FR2487053A1

FR2487053A1 - High efficiency solar heat collector - using row of finned tubes located between inlet and exit manifolds for heat transfer fluid and covered by glass pane

Info

Publication number: FR2487053A1
Application number: FR8015619A
Authority: FR
Inventors: Pierre Francois Huet
Original assignee: Chausson Usines SA
Current assignee: Chausson Usines SA
Priority date: 1980-07-15
Filing date: 1980-07-15
Publication date: 1982-01-22
Also published as: FR2487053B1

Abstract

The collector consists of an inlet manifold and an exit manifold, which are connected together by a row of tubes. The ends of the tubes are joined to the manifolds by flexible seals; and a heat transfer fluid flows through the tubes from the inlet manifold to the exit manifold. At least one glass pane is located between the manifolds. The two manifolds are pref. joined together by rigid cheeks to make a frame. The tubes are pref. provided with rows of fins to improve heat collection. The manifolds are pref. also joined together by a baseplate covered with a layer of thermal insulation. All the components of the collector are inexpensive and easily assembled together by mechanical methods.

Description

;invention crée un capteur solaire, de. grande effica- cité, du type a circulation de fluide mais dans lequel tous les éléments peuvent être assemblés mécaniquement, de façon simple et de telle manière que les dilatations différentiel-- les, inévitables, soient compensées automatiquement,
De plus, tous les éléments du capteur sont eux-mêmes de réalisation bon marché car ils ne mettent en oeuvre que des techniques extrêmement courantes dans l'i.ndustrie
Conformément a l'invention, le dispositif capteur d'énergie solaire du type comportant des tubs pour la circulation d'un fluide chauffé à travers au moins une vitre est caractérise en ce que la distribution du fluide est ef- fectuée par l'intermédiaire de caissons collecteurs dans lesquels les extrémités des tubes sont engagées ainsi qu'au moins une vitre et en ce que les ltai.sons étanches sont as- surées par des joints souples,
Diverses autres caractéristiques d l'invention rest sortent, d'ailleurs, de la description détaillée qui. suit,
Des formes de réalisation de l'invention sont repré- sentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé.invention creates a solar collector. high efficiency, of the fluid circulation type but in which all the elements can be assembled mechanically, in a simple manner and in such a way that the differential expansions-- the, inevitable, are compensated automatically,
In addition, all the elements of the sensor are themselves inexpensive to produce because they use only extremely common techniques in the industry.
According to the invention, the solar energy collecting device of the type comprising tubes for the circulation of a heated fluid through at least one window is characterized in that the distribution of the fluid is effected by means of manifolds in which the ends of the tubes are engaged as well as at least one window and in that the watertight ltai.sons are ensured by flexible seals,
Various other characteristics of the invention remain, moreover, from the detailed description which. follows,
Embodiments of the invention are shown, by way of non-limiting examples, in the accompanying drawing.

La fig, 1 est une coupe longitudinale, vue sensible ment suivant la ligne I-I de la fig, 2, d'un capteur solaire mettant en oeuvre l'invention. FIG. 1 is a longitudinal section, seen appreciably along the line I-I of FIG, 2, of a solar collector implementing the invention.

La fig. 2 est une coupe prise suivant la ligne II-II de la fig. 1. Fig. 2 is a section taken on the line II-II of FIG. 1.

La fig, 3 est une élévation schématique a plus. petite échelle illustrant des caractéristiques particulières de l'invention,
La fig. 4 est une élévation schématique de face rllusc trant un mode de réalisation particulier,
La fig, 5 est une vue de détail,
La fig. 6 est une coupe vue sensiblement suivant la ligne VI-VI de la fig. 4.Fig, 3 is a schematic elevation a plus. small scale illustrating particular features of the invention,
Fig. 4 is a schematic front elevation rllusc trant a particular embodiment,
Fig, 5 is a detail view,
Fig. 6 is a section seen substantially along line VI-VI of FIG. 4.

