FR2487054A1

FR2487054A1 - Solar heat collector using replaceable glass tube - which is evacuated, and contains heat absorber through which heat transfer fluid is circulated

Info

Publication number: FR2487054A1
Application number: FR8015705A
Authority: FR
Inventors: Pierre Francois Huet
Original assignee: Chausson Usines SA
Current assignee: Chausson Usines SA
Priority date: 1980-07-16
Filing date: 1980-07-16
Publication date: 1982-01-22
Also published as: FR2487054B1

Abstract

The glass tube is closed at both ends by a cap with a seal. Each cap has an axial channel through which a heat transfer medium is circulated, so it travels through an absorber located inside the tube. A channel is also provided for evacuating the tube, so the caps are held on the tube by atmos. pressure. The channel used to evacuate the tube is pref. provided with a non-return valve; and in one pref. design, one end cap forms both an inlet and an outlet for the heat transfer medium, so compensation can be provided for differential thermal expansion. The absorber pref. consists of several tubes brazed to a plate; or two plates forming a cavity for the circulating medium. The collector is simple and inexpensive. The relatively fragile glass tube can be replaced without renewing the other components.

Description

La présente invention concerne un élément pour la constitution de capteurs solaires dans lequel un absorbeur est disposé dans un tube en verre. The present invention relates to an element for constituting solar collectors in which an absorber is arranged in a glass tube.

Il est connu d'employer le vide comme isolant afin de supprimer presque totalement les pertes par convection et conduction. Plusieurs techniques ont été employées. On a réalisé des tubes de verre double, séparés par un espace sous vide : le tube externe est transparent, le tube interne est recouvert d'un revêtement absorbant, appliqué directement sur sa surface ou bien sur un support intermédiaire, par exemple une feuille métallique. Une deuxième famille de capteurs emploie des absorbeurs métalliques plans disposés dans un tube à paroi simple à l'intérieur duquel on fait le vide. L'absorbeur se termine par deux couvercles scellés au verre. It is known to use vacuum as an insulator in order to almost completely eliminate losses by convection and conduction. Several techniques have been used. Double glass tubes were produced, separated by a vacuum space: the external tube is transparent, the internal tube is covered with an absorbent coating, applied directly to its surface or else to an intermediate support, for example a metal sheet . A second family of sensors employs flat metal absorbers arranged in a single-walled tube inside which a vacuum is created. The absorber ends with two glass-sealed lids.

Ces réalisations existantes font appel à des procédés de soudage du verre ou du métal sur le verre dont la mise en oeuvre est délicate et exigu pour la fabrication en série, des investissements considérables. These existing embodiments call for processes for welding glass or metal to glass, the implementation of which is delicate and cramped for mass production, considerable investment.

La présente invention concerne un nouvel élément capteur de réalisation extrêmement simple et bon marché qui présente, en outre, l'avantage que l'élément fragile, à savoir le tube en verre, peut être remplacé si nécessaire tout en réutilisant le même capteur. The present invention relates to a new extremely simple and inexpensive sensor element which also has the advantage that the fragile element, namely the glass tube, can be replaced if necessary while reusing the same sensor.

Conformément à l'invention, l'élément pour la constitution de capteurs solaires du type à tubes sous vide dans lequel un absorbeur est disposé dans un tube en verre formant enveloppe fermé à ses deux extrémités, est caractérisé en ce que l'une au moins des fermetures est constituée par un couvercle, au moins un joint d'étanchéité étant prévu entre l'enveloppe et le couvercle qui est traversé par une partie au moins de l'absorbeur, un conduit pour la mise sous vide de l'enveloppe étant prévu de sorte que le couvercle est maintenu en application contre l'enveloppe par la seule pression atmosphérique. According to the invention, the element for constituting solar collectors of the vacuum tube type in which an absorber is arranged in a glass tube forming an envelope closed at its two ends, is characterized in that at least one closures is constituted by a cover, at least one seal being provided between the envelope and the cover which is traversed by at least part of the absorber, a conduit for the evacuation of the envelope being provided so that the cover is held in application against the envelope by atmospheric pressure alone.

Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description detaillée qui suit. Various other characteristics of the invention will also emerge from the detailed description which follows.

Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexe. Embodiments of the subject of the invention are shown, by way of nonlimiting examples, in the accompanying drawing.

La fig. I est une coupe-élévation d'un élément capteur solaire suivant l'invention. Fig. I is a cross-elevation of a solar collector element according to the invention.

