FR2530788A1

FR2530788A1 - Plane absorber for a solar collector, process for the manufacture thereof, and collector employing such an absorber.

Info

Publication number: FR2530788A1
Application number: FR8212710A
Authority: FR
Inventors: Guy Ligier
Original assignee: Compagnie Francaise de Raffinage SA
Current assignee: Compagnie Francaise de Raffinage SA
Priority date: 1982-07-21
Filing date: 1982-07-21
Publication date: 1984-01-27
Also published as: GR79323B; IT8322168A0; IT1194331B; OA07501A; IT8322168A1

Abstract

The invention relates to an absorber for a solar collector. The absorber consists of two identical elements 10, 12 made from a conducting metal, preferably aluminium, which are obtained by extrusion and each comprise a single rectangular fin 14 which can terminate, on one of its longitudinal edges, in a semi-cylindrical portion 16 situated mainly beneath the plane of the fin, the said two elements being arranged side by side in such a way that their fins are in a same plane and that their semi-cylindrical portions complement each other to form a channel intended to receive a sealed duct 22 for the circulation of a heat-transfer fluid and are assembled by appropriate connection means 20.

Description

Absorbeur plan pour capteur solaire. son procédé de fabrication, et capteur utilisant un tel absorbeur.Flat absorber for solar collector. its manufacturing process, and sensor using such an absorber.

La présente invention concerne un absorbeur plan pour capteur solaire. The present invention relates to a flat absorber for solar collector.

Parmi les absorbeurs plans couramment utilisés pour capter l'énergie solaire, certains sont constitués par un profilé métallique, de preérence en aluminium, réalise en une seule pièce par extrusion et comprenant un canal longitudinal destiné à recevoir un tube en cuivre dans lequel circule le liquide caloporteur, et deux ailettes diamétralement opposes s'étendant tout le long du canal. Lesdites ailettes peuvent être éventuellement recouvertes sur leur face supérieure dune substance sélective à haut pouvoir absorbant et à faible pouvoir émissif vis-à-vis du rayonnement solaire, de sorte que l'énergie du rayonnement solaire se transforme sur les ailettes en énergie calorifique qui, par conduction, gagne le canal longitudinal et chauffe le liquide caloporteur. Among the flat absorbers commonly used to collect solar energy, some consist of a metal profile, preferably aluminum, produced in one piece by extrusion and comprising a longitudinal channel intended to receive a copper tube in which the liquid circulates. coolant, and two diametrically opposite fins extending along the channel. Said fins can optionally be covered on their upper face with a selective substance with high absorbency and low emissivity vis-à-vis solar radiation, so that the energy of solar radiation is transformed on the fins into heat energy which, by conduction, gains the longitudinal channel and heats the coolant.

Il va de soi que l'efficacité d'un tel absorbeur est dotant plus élevde que ses ailettes sont courtes et épaisses. It goes without saying that the effectiveness of such an absorber is endowed higher than its fins are short and thick.

Les ailettes peuvent avoir une épaisseur constante ou une épaisseur qui augmente depuis leur bord longitudinal libre jusqu'au tube. Le terme d'épaasseur utilisé dans ce qui suit désigne l'dpaisseur moyenne. The fins can have a constant thickness or a thickness which increases from their free longitudinal edge to the tube. The term thickener used in the following designates the average thickness.