Le capteur représenté au dessin comporte plusieurs. tubes de circulation 1 qui sont engagés dans des ouvertures pratiquées dans des caissons collecteurs 2, 2a. Les c .isv sons collecteurs 2, 2a sont,. de préférence, fabriqués par des profilés obtenus par filage, par exemple en matière plastique ou en aluminium filée, t ensuite coupés a la lon- gueur désirée, les ouvertures pour l'engagement des tubes 1 étant percées.Les caissons collecteurs 2 sont formés pour délimiter au moins une rainure 3 ouvrant sur leur côté plan, cette rainure servant & retenir le bord d'une vitre 4, Deux ou plusieurs vitre.s peuvent être disposées parallèlement les unes aux autres lorsqu'il est prévu plu- sieurs rainures 3,
Le c8té plan des caissons collecteurs sert d'appui a une feuille formant un joint souple 5, par exemple en caout- chouc, ce joint formant des collerettes 6 dans lesquelles sont engagées les extrémités des tubes 1 ; le joint est aussi introduit dans la ou les rainures 3 pour relier les caissons collecteurs 2 de façon souple à la ou aux vitres 4, Le dessin, en particulier la fig, 1, montre. qu'il est avantageux qu'un jeu soit maintenu dans le fond des rainures 3 pour permettre de compenser les dilatations différentiel- les pouvant se produire entre les tubes 1 et la ou les vitres 4, Les caissons collecteurs 2 délimitent un ca- nal collecteur 7 qui est ouvert aux deux extrémités de chaque caisson, En outre, chaque caisson présente sur son dessus au moins une rainure en contre-dépouile 8 pour la mise en place d'un profilé 9 formant pince et servant a relier les deux caissons 2, 2a a une plaque de fond 10,
Les tubes 1 sont munis d'éléments d'absorption de chaleur, représentés sous la forme d'ailettes 11, qui peu- vent être propres à chaque tube ou, au contraire, communs à tous les tubes. Comme illustré à la fig. 1, il est avantageux que la partie des éléments d'absorption de. chaleur tournée vers la vitre 4 s'étende obliquement tandis que la partie de ces mêmes élEm,entst qui est la plus proche de la plaque de fond 10, est cambrée vers le haut, comme illus- tré en lla.Ainsi, les éléments d'absorption peuvent être reliés les uns aux autres en formant une cloison continue qui est séparée de la plaque de fond 19 par une matière d'isolement 12q
Les caissons collecteurs 2 sont reliés entre eux par des joues latérales 13, 14 présentant à leurs extrémité tés des pattes repliées 15 rabattues sur le dessus des caissons collecteurs et, de place en place, des pattes cambrées 16 formant des portées prenant appui sur le dessous des caissons collecteurs 2 ! 2a. The sensor shown in the drawing has several. circulation tubes 1 which are engaged in openings made in manifolds 2, 2a. The c .isv collector sounds 2, 2a are ,. preferably made by profiles obtained by spinning, for example plastic or spun aluminum, then t cut to the desired length, the openings for the engagement of the tubes 1 being drilled. The manifolds 2 are formed to delimit at least one groove 3 opening on their flat side, this groove serving & retaining the edge of a window 4, two or more windows.s can be arranged parallel to one another when several grooves 3 are provided,
The flat side of the manifolds serves as a support for a sheet forming a flexible seal 5, for example of rubber, this seal forming flanges 6 in which the ends of the tubes 1 are engaged; the seal is also introduced into the groove or grooves 3 to connect the manifolds 2 in a flexible manner to the window or windows 4, The drawing, in particular fig, 1, shows. that it is advantageous for a clearance to be maintained in the bottom of the grooves 3 in order to compensate for the differential expansions which may occur between the tubes 1 and the window (s) 4, the collecting boxes 2 delimit a collecting channel 7 which is open at the two ends of each box, In addition, each box has on its top at least one undercut groove 8 for the establishment of a profile 9 forming a clamp and serving to connect the two boxes 2, 2a has a bottom plate 10,
The tubes 1 are provided with heat absorption elements, represented in the form of fins 11, which can be specific to each tube or, on the contrary, common to all the tubes. As illustrated in fig. 1, it is advantageous that the part of the absorption elements. heat turned towards the window 4 extends obliquely while the part of these same elements, entst which is closest to the bottom plate 10, is arched upwards, as illustrated in lla. Thus, the elements of absorption can be connected to each other by forming a continuous partition which is separated from the bottom plate 19 by an insulation material 12q
The collecting boxes 2 are interconnected by lateral cheeks 13, 14 having at their ends t folded legs 15 folded over the top of the collecting boxes and, from place to place, arched legs 16 forming spans supported on the bottom manifolds 2! 2a.

