FR2472727A1 - Capteur d'energie solaire en verre et a double paroi - Google Patents

Capteur d'energie solaire en verre et a double paroi Download PDF

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Rodney Victor White
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Owens Illinois Inc
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Abstract

LE CAPTEUR SOLAIRE SELON LA PRESENTE INVENTION COMPREND DEUX TUBES EN VERRE 11, 12 DISPOSES CONCENTRIQUEMENT ET SCELLES L'UN A L'AUTRE A LEURS EXTREMITES DE MANIERE A FORMER UNE STRUCTURE A DOUBLE PAROI, L'ESPACE ANNULAIRE 13 ENTRE LE TUBE INTERIEUR 11 ET LE TUBE EXTERIEUR 12 ETANT MIS SOUS VIDE. UN FLUIDE CALOPORTEUR TRAVERSE LE TUBE INTERIEUR. POUR ABSORBER LES DIFFERENCES DE DILATATION ENTRE LE TUBE INTERIEUR ET LE TUBE EXTERIEUR, AU MOINS UNE SECTION DU TUBE INTERIEUR EST DEFORMEE RADIALEMENT VERS L'INTERIEUR DE MANIERE A PRESENTER UNE CONFIGURATION EN SOUFLLET OU EN ACCORDEON.

Description

247272?7
Capteur d'énergie solaire en verre et à double paroi.
La prise de conscience récente que le monde est en
train de consommer rapidement ses réserves de carburant fossi-
le est à la source d'une grande activité de mises au point et de rechercheSorientéesvers le captage de l'énergie du soleil et la conversion de cette énergie sous une forme susceptible
de contribuer à réduire notre dépendance vis-à-vis des com-
bustibles fossiles en tant que source d'énergie principale.
Beaucoup de dispositifs proposés comprennent des tubes en verreet, en particulier, des tubes en verre qui absorbent l'énergie et qui comportent une paroi double sont décritsdans
de nombreux brevets de la technique antérieure. Dans ce dis-
positif décrit, deux tubes en verre sont disposés concentri-
quement mais en étant espacés radialement l'un par rapport à l'autre et les parties d'extrémité axiales sont scellées de
manière que l'espace annulaire entre les tubes en verre inté-
rieur et extérieur puisse être mis sous vide. Un revêtement
absorbant l'énergie est ensuite appliqué sur la surface exté-
rieure du tube en verre située la plus à l'intérieur et ce revêtement sert à concentrer la majeure partie de l'énergie tombant sur le tube extérieur en verre à l'intérieur du tube intérieur en verre, cette énergie pouvant être transformée à des fins utilitaires par le passage d'un fluide caloporteur approprié à travers le conduit central du tube intérieur en
verre.
Les brevets U.S. n 980 505, 1 946 184 et 2 141i 330 concernent particulièrement ces dispositifs. Bien que tous ces brevets antérieurs reconnaissent les avantages, en tant qu'absorbeur de chaleur efficace, d'un tube en verre à double paroi dont l'espace annulaire est mis sous vide, ils reconnaissent également le fait que le chauffage inhérent du tube intérieur de la structure de tube à double paroi se traduit par une dilatation thermique inégale du tube intérieur en verre
par rapport au tube extérieur en verre. Par conséquent, on a pro-
posé quedes Joints ou sections du type en soufflet ou en accordéon soient incorporés au tube intérieur en verre afin
de constituer un moyen pour absorber automatiquement une diffé-
rence de dilatation. Toutefois, toutes les tentatives de la
247Z727
technique antérieure pour incorporer une eonfiguratlo ena soufflet ou en accordéon au tube intérieur en verre se sont
traduites par une réduction de la résistance du tube Inté-
rieur ainsi que par une réduction du diamètre utile du tube intérieur en verre de sorte que, du fait que le tube inté- rieur constitue l'élément principal absorbant la chaleur,
le rendement d'absorptiîn de chaleur solaire du tube résul-
tant à double paroisse trouve diminué en conséquence.
C'est pourquoi'un objet de la présente invention est de procurer un capteur d!énergie solaire perfectionné se présentant sous la forme d'une enveloppe en verre à double paroi/ctomprenant un tube intérieur qui est revêtu par iune mzlère absorbant l'énergie solaire et qui est entouré par un espace mis sous vide, les différences de dilatation thermique entre le tube intérieur en verre et le tube extérieur en verre de la structure à double paroi scellée étant absorbipar ne section en soufflet ou en accordéon qui est formLde faon intégrée dans le tube intérieur et qui a une configuration ni unique qui n'entratne/une réduction de la résistance phylmque ni du diamètre utile du tube intérieur absorbeur d'éinerte solaire.
