FR2755216A1

FR2755216A1 - Solar heat collector tube

Info

Publication number: FR2755216A1
Application number: FR9613426A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 1998-04-30
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: FR2755216B1

Abstract

The collector tube comprises an evacuated glass envelope (3), which is sealed with ceramic baseplates (4), and which contains a heat exchange fluid in a pressurised circuit. The collector has a tubular collecting surface, which is formed from a copper cylinder (1) and has a selective surface treatment on its outer surface. A copper pipe (2) is enclosed in the outlet tube and forms a helix along the length of the tube inner wall to circulate the heat exchange fluid. The helical pipe can pass through two points of the glass envelope through the ceramic baseplates.

Description

La présente invention concerne un dispositif permettant å un capteur solaire tubulaire de type sous vide utilisant un fluide caloporteur en circuit force, de travailler avec le rayonnement solaire direct et indirect et d'apporter des facilites d'implantation sur un site, en supprimant les supports qui donnent au capteur l'inclinaison par rapport å une hauteur moyenne du soleil. The present invention relates to a device allowing a tubular solar collector of the vacuum type using a heat transfer fluid in a forced circuit, to work with direct and indirect solar radiation and to provide installation facilities on a site, by removing the supports which give the sensor the angle to an average height of the sun.

Généralement un capteur tubulaire sous vide est compose d'une enveloppe cylindrique borgne en verre, formant une sorte d'ampoule à simple ou double paroi, contenant une une surface de captage plane et oblongue avec au dos une tubulure faisant l'aller et le retour pour la circulation du fluide caloporteur. Le vide étant cree entre la double paroi de l'enveloppe, ou dans ltenceinte meme du cylindre. Generally a tubular vacuum sensor is composed of a cylindrical blind glass envelope, forming a kind of single or double walled bulb, containing a flat and oblong collecting surface with a back and forth tubing for circulation of the heat transfer fluid. The vacuum being created between the double wall of the envelope, or within the same enclosure of the cylinder.

L'ensemble des améliorations relatives aux capteurs solaires sous vide portent essentiellement sur : - Des systemes d'autoregulation des temperatures au niveau
des surfaces de captage. Exemples : . Le brevet européen, publication N EP 0 250 487 B1, déposé
le 23 Décembre 1986.All of the improvements relating to vacuum solar collectors mainly relate to: - Temperature self-regulation systems
catchment areas. Examples:. European patent, publication N EP 0 250 487 B1, filed
December 23, 1986.

. Le brevet international, publication N WO 91/17398 déposé
le 14 Novembre 1991. . International patent, publication N WO 91/17398 filed
November 14, 1991.

- Des systèmes de transfert de chaleur entre le capteur et
le fluide caloporteur. Exemple : . Le brevet international, publication N WO 92/18820 dépose
le 29 Octobre 1992.- Heat transfer systems between the sensor and
the heat transfer fluid. Example:. International patent, publication N WO 92/18820 files
October 29, 1992.

- Des systèmes d'etancheite et de mise sous vide. Exemple : . Le brevet Français, publication N 2 487 054, déposé
16 Juillet 1980.- Sealing and vacuum systems. Example:. French patent, publication N 2 487 054, filed
July 16, 1980.

- Des dispositifs comportant des surfaces sélectives de
captage, ainsi que des dispositifs pour la résistance aux
chocs thermiques. Exemples : . Le brevet Français, publication N 2 542 071, dépose le
16 Décembre 1982.- Devices comprising selective surfaces of
as well as devices for resistance to
thermal shock. Examples:. The French patent, publication N 2,542,071, files the
December 16, 1982.

. Dans cette catégorie, on peut également citer la marque
commerciale CORTEC, pour ses caracteristlques de liaisons
verre-metal. Eléments que l'on peut consulter dans l'avis
technique du CSTB N 14/82-133. . In this category, we can also cite the brand
CORTEC sales representative for its connection characteristics
glass-metal. Elements that can be consulted in the notice
CSTB technique N 14 / 82-133.

Tous ces dispositifs ne suppriment cependant pas le fait qu'il faille encore orienter la surface de captage perpendiculairement aux rayons solaires suivant un choix de valeurs moyennes d'azimut et de hauteur, en fonction respectivement des possibilités d'implantation et de la latitude du lieu d'exploitation envisagé. All these devices do not however eliminate the fact that it is still necessary to orient the collection surface perpendicular to the sun's rays according to a choice of average values of azimuth and height, depending respectively on the possibilities of location and the latitude of the place of proposed operation.

Actuellement, de part la conception technique du capteur tubulaire sous vide, la question de l'inclinaison par rapport à la hauteur est traitée industriellement de deux manières. Currently, due to the technical design of the vacuum tubular sensor, the question of tilting with respect to height is treated industrially in two ways.