Les fig.2 à 5 sont des coupes illustrant différents modes de réalisation du capteur pan apparaissant à la fig. 1. Figs. 2 to 5 are sections illustrating different embodiments of the pan sensor appearing in fig. 1.

La fig. 6 est une coupe-élévation d'un élément capteur solaire à circuit en boucle. Fig. 6 is a sectional elevation of a solar collector element with a loop circuit.

Les figs. 7 à 9 sont des perspectives partielles illustrant différents modes de liaison selon l'invention entre le capteur proprement dit et son enveloppe. Figs. 7 to 9 are partial views illustrating different modes of connection according to the invention between the sensor itself and its envelope.

La fig. 10 est une perspective schématique d'un autre mode de réalisation. Fig. 10 is a schematic perspective of another embodiment.

La fig. Il est une perspective analogue à la fig. 10 d'une variante. Fig. It is a perspective similar to FIG. 10 of a variant.

L'élément capteur solaire illustré à la fig. i comporte une enveloppe 1 en verre fermée à ses deux extrémités par des couvercles 2 et 3 qui sont munis de brides 4 ou autres éléments de raccordement permettant de les relier à des conduits collecteurs non représentés pour le fluide à chauffer et le fluide chauffé. Les couvercles 2, 3 forment chacun un épaulement 5 destiné à prendre appui contre chacune des extrémités de l'enveloppe 1. Un joint 6, qui est torique dans l'exemple représenté, est prévu sur chacun des bouchons au-delà de l'épaulement 5, pour prendre appui contre la paroi interne de 1'enveloppe 1 et assurer ainsi l'étanchéité entre chaque bouchon et l'enveloppe.Les couvercles 2, 3 délimi tent, d'une part, des conduits 7 et, d'autre part, don chat - bres 8 communiquant avec les conduits et ouvrant à 1'tinté~ rieur de l'enveloppe 1. The solar collector element illustrated in fig. i comprises a glass envelope 1 closed at its two ends by covers 2 and 3 which are provided with flanges 4 or other connection elements making it possible to connect them to collecting ducts not shown for the fluid to be heated and the heated fluid. The covers 2, 3 each form a shoulder 5 intended to bear against each of the ends of the casing 1. A seal 6, which is O-ring in the example shown, is provided on each of the plugs beyond the shoulder 5, to bear against the internal wall of the casing 1 and thus seal between each plug and the casing. The covers 2, 3 delimit, on the one hand, the conduits 7 and, on the other hand , don cat - bres 8 communicating with the conduits and opening to the tinté ~ laughing of the envelope 1.

Des douilles d'étanchéité 9 sont interposées entre des parties de retenue 10 des couvercles et des embouts tubulaires 11. Les embouts tubulaires 11, par exemple de section circulaire, font partie d'un absorbeur 12 dont pln- sieurs modes dé réalisation sont décrits dans ce qui suit,notamment en référence aux fig. 2 à 5.Les embouts 11 entrent dans les chambres 8 sans s'étendre jusqu'au fond de cellesci. Sealing sleeves 9 are interposed between retaining parts 10 of the covers and tubular end pieces 11. The tubular end pieces 11, for example of circular section, form part of an absorber 12 of which several embodiments are described in the following, in particular with reference to FIGS. 2 to 5. The end pieces 11 enter the chambers 8 without extending to the bottom thereof.

Les embouts tubulaires Il sont prévus pour pouvoir coulisser dans les douilles 9 ou bien ils sont fixés à celles-ci mais la matière des douilles 9 est choisie pour être déformable d'une mesure suffisante pour permettre la compensation des dilatations différentielles pouvant exister entre le capteur plan et ses embouts tubulaires 11, d'une part, et l'enveloppe 1 et ses couvercles 2, 3, d'autre part. The tubular ends They are provided to be able to slide in the sockets 9 or else they are fixed to them but the material of the sockets 9 is chosen to be deformable by a sufficient measure to allow compensation for the differential expansions that may exist between the sensor plane and its tubular ends 11, on the one hand, and the casing 1 and its covers 2, 3, on the other hand.