Dans la présente invention, on forme une confl-
guration en soufflet ou en accordéon dans la paroi du tube intérieur en verre d'une cellule d'absorption de chaleur en
verre à double paroi en déformant vers l'intérieur une Ion-
gueur axiale limitée du tube intérieur en verre de manèire à obtenir une série de configuration courbes rentrantes. la forme en soufflet ou en accordéon du tube permettant de compenser toute dilatation différentielle du tube Intriemur en verre par rapport au tube extérieur en verre avee lequel
il fait corps sans toutefois réduire en aucune façon le da-
mètre utile ou la résistance physique de ce tube intéremmr
en verre.
Il est en outre envisagé dans la présente lnven-
tion de former une extrémité évasée vers l'extérieur à chaque -
extrémité du tube à double paroi de manière à permettre,un raccordement de ces tubes les uns avec les autres ou avec un
conduit de fluide dans une disposition mutuelle alignée axia-
lement, cela grâce à l'utilisation d'un manchon élastomère
entourant les parties adjacentes qui sont évasées vers l'ex-
térieur et que comportent les tubes à double paroi, ce manchon étant bloqué en contact d'étanchéité avec ces tubes à l'aide d'un type quelconque de collier classique. En prévoyant une bride de fixation intégrée sur le collier de blocage qui peut coulisser par rapport à un rail de support, on peut aussi utiliser les colliers de blocage pour supporter un réseau assemblé de tubes d'absorption d'énergie solaire à double
paroi comprenant la présente invention.
On va maintenant décrire la présente invention en se référant auxdessirsannexés sur lesquel: la figure 1 est une vue en coupe de deux parties axiales adjacentes de deux cellules en verre à double paroi pour absorption d'énergie solaire réalisées selon la présente invention et raccordées par un système de blocage conforme à la présente invention; la figure 2 est une vue en perspective à échelle réduite montrant la façon suivant laquelle les tubes à double paroi de la figure 1 peuvent être montés sur une paire de rails de support;
la figure 3 est une vue en perspective d'une ins-
tallation de tubes absorbeurs d'énergie solaire selon la pré-
sente invention, les tubes étant placés suivant une disposi-
tion horizontale sur la surface inclinée d'un toit; et la figure 4 est une vue similaire à la figure 3 mais montre les tubes placés suivant une disposition verticale
dans son ensemble par rapport à la surface inclinée d'un toit.
En se référant à la figure 1, on voit que la réfé-
rence 10 désigned'une façon générale,un tube absorbeur d'éner-
gie solaire à double paroi selon la présente invention. Le
tube 10 comprend un tube intérieur ll en verre disposé concen-
triquement à l'intérieur d'un tube extérieur transparent 12
en verre. La surface extérieure lla du tube intérieur est revê-
tu d'un des divers revêtements bien connus absorbeurs d'éner-
gie solaire qui, quand les radiations solaires tombent sur le tube extérieur transparent 12, absorbent ces radiations et retiennent sensiblement toute cette énergie dans les parois
et dans le tube intérieur 11. Un fluide de transfert de cha-
leur est normalement pompé à travers l'intérieur du tube 11 pour transférer l'énergie absorbée Jusqu'à un dispositif
de consommation d'énergie.
Comme il est classique, chaque extrémité axiale llb et 12b du tube intérieur 11 et du tube extérieur 12 sont fermées conjointement de façon étanche de n'importe quelle manière appropriée, par exemple par chauffage des parties
d'extrémité de ces tubes Jusqu'à ce qu'elles fondent et vien-
nent en contact mutuel et se soudent l'une à l'autre.
O10 Pendant ou après l'opération de fermeture étanchedes;extrémités, l'espace annulaire 13 délimité entre la surface extérieure lla du tube intérieur 11 et la surface intérieure 12a du tube extérieur 12 est raccordé à une pompe à vide fournissant un et
