FR2511487A1

FR2511487A1 - Water heating solar collector - has curved mounting for absorber, reducing pipework and heat losses

Info

Publication number: FR2511487A1
Application number: FR8115670A
Authority: FR
Inventors: Gerard Sevelinge
Original assignee: Creusot Loire SA
Current assignee: Creusot Loire SA
Priority date: 1981-08-13
Filing date: 1981-08-13
Publication date: 1983-02-18
Also published as: ES274654U; ES274654Y; GR76528B; OA07186A; FR2511487B1

Abstract

The solar collector has a surface (1) for reflection and concentration of solar rays towards an absorber (3). This surface is mounted on a framework (2) and the absorber is mounted at the end of a single mast (6,7) fixed to the centre of the surface of reflection perpendicular to it. The mast is in two parts, one (6) which is straight and one (7) which is curved, the joint between the two being by fixing brackets (64,74). The absorber (3) is connected to pipes (8) that supply and evacuate heat carrying fluid, the pipes being arranged inside the mast parts.

Description

L'invention a pour objet un capteur solaire utilisable notamment comme chaudière. The subject of the invention is a solar collector which can be used in particular as a boiler.

Un capteur solaire comprend, d'une façon générale, une surface de réflexion généralement incurvée en forme de parabolotde pour concentrer les rayons captés vers un absorbeur. Le bon fonctionnement du capteur suppose que la surface réfléchissante suivez glu cours de la journée, les mouvements du soleil de telle sorte que son axe reste toujours orienté vers celui-ci. A solar collector generally comprises a generally curved reflection surface in the form of a parabolot to concentrate the rays received towards an absorber. The correct functioning of the sensor supposes that the reflective surface follow glu during the day, the movements of the sun so that its axis always remains oriented towards it.

Ctest pourquoi, la surface réfléchissante est généralement monté sur une structure porteuse elle-même articule sur un bati de support muni dtun système d'orientation de la structure porteuse asservi à un viseur etpermettant de maintenir le pointage de la surface réfléchissante sur le soleil. This is why, the reflecting surface is generally mounted on a support structure itself articulated on a support frame provided with a system of orientation of the support structure slaved to a viewfinder and allowing to maintain the pointing of the reflective surface on the sun.

L'absorbeur doit évidemment resté maintenu dans la zone de concentration des rayons, généralement par trois pieds fixés à la peripherie de la structure porteuse du réflecteur. The absorber must obviously remain maintained in the area of concentration of the rays, generally by three feet fixed to the periphery of the supporting structure of the reflector.

Un tel montage ntest pas parfaitement rigide en raison des déformations possibles du bord de la structure pprteuse qui est souvent de grande dimension si lton veut capter une énergie appréciable. Par ailleurs, les pieds de fixation de l'absorbeur projettent une ombre sur le réflecteur et doivent donc & re assez minces ce qui diminuent leur rigidité. Such an assembly is not perfectly rigid because of the possible deformations of the edge of the protruding structure which is often of large size if it is desired to capture appreciable energy. Furthermore, the absorber mounting feet cast a shadow on the reflector and must therefore be fairly thin, which reduces their rigidity.

Enfin, l'absorbeur, dans le cas d'une chaudière, est relié à des conduites d'alimentation et a d'évacuation d'un fluide caloporteur qui doivent suivre les pieds de fixation puis revenir au centre de la structure porteuse pour passer par l'articulation. I1 en résulte une longueur de tuyauterie assez importante qui, moeme si elle est bien calorifugée, pénalise le rendement thermique de l'installation. Finally, the absorber, in the case of a boiler, is connected to supply and evacuation pipes of a heat transfer fluid which must follow the fixing feet then return to the center of the supporting structure to pass through. the joint. This results in a fairly long length of piping which, even if it is well insulated, penalizes the thermal efficiency of the installation.

L'invention a pour objet une nouvelle disposition permettant de remédier à l'ensemble de ces inconvénients. The subject of the invention is a new arrangement which makes it possible to remedy all of these drawbacks.

Selon l'invention, l'absorbeur est monté à l'extrémité d'un m & unique fixé au centre de la surface de réflexion perpendiculairement à celleci. According to the invention, the absorber is mounted at the end of a single pole fixed to the center of the reflection surface perpendicular to it.

