FR2585114A1 - Capteur d'energie solaire a changement de phase - Google Patents

Abstract

CAPTEUR D'ENERGIE SOLAIRE 10 A CHANGEMENT DE PHASE COMPORTANT UNE UNITE DE CAPTAGE 12 INCLINEE COMPRENANT UNE MULTIPLICITE DE TUBES 18 DE CAPTAGE DE L'ENERGIE SOLAIRE PARTIELLEMENT REMPLIS D'UN FLUIDE EN EQUILIBRE DE PHASES LIQUIDEVAPEUR AINSI QU'UN CONDENSEUR 14 ET UN CIRCUIT DE CONDENSEUR 36 DESTINE A LA CIRCULATION DE LA VAPEUR PROVENANT DES TUBES DE CAPTAGE, A LA CONDENSATION DE LADITE VAPEUR PAR ECHANGE AVEC UN FLUIDE D'UTILISATION ET AU RETOUR DE CONDENSATS LIQUIDES VERS LESDITS TUBES DE CAPTAGE. LES TUBES DE CAPTAGE 18 SONT RELIES ENTRE EUX A LEUR EXTREMITE HAUTE PAR UN COLLECTEUR DE VAPEUR 24 ET EN PARTIE BASSE PAR UNE CONDUITE D'EQUILIBRAGE 26, ET LE CIRCUIT DE CONDENSEUR COMPORTE UNE TUYAUTERIE UNIQUE 36 DESTINEE A LA CIRCULATION DE VAPEUR VERS LE CONDENSEUR 14 ET AU RETOUR DES CONDENSATS, RACCORDEE AU COLLECTEUR DE VAPEUR 24.

Description

CAPTEUR D'ENERGIE SOLAIRE A CHANGEMENT DE PHASE
La présente invention se rapporte à un capteur d'énergie solaire à changement de phase.

On connait des capteurs d'énergie solaire formés de tubes exposés au rayonnement solaire et partiellement remplis d'un fluide en équilibre de phases liquide/vapeur.

Les éléments communs à ces appareils sont d'une part une unité de captage de forme sensiblement plane, installée avec une certaine inclinaison de manière à intercepter les rayons solaires sous une incidence aussi proche que possible de la perpendiculaire ,dans laquelle sont disposés un certain nombre de tubes inclinés également et présentant de ce fait une extrémité basse et une extrémité haute ; et d'autre part un condenseur.

L'énergie solaire se transforme en énergie calorifique au niveau des tubes, et lorsque ceux-ci atteignent la température du condenseur, le fluide qu'ils contiennent se vaporise.

La vapeur qui se rassemble ainsi en partie haute des tubes est véhiculée vers le condenseur où elle échange son énergie calorifique avec un fluide d'utilisation, typiquement de l'eau, et se condense en phase liquide qui est ramenée vers les tubes de l'unité de captage.

Selon une première version connue, tous les tubes de l'unité de captage sont indépendants et comportent chacun un prolongement à leur extrémité haute, qui pénêtre dans le condenseur. Cette solution présente l'inconvénient d'obliger à prévoir autant de traversées de la cuve de condenseur qu'il y a de tubes de captage. Par contre, le retour des condensats s'effectue dans les tubes eux-mêmes et leurs prolongements de sorte qu'il y a, en régime établi, une coexistence des deux phases liquide et vapeur en tout point des tubes et de leurs prolongements, ce qui évite une surchauffe de la vapeur en partie haute des tubes et permet un rendement optimal.Selon certaines solutions connues, on prévoit même des moyens de rétention du liquide en retour du condenseur, répartis le long de chaque tube de captage, de façon à imposer cette coexistence des deux phases liquide/vapeur sur toute la longueur des tubes.