vide poussé/est évacué de manière classique Jusqu'à un ni-
veau de l'ordre de 2,66 x 10-5 mbars. Comme il est bien connu, l'espace annulaire évacué 13 assure une isolation du tube intérieur 11 et protège contre l'oxydation le revêtement
absorbeur d'énergie solaire.
Comme il est bien connu, le tube intérieur ll en verre est chauffé à une température sensib]ement plus élevée que celle à laquelle est chauffé le tube extérieur 12 par les radiations solaires incidentes. On peut facilement rencontrer des différences de température de l'ordre de 316 C. Du fait que le tube intérieur ll et le tube extértir 12 font corps
l'un avec l'autre par suite de la fermeture étanche des par-
ties d'extrémité axiales llb et 12b, il va de soi que des moyens de compensation doivent être prévus pour permettre au tube intérieur en verre de se dilater dans une mesure plus grande que le tube extérieur 12 en verre afin d'éviter une
rupture de la structure de tube à double paroi faisant corps.
Selon la présente invention, on déforme une lon-
gueur axiale du tube intérieur ll vers l'intérieur de manière qu'elle présente la configuration en accordéon ou en soufflet
illustréesur la figure 1. On chauffe essentiellement une lon-
gueur de la paroi du tube 11 Jusqu'au point de ramollissement puis on fait tourner le tube, on déplace vers l'intérieur des parties successives de la paroi chauffée en appliquant un outil approprié et on les comprime ensuite axialement de manière à délimiter une multiplicité de configurations courbes rentrantes lic. Les configurations lic pourraient également etre décrites comme étant essentiellement toriques. Le nombre de ces déformations est, bien entendu, fonction de la longueur du tube 10 à double paroi et de la difference de température prévue mais, normalement, 4 à 12 de ces déformations en accordéon llc sont présentes dans une longueur de 1,20 m de
tube 11.
On remarquera que l'épaisseur de la paroi des parties lile déformée vers l'intérieur reste essentiellement la même que l'épaisseur de la paroi du tube initial ll.E outre, alors que dans l'exemple particulier illustré sur le dessin, toutes les déformations en forme d'accordéon sont groupées en un point adjacent à une des extrémités axialesdu tube 11, il va de soi qu'elles peuvent se trouver n'importe o le long de la longueur du tube. On remarquera>en outre, que du fait de la configuration rentrante des parties lli déformées vers l'intérieur, le diamètre initial du tube ll est maintenu entre les déformation adjacentes. Le revêtement absorbeur d'énergie est>de ce fait>sensiblement continu. Il s'ensuit que la présence des déformations lli courbes et rentrantes vers l'intérieur ne nuit pas sensiblement aux caractéristiques
d'absorption d'énergie solaire de cette partie du tube 11.
Cette construction particulière du tube intérieur 11 diffère de la technique antérieure par le fait que toutes les déformations en accordéon 11 s'étendent vers l'intérieur
depuis le diamètre du tube intérieur 11. Ceci signifie néces-
sairement que le diamètre maximum du tube 11 est dicté uni-
quement par la largeur voulue pour l'espace annulaire évacué 13. Le rapport entre le diamètre extérieur du tube intérieur 11 et le diamètre intérieur du tube extérieur 12 ne doit pas
être inférieur à 85%. Par contre, dans les structures la tech-
nique antérieure, des dispositions en accordéon ou en soufflet étaient toujours obtenues par déformation vers l'extérieur et étaient généralement réalisées par une opération de soufflage
se traduisant par un amincissement des sections de parois.
De ce fait, non seulement le diamètre utile de la partie principale du tube intérieur en verre se trouvait réduit de façon importante mais, en même temps, la résistance physique
du tube intérieur en verre se trouvait réduite par l'incorpo-
ration de la configuration en accordéon ou en soufflet faisant
saillie vers l'extérieur.