Dans le cas où l'absorbeur est relié a des conduits d'alimentation et d'évacuation d'un fluide caloporteur, celles-ci sont disposées le long du mAt de support. In the case where the absorber is connected to supply and discharge conduits for a heat-transfer fluid, these are arranged along the support mAt.

Selon un mode de montage avantageux, le mat de support est constitué d'une première partie rectiligne fixé à son extrémité inférieure au centre de la surface de réflexion perpendiculairement à celle-ci et prolongé par une seconde partie cintrée de façon à contourner l'absorbeur fixé à son extrémité supérieure. According to an advantageous mounting method, the support mat consists of a first straight part fixed at its lower end to the center of the reflection surface perpendicular thereto and extended by a second curved part so as to bypass the absorber attached to its upper end.

L'invention sera mieux comprise grâce à la description d'un mode de réalisation particulier représenté sur le dessin annexé. The invention will be better understood from the description of a particular embodiment shown in the accompanying drawing.

La figure unique représente, en coupe axiale, la partie centrale d'un capteur solaire équipé d'un m8t de support de l'absorbeur selon l'invention. The single figure shows, in axial section, the central part of a solar collector equipped with a support m8t for the absorber according to the invention.

Le capteur solaire représenté sur la figure se compose essentiellement d'une surface de réflexion 1 fixée sur une structure porteuse dont on a représenté uniquement la partie centrale 2 et d'un absorbeur 3. The solar collector shown in the figure essentially consists of a reflection surface 1 fixed on a support structure of which only the central part 2 has been shown and an absorber 3.

Dans le cas classique où le capteur constitue une chaudière de production de vapeur, l'absorbeur 3 est relié à deux conduites 8, respectivement d'alimentation et d'évacuation du fluide caloporteur. In the conventional case where the sensor constitutes a steam production boiler, the absorber 3 is connected to two pipes 8, respectively for supplying and discharging the heat transfer fluid.

Selon-l'invention, l'absorbeur 3 est maintenu au foyer de la surface i par un mAt unique constitué de deux éléments 6 et 7 l'un rectiligne, l'autre courbe. According to the invention, the absorber 3 is maintained at the focal point of the surface i by a single mAt consisting of two elements 6 and 7 one straight, the other curved.

L'élément rectiligne 6 est fixé au centre de la structure porteuse 2 dans une direction pergeadiculaire à la surface réfléchissante 1* I1 se compose d'un tube rigide formant une colonne creuse munie à la partie supérieure de laquelle est fixée une plaque inclinée formant une bride de fixation 61. The rectilinear element 6 is fixed to the center of the supporting structure 2 in a direction pergeadicular to the reflecting surface 1 * I1 consists of a rigid tube forming a hollow column provided at the top of which is fixed an inclined plate forming a mounting flange 61.

Le second élément 7 du màt de support est constitué par deux tubes cintrés concentriquement 71 et 72 qui sont reliés entre eux par exemple par des entretoises 73 de façon à former une structure rigide. A leurs extrémités supérieures, les deux tubes peuvent être soudés en bout directement sur le corps de l'abserbeur 3. A leur partie inférieure, les deux tubes sont fixés sur une plaque 74 formant une bride munie de moyens de fixation amovible sur la bride 61 de l'élément inférieur 6. Les deux tubes 71 et 72 débouchent dans la bride 74 par des orifices qui correspondent à un ou deux orifices 62 de la bride 61 lorsque les deux brides sont fixées l'une sur l'autre. The second element 7 of the support mast consists of two concentrically bent tubes 71 and 72 which are connected together for example by spacers 73 so as to form a rigid structure. At their upper ends, the two tubes can be butt welded directly to the body of the absorber 3. At their lower part, the two tubes are fixed on a plate 74 forming a flange provided with removable fixing means on the flange 61 of the lower element 6. The two tubes 71 and 72 open into the flange 74 through orifices which correspond to one or two orifices 62 of the flange 61 when the two flanges are fixed to one another.

Les conduits de circulation du fluide caloporteur sont ménagées à l'intérieur des tubes constituant les deux éléments 6 et 7. Chaque conduite est constituée par une tuyauterie 8 entourée d'un calorifuge en forme de gaine tubulaire 80. The pipes for circulation of the heat transfer fluid are formed inside the tubes constituting the two elements 6 and 7. Each pipe is constituted by a pipe 8 surrounded by an insulator in the form of a tubular sheath 80.