Lorsque les caissons collecteurs sont métalliques, il est avantageux que les joues 13, 14 soient également métalliques et elles peuvent être reliées par collage ou par soudure aux caissons collecteurs ou, encore, un joint souple est simplement interposé entre l'extrémité des caissons collecteurs et la partie correspondante des joues puis l'ensemble caissons et joues est réuni par un cerclage tel que celui illustré schématiquement en 17 à la fig 3. Le cerclage 17 peut comporter plusieurs bandes pour qu'une pression uniforme soit exercée et maintienne correctement les joues contre les caissons collecteurs. When the manifolds are metallic, it is advantageous that the cheeks 13, 14 are also metallic and they can be connected by gluing or by welding to the manifolds or, again, a flexible joint is simply interposed between the end of the manifolds and the corresponding part of the cheeks then the box and cheek assembly is joined by a strapping such as that illustrated schematically in 17 in fig 3. The strapping 17 may have several bands so that a uniform pressure is exerted and correctly maintains the cheeks against the collection boxes.

Lorsque les caissons collecteurs sont fabriqués en matière plastique extrudée, les joues peuvent également être fabriquées en matière plastique et, dans ce cas, elles peuvent être réunies aux caissons par un collage ou une soudure aux ultra-sons ou encore par le cerclage 17 décrit ci-dessus. When the manifolds are made of extruded plastic, the cheeks can also be made of plastic and, in this case, they can be joined to the boxes by gluing or ultrasonic welding or by the strapping 17 described here. -above.

Pour éviter que les joues 13, 14 puissent flamber, il est avantageux, lorsque ces joues sont de grande dimension, de prévoir de place en place soit des tirants 18 soit des bandes de cerclage analogues au cerclage 17. To prevent the cheeks 13, 14 from buckling, it is advantageous, when these cheeks are large, to provide, from place to place, either tie rods 18 or strapping bands similar to strapping 17.

Comme cela ressort de la description qui précède lten semble du dispositif capteur est réalisé par des pièces as semblées mécanicruement par des moyens simples et, lorsqu'vil est monté, sa constitution fait que les dilatations diffé- rentielles sont facilement compensées puisque les tubes qui
sont soumis aux variations les plus fortes peuvent coulisser aisément par rapport aux collerettes 6; il en est de même de la ou des vitres 4.As is apparent from the foregoing description, it seems that the sensor device is made up of parts that appear mechanically by simple means and, when it is mounted, its constitution means that the differential expansions are easily compensated for since the tubes which
are subject to the strongest variations can slide easily relative to the flanges 6; the same applies to the window (s) 4.

Les éléments d'absorption de chaleur, lorsqu'ils sont constitués par des ailettes, peuvent aussi être réunis aux tubes seulement par un effet mécanique, notamment en gonflant ces tubes dans des collerettes des ailettes. The heat absorption elements, when they are constituted by fins, can also be joined to the tubes only by a mechanical effect, in particular by inflating these tubes in the flanges of the fins.