Chaque foi$ que l'on désire utiliser les tubes à double paroi réalisés selon la présente invention dans un assemblage de tubes sur une surface exposée aux radiations solaires,par exemple la surface d'un trou orientée vers le sud, il est souhaitable que l'on puisse accoupler les tubes successifs rapidement et commodément d'une façon étanche les uns par rapport aux autres. On peut effectuer commodément cet accouplement à l'aide de l'appareil représenté sur la
figure 1. Par exemple, on dote, pendant l'opération de ferme-
ture étanche, les parties terminales scellées llb et 12bdes tubes intérieur et extérieur en verre d'un évasement 12c qui est dirigé vers l'extérieur. On entoure ensuite ces parties 12c évasées vers l'extérieur d'un anneau ou manchon 15 en matière élastomère qui comporte une nervure 15a faisant saillie vers l'intérieur et disposée entre les surfaces d'extrémité adjacente des tubes adjacents 10 pour qu'il
n'existe à coup sûr aucun contact physique entre les extré-
mités des tubes. Pour que le manchon élastomère 15 porte de façon étanche vis-à-vis des fluides contre les deux
tubes adjacents 10 à double paroi en en assurant le sup-
port mécanique, on le bloque ensuite à l'aide d'un collier métallique classique 20 de blocage comportant une vis 21 de blocage par serrage. Ce type de collier de blocage est utilisé communément dans le domaine de la plomberie et,
par conséquent, n'a pas été représenté de façon détaillée.
Le manchon élastomère 15 assure également une isolation
thermique aux extrémités des tubes 20.
Toutefois, le collier de blocage 20 peut être pourvu d'une paire intégrée de brides de fixation 22a et 22b espacées latéralement et s'étendant vers le bas. On peut ensuite monter commodément les brides 22a et 22b à n'importe quel endroit choisi sur un rail ou profilé de support 30 à profil en T inversé qui est fixé à un toit, ou une surface similaire, exposé aux radiations solaires. On peut choisir l'emplacement particulier du collier de blocage 20 par rapport au rail 30 à profil en T en faisant passer un axe de fixation 24 à travers les brides 22a et 22b et un trou (non représenté) ménagé dans la Jambe orientée vers le haut du rail 30 à
profil en T inversé.
En se référant maintenant aux figures 3 et 4, on voit que l'on y a représenté deux installations typiques de tubes d'absorption d'énergie solaire conformes à la présente invention. En se référant tout d'abord à la figure 3, on voit que les rails 30 sont montés dans une disposition généralement
verticale sur le toit incliné R d'une maison ou structure simi-
laire exposée aux radiations solaires. Dans cet exemple par-
ticulier, deux de ces rails 30 sont disposés parallèlement et supportent respectivement des colliers de blocage 20 qui enserrent les extrémités des tubes 10 à double paroi. Les
colliers de blocage 20 bloquent également un tube de raccorde-
ment 28 en forme de U sur les extrémités des tubes adjacents à double paroi, disposés horizontalement. Bien entendu, les extrémités du conduit continu de fluide ainsi défifni par l'assemblage sont raccordées respectivement aux extrémités d'entrée et de sortie d'un appareil de consommation d'énergie
(non représenté). Une sortie d'évacuation 27 peut être prévue.
L'homme de l'art comprendra que tous les raccor-
dements, comme par exemple les tubes 28 en forme de U, sont recouverts par une pièce moulée appropriée (non représentée)
en matière isolante.
En se référant maintenant à la figure 4, on voit que dans la configuration illustrée, les rails 30 sont montés dans une position horizontale sur la structure inclinée 40 de toit. Les tubes 10 sont dans une position générale verticale et sont raccordés mutuellement de façon successive par des
raccords 28 en forme de U à l'aide de colliers de blocage 20.
Pour assurer une évacuation de cette structure afin d'éviter
une congélation du fluide caloporteur, des robinets d'évacua-
tion 29 peuvent etre prévus sur la section médiane de chacune
des boucles de raccordement inférieures 28.
Il est bien entendu que la description qui précède
n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif
et que des variantes ou des modifications peuvent y être appor-
tées dans le cadre de la présente invention.
9 2472727