Dans la partie supérieure (7) constituée de deux tubes cintrés, les deux conduits (8) sont enfilées avec leur gaine chacun dans l'un des tubes (71,72),qui ont chacune un diamètre interne égal à celui de la gaine calorifuge. In the upper part (7) consisting of two bent tubes, the two conduits (8) are threaded with their sheath each in one of the tubes (71,72), which each have an internal diameter equal to that of the heat-insulating sheath .

La partie rectiligne (6) est constituée par un tube dont le diamètre interne est égal à la somme des diamètres des deux gaines calorifuges, les pace entre les gaines restant vider Mais on pourrait aussi remplir complètement l'intérieur du tube d'une gaine calorifuge unique entourant l'en- semble des deux conduites (8). The rectilinear part (6) is constituted by a tube whose internal diameter is equal to the sum of the diameters of the two heat-insulating sheaths, the spaces between the sheaths remaining empty But we could also completely fill the inside of the tube with a heat-insulating sheath single surrounding all two pipes (8).

Les conduits 8 sont constitués chacun de plusieurs éléments de tuyauterie dont la forme et la longueur correspondent à celles des éléments 6 et 7 du mAt de support et qui sont reliés entre eux par soudure ou par des organes de jonctions tels que des raccords étanches (81). The conduits 8 are each made up of several piping elements whose shape and length correspond to those of elements 6 and 7 of the support mAt and which are connected together by welding or by joining members such as tight fittings (81 ).

Ainsi, chaque élément (6,7) du mSt peut être muni à l'avance des tu a ors, yauteries correspondantes, les raccords (81) étanvap\ arcés à la hauteur des brides de fixation 61 et 74. Thus, each element (6,7) of the mSt can be provided in advance with the a tu ors, corresponding yauteries, the fittings (81) etanvap \ arched at the height of the fixing flanges 61 and 74.

Mais on peut aussi fixer séparément la colonne 6 sur la structure porteuse 1 et prolonger les conduits placées à l'intérieur de la partie cintrée 7 par des parties rectilignes (86) entourés de leur calorifuge, qui s'enfilent au montage dans la colonne 6 et débouchent à la partie inférieure de celle-ci ou peuvent entre placés des organes de jonction avec les conduites placées-sur le bati de support. However, it is also possible to attach the column 6 separately to the support structure 1 and extend the conduits placed inside the curved part 7 by rectilinear parts (86) surrounded by their thermal insulation, which are threaded during assembly in the column 6 and lead to the lower part thereof or can between placed connecting members with the pipes placed on the support frame.

De la sorte, ltensesble peut Qtre monté facilement en atelier, la forme rectiligne ou cintrée des deux éléments 6 et 7 permettant d'introduire facilement et sans outillage particulier les tuyauteries 8 avec leur calorifuge 80 à l'intérieur des tubes correspondant. On peut également effectuer en usine une épreuve hydraulique des canalisations sur chacun des éléments ainsi constitués. In this way, ltensesble can be easily mounted in the workshop, the rectilinear or curved shape of the two elements 6 and 7 allowing the pipes 8 with their thermal insulation 80 to be easily inserted inside the corresponding tubes. It is also possible to carry out a hydraulic test of the pipelines at the factory on each of the elements thus formed.

L'ensemble du capteur solaire comprend donc un nombre limité d'éléments
- la structure porteuse 2 et la surface de réflexion 1 qui peuventel- les-m8mes entre divisées en éléments facilement transportables assemblés sur 1 site et
- le mat de support constitué de deux éléments, l'élément rectiligne 6 qui peut soit entre fixé à l'avance sur la partie centrale de la structure porteuse 2 soit ètre muni à sa partie inférieure d'une bride de fixation 65.The entire solar collector therefore includes a limited number of elements
the supporting structure 2 and the reflecting surface 1 which can be divided into easily transportable elements assembled on 1 site and
the support mat consisting of two elements, the rectilinear element 6 which can either be fixed in advance on the central part of the support structure 2 or be provided at its lower part with a fixing flange 65.

et 11 élément cintré 7 qui porte à une extrémité l'absorbeur 3 et à son autre extrémité la bride de fixation 74 sur ltélément rectiligne 6.and 11 curved element 7 which carries at one end the absorber 3 and at its other end the fixing flange 74 on the rectilinear element 6.

