FR2478802A1

FR2478802A1 - Solar or acoustic radiation collector - uses long narrow collector with internally reflecting walls to pass energy to receiver with reduced reflected and convection losses

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Publication number: FR2478802A1
Application number: FR8007249A
Authority: FR
Original assignee: LITT CHARLES
Current assignee: LITT CHARLES
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1980-03-24
Publication date: 1981-09-25

Abstract

The solar or acoustic energy collector uses reflecting walls to direct received rays down a long and relatively narrow enclosure with the heating or receiving surface at the opposite end to the opening. The structure, in contrast to the open flat format of conventional collectors, gives areduction in reflected and convection losses from the receiving surface. The collector may include a neck half way along its length to further reduce convection losses and losses by reflection from the heating surface. The collectors are grouped together in an assembly of small units and mounted on a tracking platform. Various geometric configurations of both the collectors and the receiving surface may be employed, all retaining the property of reduced losses.

Description

a présente invention concerne les capteurs solaires et accessoirement accoustiques par lesquels les rayons lumineux visibles sont absorbés en vue c'une utilisation thermique ou électrique. The present invention relates to solar collectors and incidentally acoustic by which visible light rays are absorbed for thermal or electrical use.

Yuans des dispositifs connus de ce genre, comme par exemple les capteurs plans (fig.30.) constitués d'un absorbeur plan 1., faisant également fonction 'échangeur, d'un isolant thermique 2. sur la face arrière et d'une paroi transparente 2., il apparaît clairement que l'angle de rémission directe suivant fig.30; est pratiquement de 1800. Il en résulte que, si ce type de capteur est acceptable pour des températures d'absorbeur très basses, son rendement diminue rapidement avec l'élévation de température.Par ailleurs, lte- légation de température accélère le mouvement de convection de l'air, mouvement proportionnel à la 5eme puissance de l'écart de température entre l'air et l'absorbeur, proportionnel à la surface de contact entre l'air et l'absor beur et inversement proportionnel à la résistance du circuit air (fig.31.). Yuan of known devices of this kind, such as for example the flat collectors (FIG. 30) consisting of a flat absorber 1., also acting as an exchanger, of a thermal insulator 2. on the rear face and of a transparent wall 2., it clearly appears that the direct remission angle according to fig.30; is practically 1800. As a result, if this type of sensor is acceptable for very low absorber temperatures, its efficiency decreases rapidly with the rise in temperature. Furthermore, the temperature increase accelerates the convection movement of air, movement proportional to the 5th power of the temperature difference between the air and the absorber, proportional to the contact surface between the air and the absorber and inversely proportional to the resistance of the air circuit (fig. 31.).

Le capteur plan classique constitue malheureusement un excellent échangeur par corvection avec l'air ambiant extérieur.The conventional flat collector unfortunately constitutes an excellent exchanger by corvection with the outside ambient air.

n autre dispositif de ce genre est constitué par un capteur à concentration avec miroir reflecteur (fig.37.) oû la lumière visible est concentrée sur '.acsorbeur axial mais où la réemission parcourt sensiblement le même trajet sans nterposition d'aucun obstacle. Pour obtenir des températures élevées, ce type ce capteur nécessite une grande concentration. Son rendement ne peut être que faible. n other device of this kind is constituted by a concentration sensor with reflective mirror (fig. 37.) where visible light is concentrated on the axial absorber but where the re-emission traverses substantially the same path without interposing any obstacle. To obtain high temperatures, this type requires a great deal of concentration. Its yield can only be low.

'invention concerne un ensemble d'éléments de capteurs;solaires et accoustiques composés d'une structure réceptrice et de différents absorbeurs et réflecteurs adaptables à la structure réceptrice ou à d'autres structures. La structure receptrice, les absorbeurs et les réflecteurs peuvent être du type cellulaire (fig.16.) ou lamellaires à ailettes parallèles- fig.17. Les différents é ements sont susceptibles d'avoir toutes les formes géométriques possibles conservant les caracteristiques genérales décrites ci-après. Sauf spe dification contraire, les capteurs énumérés sont supposés sans couverture transparente (vitrage) et sans revêtement sélectif pour l'absorbeur.Sauf specifica tio contraire, les sections transversales à l'axe des cellules proposées sont circulaires. The invention relates to a set of solar and acoustic sensor elements composed of a receiving structure and of various absorbers and reflectors adaptable to the receiving structure or to other structures. The receiving structure, the absorbers and the reflectors can be of the cellular type (fig. 16) or lamellar with parallel fins - fig. 17. The various elements are likely to have all the possible geometric shapes retaining the general characteristics described below. Unless otherwise specified, the listed sensors are assumed to have no transparent cover (glazing) and no selective coating for the absorber. Unless otherwise specified, the cross sections to the axis of the proposed cells are circular.