Si l'on traçait la courbe d'efficacité des ailettes en fonction de l'inverse de l'épaisseur moyenne, on s'apercevrait que pour des épaisseurs d'ailettes faibles, l'absorbeur est relativement léger mais ltefficacité des ailettes est mauvaise ; par contre, pour les grandes épaisseurs, l'absorbeur est relativement lourd et donc cher, mais 1'efficacité est bonne et voisine de 1
L'expérience montre que, pour des ailettes dune largeur de 170 mm, le rapport qualité prix optimum est obtenu avec une épaisseur de 0,8 à 1,2 mm, mais on ne sait pas encore technologiquement extruder des absorbeurs en aluminium dans cette plage d'épaisseurs tout en ayant une grande largeur.En effet, plus 1'ab- sorbeur est large plus son extrusion met en jeu des pressions élevées qui posent des problèmes techniques insurmontables pour les presses de modèle courant. Ainsi, pour une largeur d'absorbeur de 170 mm, l'dpaisseur minimale permise est de 5,2 mm, qui est la valeur limite susmentionnée. Avec le même type de presse, pour une largeur d'absorbeur de 250 mm, ltépaisseur minimale correspon dantedevrait être d'environ 2,5 mm, ce qui est très audessus de ltépaisseur optimale.If we plotted the efficiency curve of the fins as a function of the inverse of the average thickness, we would see that for small fin thicknesses, the absorber is relatively light but the efficiency of the fins is poor; on the other hand, for large thicknesses, the absorber is relatively heavy and therefore expensive, but the efficiency is good and close to 1
Experience shows that, for fins with a width of 170 mm, the optimum value for money is obtained with a thickness of 0.8 to 1.2 mm, but it is not yet known technologically how to extrude aluminum absorbers in this range. thicknesses while having a large width. Indeed, the wider the absorber the more its extrusion involves high pressures which pose insurmountable technical problems for presses of current model. Thus, for an absorber width of 170 mm, the minimum permitted thickness is 5.2 mm, which is the abovementioned limit value. With the same type of press, for an absorber width of 250 mm, the corresponding minimum thickness should be approximately 2.5 mm, which is very much above the optimum thickness.

Or, pour des considérations aussi bien de rendement que de rapport qualité prix, il est justement souhaitable de réaliser des absorbeurs de 170 à 300 mm de largeur, largeurs que l'on ne sait pas extruder en faible épaisseur pour les raisons expliquées ci-dessus. However, for considerations of both yield and value for money, it is precisely desirable to make absorbers of 170 to 300 mm in width, widths which we cannot extrude in thin thickness for the reasons explained above. .

La présente invention a pour objet de réaliser des absorbeurs de grande largeur et dlépaisseur comprise dans la plage d'épaisseur optimale, c'est-à-dire une épaisseur moyenne comprise entre 0,8 et 1,2 mm pour une largeur d'ailette de 170 mm, et entre 1,3 et 1,7 pour une largeur d'ailette au moins égale à 250 mm. The object of the present invention is to provide absorbers of large width and thickness within the optimum thickness range, that is to say an average thickness of between 0.8 and 1.2 mm for a fin width. 170 mm, and between 1.3 and 1.7 for a fin width at least equal to 250 mm.

L'absorbeur selon 1'invention se caractérise en ce qu'il est constitué de deux éléments identiques en métal conducteur, de preférence en aluminium, obtenus par extrusion et comprenant chacun une seule ailette rectangulaire pouvant se terminer sur l'un de ses bords longitudinaux par une portion semi-cylindrique principalement située sous le plan de l'ailette, lesdits deux éléments étant disposes côte à côte de manière que leurs ailettes soient dans un plan et que leurs portions semi-cylindriques se complètent pour former un canal destiné à recevoir un conduit étanche pour la circulation dcun liquide caloporteur et étant assemblées par des moyens de solidarisation appropriés. The absorber according to the invention is characterized in that it consists of two identical elements of conductive metal, preferably aluminum, obtained by extrusion and each comprising a single rectangular fin which can terminate on one of its longitudinal edges by a semi-cylindrical portion mainly located under the plane of the fin, said two elements being arranged side by side so that their fins are in a plane and their semi-cylindrical portions complement each other to form a channel intended to receive a sealed conduit for the circulation of a heat-transfer liquid and being assembled by appropriate securing means.

Dans un mode de réalisation préféré de l'inventions lesdits moyens de solidarisation sont constitués par des clips ayant une certaine élasticité et en forme de bagues ouvertes, de rayon sensiblement égal à celui du canal et d'amplitude angulaire supérieure à 180 . In a preferred embodiment of the invention, said securing means consist of clips having a certain elasticity and in the form of open rings, of radius substantially equal to that of the channel and of angular amplitude greater than 180.