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Capteur d'énergie solaire comprenant, en combinaison, un tube extérieur tranparent (12) en verre, un tube intérieur (11) en verre disposé concentriquement dans ledit tube extérieur, un espace annulaire (13) étant formé entre la paroi extérieure du tube intérieur (11) et la paroi intérieure du tube extérieur (12), un moyen pour fermer de façon étanche ensemble, c'est-à-dire sceller l'une à l'autre, les extrémités axiales desdits tubes de manière à permettre la mise sous vide dudit espace annulaire (13), un moyen (12c, 15, 20) pour l'écoulement d'un fluide caloporteur à travers le tube intérieur (11) du verre, un revêtement absorbeur d'énergie solaire sur la paroi extérieure dudit tube intérieur (11) en verre, de manière à emprisonner ainsi l'énergie solaire tombant sur ledit tube extérieur (12) dans le fluide caloporteur et dans ledit tube intérieur (11) en verre, caractérisé par le fait que ledit tube intérieur (11) en verre est déformé vers l'intérieur au moins sur une partie axiale de sa longueur, de manière à former une section de dilatation (llc) en forme de soufflet ou d'accordéon pour absorber les différences de dilatation desdits tubes intérieur (11) et extérieur (12), ladite section (llc) en forme de soufflet ou d'accordéon ayant le même diamètre extérieur que ledit tube intérieur (11) et le diamètre extérieur du tube intérieur étant au moins égal à 85 % du diamètre intérieur du tube
extérieur (12).
2. Capteur d'énergie solaire suivant la revendication 1,
caractérisé par le fait que ladite partie déformée (llc) vers l'in-
térieur a une configuration courbée rentrante et que l'épaisseur de sa paroi est au moins égale à celle des parties non déformées
dudit tube intérieur (11) en verre.
3. Capteur d'énergie solaire du type comportant une paire de tubes (11, 12) en verre disposés concentriquement et scellés l'un à lautre à leurs extrémités axiales opposées (llb, 12b) de manière à former entre eux un espace annulaire (13) clos, ledit espace annulaire (13) étant mis sous vide élevé et la surface extérieure (lla) du tube intérieur (11) étant recouverte avec un revêtement absorbant l'énergie solaire pour emprisonner l'énergie solaire tombant sur le tube estérieur (12) dans ledit tube intérieur (11), caractérisé par le fait qu'au moins une partie axiale dudit to 2472727 tube intérieur est déformée vers l'intérieur (11) de manière à former une section de dilatation en forme de soufflet ou d'accordéon, chaque section précitée en forme de soufflet ou d'accordéon étant essentiellement torique avec le même diamètre extérieur sur le tube intérieur (11) et absorbant efficacement les différences de dilatation thermiques desdits tubes intérieur et extérieur en verre faisant
corps l'un avec l'autre.
4. Capteur à'énergie solaire suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que l'épaisseur de la paroi de la partie déformée intérieurement (llc) espt au moins égale à celle des parties
non déformées dudit tube intérieur (11) en verre.
5. Capteur d'énergie solaire suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour l'écoulement d'un fluide caloporteur à travers le tube intérieur (11) en verre comprend une partie d'extrémité (12c) évasée vers l'extérieur formée sur ledit tube extérieur (12) en verre, un conduit de fluide comportant une partie d'extrémité évasée vers l'extérieur de façon
similaire et disposée de façon adjacente à ladite partie d'extré-
mité (12b) évasée vers l'extérieur que comporte ledit tube extérieur (12) en verre, un manchon (15.) en matière élastomère entourant étroitement les deux parties précitées évasées vers l'extérieur et un élément de blocage (20) réglable entourant ledit manchon (15) et le comprimant pour qu'il porte contre ledit tube extérieur en verre (12) et ledit conduit de fluide adjacent de manière a assurer
une étanchéité vis-à-vis du fluide et un raccordement métallique.
6. Capteur d'énergie solaire suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit élément de blocage (20) réglable comporte une bride de montage (22a, 22b) adaptée pour une fixation
amovible sur un rail de support (30).
7. Capteur d'énergie solaire suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit conduit de fluide comprend un
autre capteur d'énergie solaire (10).
8. Capteur tubulaire d'énergie solaire (10) caractérisé per le fait qu'il comprend un premier tube (11) en verre ouvert à ses extrémités axiales et un second tube (12) en verre dont le diamètre intérieur est légèrement plus grand que le diamètre extérieur dudit premier tube, ledit premier tube (11) comportant des segments (llc) en forme de soufflet s'étendant axialement, 1l ces segments étant annulaires, dirigés vers l'intérieur et faisant corps avec le tube en étant formé dans la paroi du tube près d'une des extrémités ouvertes de ce tube, une couche de revêtement annulaire opaque absorbant l'énergie solaire et s'étendant sur une partie axiale notable des régions de surfaces extérieures extrêmes (lia) dudit premier tube (11), ledit second tube (12) étant transparent et ses extrémités ouvertes opposées (12b) étant scellées par fusion au verre dudit premier tube (11) en des points axialement espacés sur sa longueur, lesdits scellements d'extrémités opposées assurant entre les premier et second tubes
en verre la présence d'une chambre mise sous vide.
9. Capteur d'énergie solaire suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que chaque segment (llc) en forme de
soufflet a une configuration sensiblement torique.
10. Capteur d'énergie solaire suivant les revendications 8
ou 9, caractérisé par le fait qu'il comprend une multiplicité de capteurs tubulaires (10) et un moyen comprenant un manchon (15) élastomère raccordant une des extrémités ouvertes du premier tube (11) en verre d'un des capteurs (10) à une extrémité ouverte du premier tube (11) en verre d'un autre capteur (10) parmi lesdits capteurs tubulaires, et des moyens assurant l'écoulement d'un fluide caloporteur successivement à travers chaque premier tube (11) en verre des capteurs et empêchant sensiblement toute perte
de chaleur à partir du fluide chauffé qui s'y trouve.
FR8027264A 1979-12-26 1980-12-22 Capteur d'energie solaire en verre et a double paroi Withdrawn FR2472727A1 (fr)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/107,218 US4291680A (en) 1979-12-26 1979-12-26 Double-walled glass solar energy collector

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Publication Number Publication Date
FR2472727A1 true FR2472727A1 (fr) 1981-07-03

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ID=22315486

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Application Number Title Priority Date Filing Date
FR8027264A Withdrawn FR2472727A1 (fr) 1979-12-26 1980-12-22 Capteur d'energie solaire en verre et a double paroi

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US (1) US4291680A (fr)
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