Les douilles 9 peuvent d'une façon générale être réaliséesd'une manière quelconque puisqu'en fait elles constituent essentiellement des joints d'étanchéité entre les embouts tubulaires et les couvercles pour que les chambres 8 soient isolées de l'enveloppe 1 qui contient l'absorbeur 12. L'un des-couvercles, par exemple le couvercle 3, présente un canal 13 et un clapet anti-retour 14 qui permettent de faire le vide à l'intérieur de l'enveloppe 1. il est possible de remplacer le clapet.anti-retour 14 par d'autres moyens assurant la fermeture du canal 13. The sockets 9 can generally be made in any way since in fact they essentially constitute seals between the tubular ends and the covers so that the chambers 8 are isolated from the casing 1 which contains the absorber 12. One of the covers, for example the cover 3, has a channel 13 and a non-return valve 14 which make it possible to create a vacuum inside the envelope 1. it is possible to replace the valve non-return 14 by other means ensuring the closing of the channel 13.

L'absorbeur 12 peut être constitué de différentes façons. il peut, comme illustré à la fig. 2, comporter une simple plaque 15 munie sur une face de tubes de circulation 16. il peut, aussi, comme illustré à la fig.~3, etre cons titUh par deux demi-lames 17 brasées entre elles et sur un perturbateur 18. The absorber 12 can be formed in different ways. it can, as illustrated in fig. 2, comprise a simple plate 15 provided on one face with circulation tubes 16. it can also, as illustrated in FIG. ~ 3, be cons titUh by two half-blades 17 brazed together and on a disturbance 18.

La fig. 4 montre que-deux demi-lames 17a peuvent être brasées également à leur partie médiane 171 pour délimiter deux conduits contenant également des perturbateurs 18, les deux conduits étant par exemple reliés à une extrémité pour réaliser un circuit en boucle. Fig. 4 shows that two half-blades 17a can also be brazed at their middle part 171 to delimit two conduits also containing disturbers 18, the two conduits being for example connected at one end to form a loop circuit.

La fig. 5 illustre encore une autre réalisation dans laquelle l'absorbeur est constitué par deux plaques 19 écartées l'une de l'autre par des barrettes 20. Comme précédemment, des perturbateurs 18 peuvent être disposés entre les deux plaques et, éventuellement, une barrette intermédiaire 20a pour réaliser un circuit en boucle. Fig. 5 illustrates yet another embodiment in which the absorber consists of two plates 19 spaced from one another by bars 20. As before, disturbers 18 can be arranged between the two plates and, optionally, an intermediate bar 20a to make a loop circuit.

Comme cela ressort de ce qui précède, le fluide à chauffer est amené par l'un des conduits 7 et il circule donc dans l'absorbeur 12 dans lequel il est chauffé par le rayonnement solaire, l'absorbeur ou au moins sa face tournée vers le soleil étant revêtu de produits d'absorption.Cet absorbeur se trouve dans une enceinte dans laquelle un vide aussi complet que possible a été fait et ce vide,outre qu'il isole l'absorbeur en empêchant son refroidissement par convection assure, supplémentairement le maintien en place des différentes pièces.En effet, la pression extérieure s'exerce sur les cousercles et, par suite,ltépaulement 5 de ces derniers est en appui contre chaque extrémité de l'enveloppe 1 qui forme entretoise entre les couvercles. As is apparent from the above, the fluid to be heated is supplied by one of the conduits 7 and it therefore circulates in the absorber 12 in which it is heated by solar radiation, the absorber or at least its face turned towards the sun being coated with absorption products. This absorber is located in an enclosure in which a vacuum as complete as possible has been made and this vacuum, in addition to isolating the absorber by preventing its cooling by convection, ensures additionally the holding the various parts in place. Indeed, the external pressure is exerted on the rings and, consequently, the shoulder 5 of the latter is in abutment against each end of the casing 1 which forms a spacer between the covers.

L'absorbeur peut se dilater librement du fait de lBexis- tence des joints que constituent les bouchons 9. The absorber can expand freely due to the existence of the seals that constitute the plugs 9.

L'élément capteur décrit ci-dessus peut tre supporté par tous moyens appropriés, par exemple par des tiges 21 sur lesquelles repose l'extrémité des couvercles-. The sensor element described above can be supported by any suitable means, for example by rods 21 on which the end of the covers rests.