Selon l'invention, il soient possible de réaliser des capteurs d'épaisseur moyenne optimale ayant de grandes largeurs qu'il était impossible d'obtenir avec les absorbeurs en une seule pièce de la technique connue signales0 par exemple, pour réaliser selon l'invention un absorbeur de 250 min de large, on extrude deux éléments de 125 min de largeur chacun, auxquels il est techniquement possible de donner une épaisseur moyenne de l'ordre de 0,8 à 1,2 min sans risque de deformatione
La présente invention concerne également un capteur solaire comprenant notamment deux absorbeurs à deux elles ments selon l'invention, qui sont disposes cotte à cotte dans le même plan et un tube en cuivre en épingle à che veux dont les branches aller et retour passent respects vement dans les deux canaux parallèles définis par les dits absorbeurs.According to the invention, it is possible to produce sensors of optimum average thickness having large widths which it was impossible to obtain with the absorbers in a single piece of the known technique signalales0 for example, to produce according to the invention an absorber 250 min wide, two elements 125 min wide each are extruded, to which it is technically possible to give an average thickness of the order of 0.8 to 1.2 min without risk of deformation
The present invention also relates to a solar collector comprising in particular two absorbers with two elements according to the invention, which are arranged side by side in the same plane and a copper tube in a hairpin shape whose branches go and return pass respects vement in the two parallel channels defined by said absorbers.

Selon une saractéristique importante de l'invention, la portion courbe du tube peut entre entièrement contenue dans les limites de la surface des ailettes des abs or- beurs, et à cet effet, les portions semi-cylindriques appartenant aux deux éléments d'absorbeurs interieurs peuvent être scies à une de leurs extrémités sur une longueur suffisante pour permettre le libre passage de la portion courbe du tube. According to an important characteristic of the invention, the curved portion of the tube can between entirely contained within the limits of the surface of the fins of the absorbers, and for this purpose, the semi-cylindrical portions belonging to the two elements of absorbers interior can be sawed at one of their ends over a length sufficient to allow the free passage of the curved portion of the tube.

De cette manière, le tube, y compris sa portion cour be, reste dans les limites de l'encombrement du capteur
Ce n'est pas le cas pour les absorbeurs de la technique antérieure citée qui sont réalisés en une seule pièce et dans lesquels les ailettes sont radialement opposees par rapport au canal longitudinal. Celui-ci ne peut alors être scié, de sorte que la portion courbe du tube doit dépasser au-delà de la surface des absorbeurs, ce qui augmente l'encombrement du capteur.In this way, the tube, including its short portion be, remains within the dimensions of the sensor.
This is not the case for the absorbers of the cited prior art which are produced in one piece and in which the fins are radially opposite with respect to the longitudinal channel. It cannot then be sawn, so that the curved portion of the tube must protrude beyond the surface of the absorbers, which increases the size of the sensor.

Selon une autre caractéristique de l'invention, pour éviter les effets néfastes de la corrosion sur les surfaces de contact du canal et du tube, ce dernier comprend une couche interne en cuivre et une couche externe en aluminium. Les surfaces en contact étant réalisées dans le meme métal il n'y a plus de risque é corrosion. According to another characteristic of the invention, in order to avoid the harmful effects of corrosion on the contact surfaces of the channel and the tube, the latter comprises an internal layer of copper and an external layer of aluminum. Since the contacting surfaces are made of the same metal, there is no longer any risk of corrosion.

Un mode de réalisation de l'invention sera décrit à présent en regard des dessins annexés dans lesquels
La figure 1 est une vue en perspective d'un absorbeur selon l'invention
La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne
II-II de la figure t ; et
La figure 3 est une vue en perspective à partir de la face inférieure de deux absorbeurs tels qu'ils sont agencés dans un capteur solaire.An embodiment of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings in which
Figure 1 is a perspective view of an absorber according to the invention
Figure 2 is a sectional view along the line
II-II of Figure t; and
Figure 3 is a perspective view from the underside of two absorbers as arranged in a solar collector.

