced,
FIG. 6 shows how the thermal conduction takes place between a plate of the absorber and a tube of the absorber according to FIG. 5,
FIG. 7 is a plan view of an absorber provided with plates bent at a certain angle,
FIG. 8 represents a plate of the absorber as intended to constitute an end seal of a solar collector and comprising holes intended for the tubes of the absorber,
FIG. 9 is a perspective view of a solar collector, from which the terminal seal has been removed,
- Figure 10 shows how an insulating strip was inserted between the cover plate of a solar collector and one of its end joints,
- And Figure 11 is a cross section of a solar collector comprising a plate absorber according to the invention, a base plate, an insulating material, an insulating filling material and a porous strip of insulation between a cover plate and the absorber.
La figure 1 représente schématiquement et en coupe horizontale un absorbeur de chaleur solaire selon l'invention. Figure 1 shows schematically and in horizontal section a solar heat absorber according to the invention.
Les plaques de métal sont pourvues de trous entourés par des collerettes 2. Les tubes 3 sont introduits à force dans les trous à collerette, et des éléments d'espacement ayant la forme de manchons 4 disposés autour des tubes 3 ont été placés entre les plaques 1 pour maintenir l'ensemble représenté sur la figure. Les flèches indiquent la direction du parcours du réfrigérant dans les tubes 3. Grâce aux joints se présentant sous la forme d'une coquille cylindrique entre les collerettes et les tubes, la surface de contact totale est étonnamment importante. De plus, dans le cas où des billes sont introduites à force dans les tubes 3 pour les dilater et améliorer le contact avec les collerettes, la conduction calorifique entre les collerettes 2 et les tubes est exceptionnellement bonne.The metal plates are provided with holes surrounded by flanges 2. The tubes 3 are forced into the flange holes, and spacers in the form of sleeves 4 arranged around the tubes 3 have been placed between the plates 1 to maintain the assembly shown in the figure. The arrows indicate the direction of the coolant path in the tubes 3. Thanks to the joints in the form of a cylindrical shell between the flanges and the tubes, the total contact surface is surprisingly large. In addition, in the case where balls are forced into the tubes 3 to expand them and improve contact with the flanges, the heat conduction between the flanges 2 and the tubes is exceptionally good.
La figure 2 est une coupe transversale d'une section terminale d'un collecteur solaire comprenant un absorbeur en plaque du type illustré par la figure 1. Le collecteur solaire est constitué par une plaque de base 11, un matériau isolant 12 placé sur la plaque de base, un châssis 13 et une plaque de recouvrement transparente 14. Les tubes 3 sont fixés au châssis 13 (d'une façon non représentée). Les plaques absorbantes 1 supportent la plaque de recouvrement 14 et maintiennent le matériau isolant 12 en place.A condition que le collecteur solaire, quand il est utilisé, soit tourné dans une direction telle que les plaques 1 soient orientées vers le sud, une mauvaise absorption de la chaleur solaire n'aura lieu que pendant 10 minutes avant midi et 10 minutes après midi, ce qui peut être considéré comme négligeable du fait des qualités excellentes de l'absorbeur en ce qui concerne le reste. Figure 2 is a cross section of an end section of a solar collector comprising a plate absorber of the type illustrated in Figure 1. The solar collector consists of a base plate 11, an insulating material 12 placed on the plate base, a frame 13 and a transparent cover plate 14. The tubes 3 are fixed to the frame 13 (in a manner not shown). The absorbent plates 1 support the cover plate 14 and hold the insulating material 12 in place. Provided that the solar collector, when it is used, is turned in a direction such that the plates 1 are oriented towards the south, poor absorption. solar heat will only take place for 10 minutes before noon and 10 minutes after noon, which can be considered negligible due to the excellent qualities of the absorber with regard to the rest.
L'absorbeur de chaleur solaire illustré sur les figures 1 et 2 peut devenir très chaud et atteindre par exemple la température de 3000C ; pour protéger un tube 21 destiné à l'amenée ou à l'évacuation du réfrigérant (figure 3) et réalisé par exemple en chlorure de polyvinyle, on dispose un matériau d'espacement 22 réalisé en une substance résistant à la chaleur, telle que du téflon, entre le tube 21 et le tube 3 à la manière indiquée sur la figure 3, en utilisant des bagues 23 et un matériau isolant 24, un filetage 25 du tube 3 de même qu'un écrou de blocage 26. The solar heat absorber illustrated in Figures 1 and 2 can become very hot and reach for example the temperature of 3000C; to protect a tube 21 intended for the supply or the evacuation of the refrigerant (FIG. 3) and produced for example from polyvinyl chloride, a spacer material 22 made of a heat-resistant substance, such as teflon, between the tube 21 and the tube 3 in the manner indicated in FIG. 3, using rings 23 and an insulating material 24, a thread 25 of the tube 3 as well as a locking nut 26.