e premier élément de l'invention concerne la structure réceptrice (fig.1.) qui ì se compose - cour; convergent 1., à paroi intérieure réfléchissante, formant réflecteur ; - d'un oivergent 2., à paroi interieure réfléchissante (ou éventuellement absor
tante) formant récupérateur - c un absorbeur quelconque 3.he first element of the invention relates to the receiving structure (fig.1.) which ì is composed - courtyard; converging 1., with reflective inner wall, forming a reflector; - an oivergent 2., with a reflective interior wall (or possibly absorb
aunt) forming a recuperator - c any absorber 3.

La figure 2. visualise le trajet des rayons lumineux dont une partie abou tit directement sur l'absorbeur, l'autre indirectement après reflection sur le divergent récupérateur2. Figure 2. shows the path of the light rays, part of which ends directly on the absorber, the other indirectly after reflection on the divergent recuperator2.

ta figure 3. indique que l'angle de réémission est faible (à comparer avec celui du capteur plan -fig.30-) du fait de l'étranglement au niveau de la jonction convergent-divergent. ta figure 3. indicates that the re-emission angle is small (to compare with that of the plane sensor -fig.30-) due to the throttling at the convergent-divergent junction.

Les fig. 4. et 6. visualisent les trajets de deux rayons partant de l'absorbeur suivant des angles différents. Le divergent-récupèrateur ramène ces rayons vers l'absorbeur. Un rayonnement emis depuis le divergent (fig.5.) se dirige sers l'absorbeur suivant la loi de LAMBERT. Figs. 4. and 6. visualize the paths of two rays leaving the absorber at different angles. The divergent-recuperator brings these rays back to the absorber. A radiation emitted from the divergent (fig. 5.) Is directed towards the absorber according to LAMBERT's law.

Les fig. 7. et 8., 9. et 10., 11. et 12. constituent une étude comparative entre la structure convergent-divergent selon l'invention et la structure connue dite à "nids d'abeilles". Elles démontrent clairement les avantages de la première structure par rapport a la deuxième. Figs. 7. and 8., 9. and 10., 11. and 12. constitute a comparative study between the convergent-divergent structure according to the invention and the known structure known as "honeycomb". They clearly demonstrate the advantages of the first structure over the second.

Un complément indispensable à la structure convergent-divergent est cons titube par l'absorbeur convergent, concave (fig.13), convexe (fig.14) ou en
Gents de scie (fig.15.) dont l'avantage, par rapport à l'absorbeur plan, est de raccourcir les trajets des rayons réémis et de concentrer encore davantage l'er.ercie captée au niveau de l'absorbeur.An essential complement to the convergent-divergent structure is formed by the convergent, concave (fig. 13), convex (fig. 14) absorber or by
Saw gents (fig. 15) whose advantage, compared to the flat absorber, is to shorten the paths of the re-emitted rays and to concentrate even more the er.ercie captured at the level of the absorber.

ne première variante d'absorbeur-reflecteur est présentée sous la forme ctun absorbeur axial avec réflecteur à la partie supérieure suivant figures 23. ne first variant of absorber-reflector is presented in the form of an axial absorber with reflector at the upper part according to FIGS. 23.

24., 25. et 26. Il apporte une sensible amélioration, par exemple au capteur à "nids d'abeilles" (fig.23. et 24. et fig. comparatives 10. et 12.). 24., 25. and 26. It brings a significant improvement, for example to the "honeycomb" sensor (fig.23. And 24. and comparative fig. 10. and 12.).

2 absorbeur axial avec réflecteur peut être utilisé en accoustique et er. parallèle avec un absorbeur convergent thermique (fig. 25 et 26). 2 axial absorber with reflector can be used in acoustics and er. parallel with a convergent thermal absorber (fig. 25 and 26).