Ces différentes pièces qui ont pu ètre réalisées économiquement sont faciles à transporter et à monter sur le site. These different parts which have been produced economically are easy to transport and to assemble on site.

La rigidité de l'ensemble est importante grâce à la forme cintrée de l'élément supérieur 7, l'élément inférieur 6 pouvant être encastré sur la structure porteuse 2. En outre, cette rigidité peut être augmentée par un hau banage de l'absorbeur sur la'structure porteuse, les haubans ne produisant pas une ombre iaportante. En revanche, le mat de support de l'absorbeur selon l'invention projette une ombre réduite sur la surface réfléchissante puisqu'il est en parmanence dirigé vers le soleil. The rigidity of the assembly is important thanks to the curved shape of the upper element 7, the lower element 6 being able to be embedded on the supporting structure 2. In addition, this rigidity can be increased by a high shrinkage of the absorber on the load-bearing structure, the shrouds do not produce an iaportant shade. On the other hand, the absorber support mat according to the invention casts a reduced shadow on the reflecting surface since it is constantly directed towards the sun.

Cette nouvelle disposition permet de diminuer la longueur des tuyauteries et par conséquent-les déperditions thermiques. On notera également que la forme cintrée du support dégage les parties métalliques de la zone de concentration des rayons solaires et que les dilatations se traduisent par un déplacement de l'absorbeur le long de l'axe de la surface de réflexion l. This new arrangement makes it possible to reduce the length of the pipes and consequently the heat losses. It will also be noted that the curved shape of the support releases the metal parts of the area for concentrating the sun's rays and that the expansions result in a displacement of the absorber along the axis of the reflection surface l.

Enfin, il faut noter la facilité d'entretien de l'ensemble, chaque élément pouvant etre remplacé facilement. Finally, note the ease of maintenance of the assembly, each element can be replaced easily.

Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation qui vient d'être décrit, d'autres variantes pouvant être imaginées en utilisant des moyens équivalents. Of course, the invention is not limited to the details of the embodiment which has just been described, other variants being able to be imagined by using equivalent means.

Claims

1. Solar collector comprising a surface (1) for reflecting and concentrating the sun's rays towards an absorber (3) characterized in that the absorber is mounted at the end of a single mast (6, 7) fixed to the center of the reflection surface (1) perpendicular to that ciW

2. Solar collector according to claim 1, characterized in that the absorber is connected to pipes (8) supply and evacuation of heat transfer fluid disposed along the support mast (6, 7).

3. solar collector according to claim 1 characterized in that the support mast consists of a first part (6) rectilinear fixed at its lower end at the center of the reflection surface (1), perpendicular thereto and extended by a second part (7) curved so as to bypass the absorber (3) fixed at its upper end

4. Solar collector according to claim 3 characterized in that the two parts 6 and 7 of the support mat are separated and provided at their adjacent ends with fixing flanges (64 - 74) applying to one another.

5. solar collector according to claim 2, characterized in that at least the rectilinear part (6) of the support mast consists of a rigid tube inside which are threaded the conduits (8) for circulation of the fluid coolant, surrounded by an insulating material (80).

6. Solar collector according to claim 3 and 4 characterized in that at least the curved part (7) of the support mast consists of two parallel tubes (71 - 72) in which are threaded the two pipes (8) of supply and discharge of the heat transfer fluid, each pipe being surrounded by a heat-insulating tubular sheath with a diameter equal to the internal diameter of the corresponding tube (71 - 72).

7. solar collector according to claim 3 and 4 characterized in that the pipes (8) for circulation of the heat transfer fluid, surrounded by their heat insulation, are placed inside the second curved part (7) of the support mast and extended by a rectilinear part capable of being threaded into the first part (6) of the support mast.

8. Solar collector according to claim 5, characterized in that each pipe Ç8) for circulation of the heat transfer fluid consists of two elements (86 - 87) of shape corresponding to that of the elements of the support mast and opening through orifices in the fixing flanges (64 - 74), the adjacent ends of the pipe elements being provided with joining members (81).