Selon une autre solution connue, les tubes de captage sont tous reliés à leur extrémité haute par un collecteur de vapeur et à leur extrémité basse par un collecteur de liquide. Un seul circuit part du collecteur de vapeur pour pénétrer dans le condenseur puis ressortir de celui-ci pour aboutir au collecteur de liquide. Ceci a l'avantage de réduire à deux le nombre de traversées de la cuve de condenseur, mais dans la mesure où le retour des condensats s'effectue directement depuis le condenseur vers le collecteur de liquide, il n'y a pas coexistence permanente de liquide et de vapeur en partie haute des tubes de captage, ce qui provoque une surchauffe de la vapeur et une perte de rendement dans certaines conditions de fonctionnement.

Pour pallier ces inconvénients, la présente invention propose un capteur d'énergie solaire à changement de phase, comportant une unité de captage sensiblement plane et inclinée comprenant une multiplicité de tubes de captage de l'énergie solaire également inclinés et partiellement remplis d'un fluide présentant un changement de phase liquide/vapeur à une température prédéterminée ainsi qu'un condenseur et un circuit de condenseur destiné à la circulation de la vapeur provenant des tubes de captage, à la condensation de ladite vapeur par échange avec un fluide d'utilisation et au retour de condensats liquides vers lesdits tubes de captage, caractérisé en ce que lesdits tubes de captage sont reliés entre eux à leur extrémité haute par un collecteur de vapeur et en partie basse par une conduite d'equilibrage, et en ce que ledit circuit de condenseur comporte au moins partiellement une tuyauterie unique destinée à la circulation de vapeur vers le condenseur et au retour des condensats depuis ce dernier, raccordée au collecteur de vapeur.

De la sorte, le nombre de traversées de la cuve du condenseur est ramené à une seule et unique traversée, ce qui facilite la fabrication en évitant les risques de fuite.

D'autre part, le retour des condensats s'effectue via le collecteur supérieur, ce qui assure leur retour dans les tubes du haut vers le bas et donc une coexistence permanente de liquide et de vapeur tout au long de ceux-ci.

Enfin, par comparaison avec les appareils où le retour des condensats s'effectue via le collecteur inférieur qui doit donc présenter une section suffisante à l'écoulement du débit total, la conduite reliant les extrémités inférieures des tubes dans l'appareil selon la présente invention a pour seul rôle de véhiculer un faible débit d'équilibrage entre les tubes qui présentent, en raison des tolérances de fabrication, des performances de captage différentes.

Les détails et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description qui va suivre, en se référant à la figure unique des dessins annexés qui est une vue schématique, en perspective et avec arrachements partiels, d'un capteur d'énergie solaire selon la présente invention.

Le capteur d'énergie solaire désigné dans son ensemble par la référence 10, se compose d'une unité de captage 12 et d'un condenseur 14 montés dans un boitier commun 16.

L'unité de captage 72 se compose de plusieurs tubes 16 agencés parallèlement dans la partie de boîtier correspondante qui présente à cet effet une forme générale parallélépipédique aplatie. Pour augmenter les performances de captage de l'énergie solaire, les tubes sont de préférence ailetés. Ils sont également fixés sur un support absorbeur qui peut être unique pour tous les tubes ou scindé en plusieurs supports absorbeurs unitaires. La face supérieure du boîtier est formée par une vitre 20, ou encore en règle générale par tout matériau en feuille transparente au rayonnement solaire (flèches 22), tout au moins à la gamme de rayonnement dite infra-rouge proche, et opaque au rayonnement infra-rouge lointain.

Les parois intérieures du boîtier sont revêtues d'un matériau réfléchissant, de telle sorte que la totalité du rayonnement solaire traversant la vitre 20 soit concentrée sur les tubes 18 et se transforme en énergie calorifique.

Un isolant convenable empeche les déperditions caloriques vers l'extérieur.

En fonctionnement, l'unité de captage 12 est installée en position inclinée de telle sorte que l'incidence moyenne du rayonnement solaire soit aussi proche que possible de la perpendiculaire. Les tubes 18 sont donc également inclinés dans le boîtier et présentent des extrémités hautes 18h et basses 18b. Ils sont reliés entre eux à leurs extrémités hautes par un collecteur 24, et à leurs extrémités basses par une conduite 26.