Selon une deuxième variante, il est possible d'adapter un réflecteur a structure décalée (concentrique, lamellaire ou autre) à la plupart des absor eurs. Les lamelles ou ailettes du réflecteur 1. (fig.28.) sont décalées en nauteur l'une par rapport à l'autre et renvoient les rayons émis par l'absor 5eur sur les parois latérales du capteur (divergent-récuperateur dans le cas ces fic.29.). La fig 28. montre nettement que l'angle de réémission directe est lir.té à la fois par l'écartement des ailettes ou lamelles et par l'etran- glement situé au niveau de la jonction, entre convergent et divergent. According to a second variant, it is possible to adapt a reflector with an offset structure (concentric, lamellar or other) to most absorbers. The slats or fins of the reflector 1. (fig. 28.) Are offset in nautical relation to one another and return the rays emitted by the absorber 5 on the side walls of the sensor (divergent-recuperator in the case these fic. 29.). FIG. 28 clearly shows that the angle of direct re-emission is read both by the spacing of the fins or lamellae and by the constriction situated at the junction, between convergent and diverging.

Selon une troisième variante, il esttpossible d'augmenter le rendement atun capteur en le complétant par un réflecteur "piège à rayonsH qui a pour principale caracteristique d'elimiCer complètement toute rémission directe (fig. 33). Il se compose essentiellement d'un té à branche principale et bran che latérale courbée débouchant sur la branche principale. Les rayons lumineux visitles arrivent dans la branche latérale en A., sont réfléchis et se dirigent vers l'absorbeur en C. La réémission indirecte depuis l'absorbeur en -C. est dirigée vers un deuxième absorbeur placé en B. According to a third variant, it is possible to increase the efficiency of a sensor by supplementing it with a "H-ray trap" reflector which has the main characteristic of completely eliminating any direct remission (fig. 33). It essentially consists of a tee with main branch and curved side branch leading to the main branch. The light rays visiting them arrive in the side branch at A., are reflected and go towards the absorber at C. Indirect retransmission from the absorber at -C. is directed to a second absorber placed at B.

L'ensemble des inventions décrites ci-devant dérivent toutes du même principe a savoir : réduire au minimum les réémissions directes et indirectes en utilisant astucieusement les lois de réfection et d'émission. Les différentes solutions presentées ne sont, l'une par rapport à l'autre, qu Lune variante du rremeprincipe avec l'avantage suivant : chaque invention peut être indépendante l'une de l'autre, s'adapter à des dispositifs connus, s'assembler en série et en parallèle (absorbeur thermique et accoustique) Un exemple d'assemblage est donné par la figure 34 comportant - le convergent 1. All the inventions described above all derive from the same principle, namely: minimize direct and indirect re-emissions by cleverly using the repair and emission laws. The different solutions presented are, in relation to each other, only one variant of the principle with the following advantage: each invention can be independent of the other, adapt to known devices, s '' to assemble in series and in parallel (thermal and acoustic absorber) An example of assembly is given by figure 34 comprising - the convergent 1.

- les divergents 2.- the divergences 2.

- les absorbeurs convergents convexes 3.- the convex convergent absorbers 3.

- les réflecteurs a structure décalée 4.- reflectors with offset structure 4.

les réflecteurs "pièges à rayons" 5. "ray trap" reflectors 5.

- les echangeurs a. et b.- the exchangers a. and B.

une solution simplifiée est representée par la figure 35. a simplified solution is shown in Figure 35.

Une application intéressante de l'invention de la cellule de base convergent-reflecteur9 divergent-récupErateur et absorbeur convergent concerne le capteur plan (fig.32.). La cellule de base, cellulaire ou lamellaire superpose a l'absorbeur plan réduit très sensiblement l'angle de réémission directe et diminue, d'une façon importante, le mouvement de convection de l'air (basse température de la structure cellulaire ou lamellaire, surface de contact ramené a celle des arêtes vives, résistance accrue du circuit d'air du fait des arêts vives successives de la structure. Application possible par simple rem-. An interesting application of the invention of the convergent-reflective9 divergent-recuperator and convergent absorber cell relates to the flat sensor (fig. 32.). The basic, cellular or lamellar cell superimposed on the flat absorber very significantly reduces the angle of direct re-emission and significantly reduces the convective movement of air (low temperature of the cellular or lamellar structure, contact surface reduced to that of sharp edges, increased resistance of the air circuit due to successive sharp edges of the structure.Application possible by simple replacement.