La fig. 6 illustre une variante qui montre l'utilisation d'un absorbeur à circulation en boucle. Dans ce cas, il est avantageux que les conduits Il d'entrée et de sortie du fluide devant circuler dans l'absorbeur 12 soient par exemple soudés, brasés ou collés à l'un des couvercles 2a.- Les couvercles 2a peuvent être réalisés de façon analogue à ce qui est décrit précédemment mais le canal à clapet anti-retour 14a peut titre formé au centre du couvercle 2a qui ne contient pas les eib3Ss tubulaires 11. Le clapet anti-retour 14 ou un embout tubulaire à sceller le remplaçant peut servir d'organe de fixation. Fig. 6 illustrates a variant which shows the use of a loop circulation absorber. In this case, it is advantageous for the fluid inlet and outlet conduits II to circulate in the absorber 12 to be, for example, welded, brazed or glued to one of the covers 2a.- The covers 2a can be made of similar to what is described above, but the non-return valve channel 14a can be formed in the center of the cover 2a which does not contain the tubular eib3Ss 11. The non-return valve 14 or a tubular nozzle to seal the replacement can be used fastener.

De même, l'étanchéité entre les couvercles et l'enveloppe 1 peut titre réalisée par un joint annulaire 25 disposé dans une rainure 26,de sorte que la pression atmosphérique s'exer çant sur les couvercles 2a assure l'étanchéité avec l'envelop- pe par compression des joints 25.Ce mode de réalisation est particulièrement siMple et permet des démontages éventuels également très simples puisque les pièces sont juste appli quées les unes contre les autres. Likewise, the seal between the covers and the casing 1 can be produced by an annular seal 25 disposed in a groove 26, so that the atmospheric pressure exerted on the covers 2a ensures the seal with the cover. - eg by compression of the joints 25. This embodiment is particularly simple and allows possible dismantling also very simple since the parts are just applied against each other.

L'absorbeur 12 peut ttre de grande longueur, par exemple de l'ordre de 1mètre ou davantage, et il est réalisé en métal très mince, par exemple à partir de feuilles d'aluminium, de laiton ou de cuivre, de sorte que sa flexibilité peut titre importante.Par ailleurs, la conduction thermique entre 11 enveloppe et l'absorbeur doit-8tre aussi faible que possible, voire nulle. Il est donc important que cet absorbeur ne soit pas en contact direct avec l'enveloppe 1. Pour cela, l'invention prévoit plusieurs moyens. The absorber 12 can be very long, for example of the order of 1 meter or more, and it is made of very thin metal, for example from aluminum, brass or copper sheets, so that its flexibility can be important. Furthermore, the thermal conduction between the envelope and the absorber must be as low as possible, or even zero. It is therefore important that this absorber is not in direct contact with the envelope 1. For this, the invention provides several means.

A la fig. 7, l'absorbeur 12 est engagé dans des glissières 27 préalablement mises en plaee dans l'enveloppe 1, ces glissières pouvant par exemple être en matière isolante et prenant appui sur l'absorbeur seulement de façon linéaire
A la fig. 8, les glissières sont remplacées par de simples barrettes 28, par exemple en fibres agglomérées ou en élastomère, qui sont insérées entre le bord latéral en forme de gouttière de l'absorbeur 12 et la paroi de l'enveloppe 1.La largeur de l'absorbeur est choisie pour être légèrement inférieure à celle du diamètre de l'enveloppe, ce qui fait que seules les barrettes 28 prennent appui contre l'enveloppe. Les barrettes 28 peuvent être constituées par plusieurs segments séparés les uns des autres ou même par des -billes.In fig. 7, the absorber 12 is engaged in slides 27 previously placed in the envelope in the casing 1, these slides can for example be made of insulating material and bearing on the absorber only in a linear fashion
In fig. 8, the slides are replaced by simple bars 28, for example made of agglomerated fibers or elastomer, which are inserted between the lateral gutter-shaped edge of the absorber 12 and the wall of the envelope 1.The width of the 'absorber is chosen to be slightly smaller than that of the diameter of the envelope, so that only the bars 28 bear against the envelope. The bars 28 can be formed by several segments separated from each other or even by balls.

La fig. 9 montre encore un autre mode de réalisation suivant lequel on utilise des pinces élastiques ou joncs 29 enfilés sur le rebord latéral de l'absorbeur et qui prennent appui contre la paroi interne de l'enveloppe 1. Fig. 9 shows yet another embodiment according to which elastic clamps or rods 29 threaded on the lateral rim of the absorber are used and which bear against the internal wall of the casing 1.