Comme connu, les tubes de l'unité de captage ainsi que l'ensemble du circuit qui sera décrit ci-après, sont remplis d'un fluide du type utilisé dans les installations frigorifiques, comme par exemple celui connu sous la dénominaton commerciale de Fréon, qui se présente en phase liquide dans les parties basses des tubes et en phase vapeur dans les parties hautes.

Sous l'effet de l'énergie calorifique captée par les tubes ailetés et leur support absorbeur le liquide se vaporise et la vapeur est rassemblée par le collecteur de vapeur 24 puis véhiculée vers le condenseur 14 comme on le verra ci-après.

Le condenseur 14 est disposé au voisinage de l'extrémité supérieure de l'unité de captage et se compose d'une cuve cylindrique 28 contenant un fluide d'utilisation, par exemple de l'eau, au moyen de tubulures d'entrée 30 et de sortie 32.

A l'intérieur de la cuve de condenseur 28 s'étendent un ou plusieurs tubes de condenseur 34, qui sont de préférence munis d'ailettes périphériques afin d'améliorer l'échange thermique entre la vapeur de Fréon et l'eau en circulation dans le condenseur.

Le Fréon en phase vapeur provient de l'unité de captage vers le condenseur et le Fréon liquide condensé retourne vers l'unité de captage au moyen d'un circuit de condenseur 36 qui conformément à l'invention consiste en un tube unique reliant le collecteur de vapeur 24 et le tube de condenseur 34.

Grâce à cette disposition, les condensats retournent vers l'unité de captage à contrecourant de la vapeur qui en provient et l'on évite une surchauffe de la vapeur en quelque point que ce soit de l'installation, surchauffe qui nuirait au bon rendement de l'appareil.

On note également qu'il n'y a qu'une seule traversée de la paroi de la cuve de condenseur ce qui minimise les problèmes techniques à cet égard.

Naturellement, la cuve de condenseur est entouré d'un calorifuge approprié.

Dans la mesure où les condensats s'écoulent en retour par l'extrémité supérieure des tubes de l'unité de captage eux-mêmes, la conduite inférieure 26 n'est théoriquement pas nécessaire.

Cependant, les tubes peuvent présenter entre eux des différences de rendement de sorte que la conduite inférieure 26 assure un équilibrage de la quantité de liquide entre les différents tubes.

Elle n'a donc pas besoin de présenter un diamètre aussi important que si elle devait véhiculer la totalité du débit de condensats en retour vers les tubes de captage.

Pour des raisons de compréhension, on a illustré à la figure les écoulements de condensats en flèches pleines et les écoulements de vapeur de Fréon en flèches ajourées.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1. Capteur d'énergie solaire (10) à changement de phase, comportant une unité de captage (12) sensiblement plane et inclinée comprenant une multiplicité de tubes (18) de captage de l'énergie solaire également inclinés et partiellement remplis d'un fluide en équilibre de phases liquide/vapeur ainsi qu'un condenseur (14) et un circuit de condenseur (36) destiné à la circulation de la vapeur provenant des tubes de captage, à la condensation de ladite vapeur par échange avec un fluide d'utilisation et au retour de condensats liquides vers lesdits tubes de captage, caractérisé en ce que lesdits tubes de captage (18) sont reliés entre eux à leur extrémité haute par un collecteur de vapeur (24) et en partie basse par une conduite d'equilibrage (26), et en ce que ledit circuit de condenseur comporte au moins partiellement une tuyauterie unique (36) destinée à la circulation de vapeur vers le condenseur (14) et au retour des condensats depuis ce dernier, raccordée au collecteur de vapeur (24).

2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit condenseur comprend au moins un tube de condenseur (34) s'étendant à l'intérieur d'une cuve de condenseur (28), contenant ledit fluide d'utilisation, et que ladite tuyauterie unique (36) s'étend depuis le collecteur de vapeur (24) jusqu'audit tube de condenseur (34).

3. Capteur selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits tubes de captage (18), ledit circuit de condenseur (36) et ledit condenseur (14) sont logés dans un boîtier commun (16).