placement de l'absorbeur, du capteur à concentration et miroir parabolique par une cellule de base convergent-réflecteur, divergent-récupérateur et absorbeur axial avec réflecteur (fig.38. et 39. ainsi que figure comparative 37.).placement of the absorber, the concentration sensor and parabolic mirror by a convergent-reflector base cell, divergent-recuperator and axial absorber with reflector (fig. 38. and 39. as well as comparative figure 37.).

L'application la plus intéressante consiste dans la confection de matelas souples, semi-rigides ou rigides par une juxtaposition de cellules de base convergent, divergent et absorbeur-convergent wus forme cellulaire (fig.16.) ou lamellaire (fig.17.). Ce type de capteur constituant également un isolant thersiique, posé à même le sol, avec absorbeurs percés à la partie inferieure
(libre écoulement des eaux) permet de réchauffer le sol et trouve son appli
cation - dans l'horticulture (fig.18.) - accélération de la tltmifitRfau printemps
et protection contre les effets du gel ;
- pour le recouvrement des capteurs de sol utilisés dans le chauffage central
par pompe a chaleur (fig. 18.) ; ;
- a la fois comme élément de façade, fond de coffrage et capteur solaire dans
la construction d'immeubles (fig:20. 21. et 22.) ; - la fois comme paroi absorbante de bruits en bordure des autoroutes et pour
le préchauffage de l'eau chaude sanitaire (ou le chauffage) des immeubles
(fisc. 26).The most interesting application consists in making flexible, semi-rigid or rigid mattresses by a juxtaposition of convergent, divergent and absorber-convergent basic cells in cellular form (fig. 16) or lamellar (fig. 17). . This type of sensor also constituting a thermal insulation, placed on the ground, with absorbers drilled in the lower part
(free flow of water) warms the ground and finds its application
cation - in horticulture (fig. 18.) - acceleration of tltmifitRfau spring
and protection against the effects of frost;
- for covering the soil sensors used in central heating
by heat pump (fig. 18.); ;
- both as a facade element, formwork bottom and solar collector in
construction of buildings (fig. 20, 21. and 22.); - both as a noise absorbing wall along motorways and for
preheating domestic hot water (or heating) in buildings
(fisc. 26).

Enfin, un ensemble de cellules suivant figure 34. permet de réaliser une cnaudiére solaire compacte. Finally, a set of cells according to FIG. 34. makes it possible to produce a compact solar panel.

Claims

Xonvergent-reflector on the side of indicative visible light rays (Or sound waves), a divergent-recuperator element placed after the converging element, as well as an absorber. The set of any geometric shape (fig. 1.).

. Receiving structure of solar or acoustic collector, cellular or lagielidire, with reflective interior walls, characterized by an element

2. Structure according to claim 1. characterized by the replacement of any absorber by a convergent-convex, concave or "saw-like" absorber, with absorbent interior walls (fig.13. 14. and 15.).

3. Axial absorber, line or axial plane, thermal or acoustic, charac taken by an axial absorber surmounted by a reflector (fig.23. 24. 25. 25. and 25.).

4. Reflector with offset structure, constituted by a structure according to revencication 1. or by fins with reflecting surfaces, characterized in that each structure or fin is offset relative to 1 afi, towards the outside or inside of the sensor (fig. 27, 28 and 29.).

"ray trap" keflector consists of a tee with 2 branches with reflective walls, a main branch and a curved lateral branch ending in the main branch, of indifferent geometric section and characterized by the fact that visible incident light penetrates through the branch lateral and that any direct retransmission to the outside is imposed acronym from both sides of the main branch.

vs. Solar boiler made up of elements according to claims 1, 2, 4, and 5., characterized by the assembly of a number of collectors constituted according to claims 1, 2, 3., 4. and 5. with direct and indirect sunshine by means of reflectors, the assembly forming a rigid and monobloc assembly, articulated and directed towards the sun.