Suivant la réalisation de la fig. 10, l'absorbeur 12 est du type à circulation en boucle et les conduits 12a, 12b qu'il délimite sont respectivement reliés à des collecteurs 23a, 23b. En outre, cet absorbeur est fixé à un couvercle 26a analogue au couvercle 26 décrit dans ce qui précède mais comportant en plus un conduit à clapet anti-retour 14a. Comme à la fig. 6, le couvercle 26a est muni d'un joint d'étanchéité annulaire 25a. Dans cette réalisation, l'enveloppe 1a est constituée comme précédemment par un tube en verre mais qui comporte également un fond lb également en verre. Dans ce mode d'exécution, il suffit d'enfiler l'enveloppe la sur l'absorbeur et de faire le vide pour assurer son maintien contre le couvercle. Le support de l'enveloppe 1a peut être assuré par tous moyens appropriés, par exemple des chevalets 30. According to the embodiment of fig. 10, the absorber 12 is of the loop circulation type and the conduits 12a, 12b which it delimits are respectively connected to collectors 23a, 23b. In addition, this absorber is fixed to a cover 26a similar to the cover 26 described in the foregoing but also comprising a non-return valve duct 14a. As in fig. 6, the cover 26a is provided with an annular seal 25a. In this embodiment, the envelope 1a is constituted as previously by a glass tube but which also includes a bottom 1b also made of glass. In this embodiment, it suffices to thread the envelope 1a onto the absorber and to create a vacuum to ensure that it is held against the cover. The support for the envelope 1a can be provided by any suitable means, for example easels 30.

Â la fig. 11, l'absorbeur 12 est disposé à l'inté rieur de l'enveloppe la pour former un angle par rapport à l'horizontale par exemple un angle de 45 . De cette façon, les conduits d'amenée et de retour 121, 122 sont uicalés en hauteur, ce qui permet de disposer les collecteurs 231, 232 l'un au-dessus de l'autre. In fig. 11, the absorber 12 is disposed inside the envelope 1a to form an angle with respect to the horizontal, for example an angle of 45. In this way, the supply and return conduits 121, 122 are uicalés in height, which makes it possible to arrange the collectors 231, 232 one above the other.

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

Claims

1 - Element for constituting solar collectors of the vacuum tube type in which an absorber is arranged in a glass tube forming an envelope closed at its two ends, characterized in that at least one of the closures is constituted by a cover , at least one seal being provided between the envelope and the cover which is traversed by at least part of the absorber, a conduit for the evacuation of the envelope being provided so that the cover is maintained applied against the envelope by atmospheric pressure.

2 - Element according to claim 1, characterized in that the conduit for the vacuuming of the envelope comprises a non-return valve or other closing means.

3 - Element according to one of Claims 1 and 2, characterized in that the absorber is of the loop circulation type and is connected in leaktight manner to a single cover, this absorber being of shorter length than the envelope for compensate for differential expansions.

4 - Element according to one of claims 7 to 3, characterized in that the envelope is constituted by a simple glass tube closed at its two ends by covers maintained by the pressure difference existing between the interior and the 'outside.

5 - Element according to one of claims I to 4, characterized in that the absorber is provided with tubular end pieces for the crossing of the cover (s).

6 - Element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sealing of the cover (s) is ensured by an annular seal disposed in a groove of the cover and bearing against the end of the envelope.

7 - Element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the seal between the envelope and the cover (s) is provided by at least one seal bearing against the internal wall of the envelope, the cover having a stop element against which the end of the envelope is applied.

8 - Element according to one of claims I to 6, characterized in that the covers delimit a chamber communicating with a conduit leading to a manifold, the chamber containing the end of a tubular end piece communicating with the interior of the absorber and a sealing sleeve being interposed between the tubular end piece and the wall of the chamber to insulate it from the enclosure delimited by the envelope, the socket being provided to allow the displacement of the tubular end piece to compensate for the differential expansions existing between the absorber and the envelope.

9 - Element according to one of claims 1 to 8, characterized in that the absorber is indifferently constituted by an absorbent plate forming conduits by half-blades assembled and connected by disturbers or by plates kept apart by bars and disruptors.

10 - Element according to one of claims 1 to 9, characterized in that the absorber is connected to the wall of the envelope by at least a portion of its edges by means of bodies with low thermal conductivity.

Il - Element according to one of claims 1 to 10, characterized in that the width of the absorber is slightly less than the outside diameter of the envelope, said absorber extending substantially along a diameter of said envelope and being connected by its lateral edges to the internal wall of this envelope by bars, balls or rods made of material which is not very conductive of heat.

12 - Element according to one of claims 1 to 11, characterized in that the absorber Porne an angle with the horizontal inside the envelope which contains it.