I1 est avantageux, ainsi que l'illustre le dessin, que les joues latérales 13, 14 forment elles-mêmes des tubulures 19 pour l'amenée et l'évacuation du fluide devant circuler dans les tubes - 1 pour y être chauffée. I1 is advantageous, as illustrated in the drawing, that the side cheeks 13, 14 themselves form pipes 19 for the supply and the evacuation of the fluid having to circulate in the tubes - 1 to be heated there.

La fig. 1 montre également des ailettes auxiliaires 111 fabriquées en matière mauvaise conductrice de la chaleur, par exemple en une-matière plastique transparente, et qui s'étendent jusqu'S la vitre 4 ou au moins jusqu'à proximité immédiate de celle-ci. Les ailettes auxiliaires
111 constituent des cloisons empêchant ou au moins réduisant
les mouvements de convection. D'autres organes peuvent remplir la même fonction, par exemple des lames de verre
fixées soit au bord des ailettes 11 soit å la vitre 4.Fig. 1 also shows auxiliary fins 111 made of a material which is a poor conductor of heat, for example a transparent plastic material, and which extend up to the window 4 or at least in the immediate vicinity thereof. Auxiliary fins
111 constitute partitions preventing or at least reducing
convection movements. Other organs can perform the same function, for example glass slides
fixed either to the edge of the fins 11 or to the window 4.

Selon la variante des fig. 4 à 6, les caissons col
lecteurs 21, 22 sont constitués par des pièces moulées, de préférence en matière plastique, pièces qui délimitent
à une extrémité des rampes saillantes 20 et intérieurement une portée 21 pour recevoir une bague 21a un joint 22.According to the variant of FIGS. 4 to 6, the neck boxes
readers 21, 22 consist of molded parts, preferably made of plastic, parts which delimit
at one end of the protruding ramps 20 and internally a bearing surface 21 for receiving a ring 21 has a seal 22.

A l'autre extrémité, les caissons collecteurs présentent un bossage saillant 23 et leur fond correspondant à cette
seconde extrémité est avantageusement fermé.At the other end, the manifolds have a protruding boss 23 and their bottom corresponding to this
second end is advantageously closed.

Les caissons 21, 22 sont de préférence identiques
l'un à l'autre mais montés tete-bêche et les fonds des deux caissons 21, 22 tournés l'un vers l'autre sont disposés parallèlement. The boxes 21, 22 are preferably identical
to each other but mounted head to tail and the bottoms of the two boxes 21, 22 facing one another are arranged in parallel.

Le joint 5 formant les collets 6 est disposé dans des trous du fond de chaque caisson, fond qui présente également la rainure 3 décrite dans ce qui précède pour le logement du bord du joint 5. The seal 5 forming the collars 6 is placed in holes in the bottom of each box, which bottom also has the groove 3 described in the above for housing the edge of the seal 5.

Les joues latérales 141 sont conformées pour délimiter chacune au moins une rainure 24 destinée à emboîter le bord de la vitre 4 lorsque lesdites joues sont mises en place. The side cheeks 141 are shaped to each delimit at least one groove 24 intended to fit the edge of the window 4 when said cheeks are put in place.

En outre, les joues forment, à une extrémité, un manchon à baïonnette 25 d'un type analogue à ceux utilisés pour la fermeture des bouchons de radiateurs de véhicules automobiles et, à leur autre extrémité, une coiffe 26 formant une pince 27 correspondant au bossage 23.In addition, the cheeks form, at one end, a bayonet sleeve 25 of a type similar to those used for closing the caps of motor vehicle radiators and, at their other end, a cap 26 forming a clamp 27 corresponding to the boss 23.

Le manchon à baïonnette 25 forme une portée d'appui pour comprimer le joint 22 contre la bague 21a. The bayonet sleeve 25 forms a bearing surface for compressing the seal 22 against the ring 21a.