Avec référence aux figures 1 et 2, l'absorbeur est constitué de deux éléments d'absorbeurs distincts 10 et 12, réalisés par extrusion d'un métal à conductivité thermique élever, par exemple en aluminium. Chacun desdits éléments comprend une ailette rectangulaire 14 se terminant le long de l'un de ses bords longitudinaux par une portion profilée de forme semi-cylindrique 16 située principalement sous le plan de l'ailette et pratiquement tangeante à ce dernier le long dudit bord. La surface supérieure de l'ailette et la face interne de la portion semi-cylindrique sont recouvertes, par anodisation, d'une couche sélective à haut pouvoir absorbant,et à faible pouvoir émissif. With reference to Figures 1 and 2, the absorber consists of two separate absorber elements 10 and 12, produced by extrusion of a metal with high thermal conductivity, for example aluminum. Each of said elements comprises a rectangular fin 14 terminating along one of its longitudinal edges by a profiled portion of semi-cylindrical shape 16 situated mainly under the plane of the fin and practically tangent to the latter along said edge. The upper surface of the fin and the internal face of the semi-cylindrical portion are covered, by anodization, with a selective layer with high absorbency and low emissivity.

Les deux eléments d'absorbeurs sont accolés de ma manière que leurs portions semi-cylindriques se complètent pour former un canal cylindrique 18 et que leurs ailettes soient dans le même plan de part et d'autre du canal
Ils sont assemblés au moyen de clips (2 ayant une certaine élasticité et constitués par des bagues ouvertes, de rayon sensiblement égal au diamètre extérieur du canal 18 et d'anaplitude angulaire supérieure à 1800, par exemple de 2100.The two absorber elements are joined so that their semi-cylindrical portions complement each other to form a cylindrical channel 18 and that their fins are in the same plane on either side of the channel
They are assembled by means of clips (2 having a certain elasticity and constituted by open rings, of radius substantially equal to the outside diameter of the channel 18 and of angular anaplitude greater than 1800, for example 2100.

Le canal 18 est destine à recevoir un conduit 22, éventuellement en cuivre, dans lequel circule un fluide caloporteur. Le tube 22 a un diamètre externe sensiblement égal au diamètre interne du canal et, en raison de l'effet de serrage exercé par les clips 20, les portions semicylindriques 16 des élements d'absorbeurs sont en contact très serré avec le tube 22. Il en résulte que la chaleur collectée par les ailettes 14 est transmise par conduction avec de faibles pertes, au tube 22. The channel 18 is intended to receive a conduit 22, possibly made of copper, in which a heat transfer fluid circulates. The tube 22 has an external diameter substantially equal to the internal diameter of the channel and, due to the tightening effect exerted by the clips 20, the semi-cylindrical portions 16 of the absorber elements are in very tight contact with the tube 22. It as a result, the heat collected by the fins 14 is transmitted by conduction with low losses, to the tube 22.

Avantageusement, pour dviter la corrosion sur les surfaces de contact entre les parois du canal 18 et le tube 22, ce dernier comprend une couche interne en cuivre et une couche externe en aluminium. Advantageously, to prevent corrosion on the contact surfaces between the walls of the channel 18 and the tube 22, the latter comprises an internal layer of copper and an external layer of aluminum.

Comme le montre la figure 3, pour réaliser un capteur solaire plan, on utilise deux absorbeurs analogues à celui de la figure 1, que l'on dispose cate à cate dans le mame plan. Dans les deux canaux parallèles 18, 18t ainsi formés, passent les branches aller et retour d'un tube 22, éventuellement en cuivre, recourbé en épingle à cheveu. As shown in FIG. 3, to make a flat solar collector, two absorbers similar to that of FIG. 1 are used, which are placed side by side in the same plane. In the two parallel channels 18, 18t thus formed, pass the outward and return branches of a tube 22, possibly made of copper, bent in a hairpin.