La figure 4 montre comment un groupe de collecteurs solaires pourvus d'absorbeurs de chaleur solaire du type illustré sur les figures 1 à 3 sont utilisés pour sécher de l'herbe humide. Une pompe 32 fait circuler un réfrigérant dans les absorbeurs 31 du groupe, puis dans le radiateur 33 qui est chauffé. La température de l'air est élevée d'environ 7 à 120C, et il en résulte que l'air est asséché et peut être utilisé pour sécher de l'herbe, non représentée, au travers de laquelle il circule. Figure 4 shows how a group of solar collectors with solar heat absorbers of the type illustrated in Figures 1 to 3 are used to dry wet grass. A pump 32 circulates a refrigerant in the absorbers 31 of the group, then in the radiator 33 which is heated. The air temperature is raised from about 7 to 120C, and as a result the air is dried and can be used to dry grass, not shown, through which it flows.
La figure 5 montre comment des plaques 41 qui ont été montées sur le tube à réfrigérant 43 selon l'invention ont été courbées selon un certain angle, et comment des surfaces distinctes 45 d'absorption de la chaleur solaire ont été ainsi obtenues. Toutes les surfaces d'absorption 45 de la chaleur solaire des plaques forment une surface d'absorption de la chaleur solaire sensiblement continue. Cependant, certaines des plaques 46 ne doivent pas être courbées et servent de moyens de renforcement pour la plaque de recouvrement du collecteur solaire (non représentée). Figure 5 shows how plates 41 which were mounted on the refrigerant tube 43 according to the invention were bent at an angle, and how separate surfaces 45 for absorbing solar heat were thus obtained. All the solar heat absorption surfaces 45 of the plates form a substantially continuous solar heat absorption surface. However, some of the plates 46 should not be bent and serve as reinforcing means for the cover plate of the solar collector (not shown).
La figure 6 représente l'une des plaques recourbées 41 de la figure 5, pourvue d'un rebord ou d'une collerette 42 entourant un tube 43. Le parcours de la chaleur solaire qui est absorbée par la surface 45 de la plaque et qui parvient au réfrigérant est indiqué par les flèches. FIG. 6 represents one of the curved plates 41 of FIG. 5, provided with a flange or a collar 42 surrounding a tube 43. The path of the solar heat which is absorbed by the surface 45 of the plate and which arrives at the refrigerant is indicated by the arrows.
La figure 7 est une vue en plan d'un absorbeur de chaleur solaire comprenant des plaques 41 qui sont recourbées selon un certain angle selon l'invention (non représenté) et comprennent des surfaces d'absorption de la chaleur solaire 45. Le réfrigérant passe par les tubes 43 reliés en parallèle. FIG. 7 is a plan view of a solar heat absorber comprising plates 41 which are bent at an angle according to the invention (not shown) and include surfaces for absorbing solar heat 45. The refrigerant passes by the tubes 43 connected in parallel.
La figure 8 représente une plaque de métal 51 prévue pour constituer un joint terminal avec les tubes à réfrigérant 53 et les collerettes 52 qui les entourent. FIG. 8 represents a metal plate 51 intended to constitute an end seal with the refrigerant tubes 53 and the flanges 52 which surround them.
La figure 9 est une vue en perspective d'un collecteur solaire dont le joint terminal a été retiré. La plaque 1 la plus externe de l'absorbeur et les tubes 3 sont visibles. La plaque de base 6 a la forme d'une boîte comprenant des parois 6b et des rebords 6c auxquels ont été adaptées les plaques 1 (dont seule celle qui est le plus à l'extérieur est repré sentée). Figure 9 is a perspective view of a solar collector from which the end seal has been removed. The outermost plate 1 of the absorber and the tubes 3 are visible. The base plate 6 has the shape of a box comprising walls 6b and flanges 6c to which the plates 1 have been adapted (of which only the one which is furthest outside is shown).
La figure 10 représente le joint terminal 51 de la figure 8 installé dans le collecteur solaire, une bande iso- lante 8 étant insérée entre le joint terminal et la plaque de recouvrement 7. FIG. 10 represents the end seal 51 of FIG. 8 installed in the solar collector, an insulating strip 8 being inserted between the end seal and the cover plate 7.
La figure 11 est une coupe verticale d'un collecteur solaire selon l'invention, comprenant des plaques d'absorbeur 61, une plaque de base 66a, un rebord de châssis 66b, un matériau isolant 69a, un matériau isolant de remplissage 69b et une bande de recouvrement isolante 69c de même qu'une plaque de recouvrement 67. FIG. 11 is a vertical section of a solar collector according to the invention, comprising absorber plates 61, a base plate 66a, a frame flange 66b, an insulating material 69a, an insulating filling material 69b and a insulating cover strip 69c as well as a cover plate 67.
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Cited By (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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ST | Notification of lapse |