Comme cela est représenté à la partie bassé et à gauche de la fig. 4, la bague 21a peut former un embout de raccordement 26, ou bien comme représenté en haut de la figure et à droite, cette bague peut être prolongée par un raccord pour recevoir un bouchon 27. As shown in the bottom part and to the left of fig. 4, the ring 21a can form a connection end piece 26, or else as shown at the top of the figure and on the right, this ring can be extended by a connector to receive a plug 27.

Le montage du dispositif capteur consiste à insérer les tubes 1, munis de leurs ailettes et de leurs cloisons ou autres organes anti-convection, dans les collets des joints 5 mis en place dans les fonds des caissons collc- teurs. Ensuite, les joues sont amenées par leur manchon à baionnette 25 à prendre appui contre les rampes 20, puis ces joues sont tournées jusqu'au moment où leur coiffe 26 est alignée avec l'extrémité de l'autre caisson collecteur. The mounting of the sensor device consists in inserting the tubes 1, fitted with their fins and their partitions or other anti-convection members, into the collars of the seals 5 placed in the bottoms of the collecting boxes. Then, the cheeks are brought by their bayonet sleeve 25 to bear against the ramps 20, then these cheeks are turned until the cap 26 is aligned with the end of the other collecting box.

Les joues sont ensuite rapprochées, ce qui assure l'emboîtement de la vitre 4 dans la rainure 24 et de la pince 27 sur le bossage 23. The cheeks are then brought together, which ensures the fitting of the window 4 in the groove 24 and of the clamp 27 on the boss 23.

L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. The invention is not limited to the embodiments shown and described in detail since various modifications can be made thereto without departing from its scope.

En particulier, le joint souple 5 qui est disposé contre la face plane des caissons collecteurs 2, dans la rainure 3 de ces caissons, peut être remplacé par des joints indépendants mis en place dans chaque passage de tube des caissons et par des joints particuliers aux rainures 3. In particular, the flexible seal 5 which is disposed against the flat face of the manifolds 2, in the groove 3 of these boxes, can be replaced by independent seals put in place in each passage of the tube of the boxes and by seals specific to grooves 3.

Claims

1. A solar energy collector device of the como type carrying tubes for the circulation of a heated fluid through at least one window, characterized in that the distribution of the fluid is effected by means of manifolds in which the ends of the tubes are engaged as well as at least one window and in that the tight connections are ensured by flexible joints.

2. Device according to claim 1! characterized in that the collector boxes are connected together by lateral cheeks delimiting a rigid frame with said boxes.

3. Device according to one of claims 1 and 2, characterized by at least one strapping for mechanically connecting the cheeks to the manifolds,

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized by tie rods or strapping elements to connect the side cheeks together.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the connection between the boxes and the cheeks is indifferently ensured by gluing, welding or mechanical assembly with flexible joint.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the collecting boxes delimit, at least, a groove in which is engaged the edge of a window connected to the boxes by a deformable seal providing sufficient play to compensate differential expansions.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the seal ensuring the connection between the glass and the manifolds is formed from a sheet also delimiting flanges forming a seal between the end tubes and said manifolds in which the tubes are engaged,

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the tubes are provided with heat absorption elements.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the heat absorption elements of the tubes are constituted by fins having a front face, directed towards the glass and which is arranged obliquely, and a rear face bent vertically to form a retaining wall of an insulating material separating said fins from a bottom plate connecting the manifolds.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized by partitions or other anti-convection members arranged to extend at least to the immediate vicinity of the window.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the anti-convection partitions consist of fins made of transparent material and poor heat conductor.

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the conductive boxes consist of parts having at one end of the protruding ramps and at their other end a boss, the cheeks being arranged to delimit at one end a bayonet sleeve of the radiator cap type and, at their other end, a cap forming a clamp for the boss.

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the two manifolds are identical but arranged head to tail relative to each other.

14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the end of the manifolds forming the ramps internally has a bearing surface for a retaining ring for a seal, the ring forming either a nozzle, either a fitting.

15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the cheeks define at least one groove or housing for the interlocking of the edge of the glass.