Selon l'invention, la portion courbe 24 qui relie les branches aller et retour du tube ne dépasse pas au delà des limites des ailettes des absorbeurs. A cet effet, les portions semi-cylindriques 16 appartenant aux eléu ments d'absorbeurs intérieurs 12, 10' sont sciées à une extrémité sur une longueur suffisante pour permettre à la portion courbe de tube 24 de passer librement. Par contre, il n"est pas nécessaire de scier les portions semi-cylindriques des éléments d'absorbeurs extérieurs 10, 12t. According to the invention, the curved portion 24 which connects the outward and return branches of the tube does not exceed beyond the limits of the fins of the absorbers. To this end, the semi-cylindrical portions 16 belonging to the elements of interior absorbers 12, 10 ′ are sawn at one end over a length sufficient to allow the curved portion of tube 24 to pass freely. On the other hand, it is not necessary to saw the semi-cylindrical portions of the external absorber elements 10, 12t.

Lt encombrement du capteur incorporant de tels absorbeurs est donc réduit à celui de ces derniers, ce qui représente un grand gain en place par rapport aux abs or- beurs en une seule pièce dans lesquels les canaux tubulaires ne sont pas entièrement situés sous le plan des ailettes. Dans ce dernier cas en effet, il n'est pas possible de scier les canaux sur une portion de leur longueur, de sorte que la portion courbe du tube devra donc se trouver entièrement au-delà de la surface des absorbeurs. The overall dimensions of the sensor incorporating such absorbers is therefore reduced to that of the latter, which represents a great gain in place compared with the one-piece absorbers in which the tubular channels are not entirely located below the plane of the fins. In the latter case, in fact, it is not possible to saw the channels over a portion of their length, so that the curved portion of the tube must therefore lie entirely beyond the surface of the absorbers.

Les absorbeurs de la figure 3 sont incorporés à l'in térieur d'un caisson de type classique. The absorbers of Figure 3 are incorporated inside a conventional type box.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S

1.- Absorber for solar collector, characterized in that it consists of two identical elements (10), 12 in mental conductor, preferably in aluminum, obtained by extrusion and each comprising a single rectangular fin (14) which can be terminated on one of its longitudinal edges by a semi-cylindrical portion (%) mainly located under the plane of the fin, said two elements being arranged side by side so that their fins are in the same plane and their semi portions - cylindrical cylinders complement each other to form a channel intended to receive a sealed conduit (24 for the circulation of a heat-transfer liquid and being assembled by appropriate securing means (20.

2.- absorber according to claim 1, characterized in that the securing means are constituted by clips (20) having a certain elasticity and in the form of an open ring of diameter substantially equal to that of the channel and of angular amplitude greater than 1800.

3 - Absorber according to one of claims 1 and 2 characterized in that the conduit (22) comprises an inner layer of copper and an outer layer of aluminum.

4.- Absorber according to one of claims 1 to 3, characterized in that the extruded elements have an average fin thickness between 0.8 and 1.2 mm for a fin width of 170 mm.

5.- Absorber according to one of claims 1 to 3, characterized in that the extruded elements have an average fin thickness between 13 and 1t7 mm for a fin width of at least 250 min.

6.- flat solar collector, characterized in that it comprises two absorbers according to one of the preceding claims, which are arranged side by side in the same plane, and a conduit (22) curved in hairpin whose branches go and return pass in the two parallel channels (18, 18) of the two absorbers, the semi-cylindrical portions (16) belonging to the two interior absorber elements (12, 10 ') being sawn at one of their ends over a sufficient length to allow the curved portion (24) of the tube to pass freely while remaining entirely contained under the fins of the absorbers.

7.- Method of manufacturing the absorber according to one of claims 1 to 5? characterized in that two rectangular elements are extruded, each comprising a rectangular fin which can end on one of its rectangular edges by a semi-cylindrical portion, in that the two elements are assembled by placing their cate semi-cylindrical portions so that they form a cylindrical channel and by joining them by means of clips and in that one introw duit in said channel a metal tube for the circulation lation of a coolant