Première manière. L'absorbeur plan, constitué d'une surface de captage plane et oblongue avec au dos une tubulure qui fait l'aller et le retour pour la circulation d'un fluide, est contenu dans un gros tube en verre borgne dans lequel le vide a été effectué. Ce tube avec son absorbeur constitue un capteur représentant un élément de base.First way. The flat absorber, consisting of a flat and oblong collection surface with a back pipe which makes the return and return for the circulation of a fluid, is contained in a large blind glass tube in which the vacuum has been done. This tube with its absorber constitutes a sensor representing a basic element.

Plusieurs éléments de base sont assemblés en usine cote à cote dans un même plan pour former un capteur solaire.Several basic elements are assembled in the factory side by side in the same plane to form a solar collector.

Dans le cas présent les éléments de base sont placés de manière à ce que les surfaces des absorbeurs soient toutes dans le meme plan que celui du capteur.In the present case, the basic elements are placed so that the surfaces of the absorbers are all in the same plane as that of the sensor.

L'ensemble constituant le capteur sera alors incliné à l'aide d'un support au grés des inclinaisons d'utilisation requises, ou posé à plat sur une surface préinclinée, telle une toiture.The assembly constituting the sensor will then be inclined using a support according to the inclinations of use required, or placed flat on a pre-inclined surface, such as a roof.

Ce procédé reprend les inconvenients majeurs des capteurs plans traditionnels avec leurs supports pour l'inclinaison; à savoir 1 'encombrement réduisant le choix des implantations et le surcoût occasionné par ces structures.This process takes up the major drawbacks of traditional planar sensors with their supports for tilting; namely the size reducing the choice of locations and the additional cost caused by these structures.

Deuxième manière. Comme dans le cas précédent, les éléments de base sont assemblés cote à cote dans un meme plan. Mais cette fois, les élément de base sont préorientés de manière à donner déjà aux absorbeurs 1 'inclinaison d'utilisation par rapport au plan général du capteur.Second way. As in the previous case, the basic elements are assembled side by side in the same plane. But this time, the basic elements are preoriented so as to already give the absorbers the inclination of use relative to the general plane of the sensor.

Le capteur pouvant alors entre posé directement à plat sur une façade, une toiture, une terrasse, sans l'intermédiaire de support pour donner l'inclinaison. The sensor can then be placed directly flat on a facade, a roof, a terrace, without the support intermediary to give the inclination.

L'inconvénient est la diversité des valeurs d'inclinaison à prendre en compte au montage en usine. The drawback is the diversity of tilt values to be taken into account during factory mounting.

A savoir, l'inclinaison donnee en fonction de la latitude d'un lieu, la préférence pour une utilisation hivernale ou estivale, l'éventuelle compensation de pente pour des toitures standards. Cette méthode nécessite donc des stocks importants, une approche commerciale trop technique, ce qui dans l'ensemble représente une démarche qui devient très vite trop lourde à gérer.Namely, the inclination given as a function of the latitude of a place, the preference for winter or summer use, the possible slope compensation for standard roofs. This method therefore requires large stocks, an overly technical commercial approach, which on the whole represents an approach which very quickly becomes too cumbersome to manage.

Quelles que soient ces méthodes, la problématique de l'inclinaison pour la hauteur est donc une caractéristique inhérente aux systèmes utilisant des absorbeurs plan. Whatever these methods, the problem of tilting for height is therefore an inherent characteristic of systems using plane absorbers.

Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. The device according to the invention overcomes these drawbacks.

I1 comporte en effet selon une première caractéristique, un absorbeur cylindrique formé d'un tube, dans lequel un tuyau est développé en spirale le long de sa paroi interne. I1 in fact comprises according to a first characteristic, a cylindrical absorber formed of a tube, in which a pipe is developed in a spiral along its internal wall.

Cet absorbeur cylindrique permet d'offrir, dans sa section longitudinale une surface identique quelque soit la hauteur du soleil. Les calculs d'insolation étant alors pris en compte sur la surface de la section longitudinale du cylindre.This cylindrical absorber makes it possible to offer, in its longitudinal section, an identical surface whatever the height of the sun. The insolation calculations are then taken into account on the surface of the longitudinal section of the cylinder.

Dans une deuxième caractéristique, il permet de travailler avec les rayonnements diffus et indirects sur tout le périmètre de l'absorbeur, c'est à dire sur les deux faces du capteur.In a second characteristic, it makes it possible to work with diffuse and indirect radiation over the entire perimeter of the absorber, that is to say on the two faces of the sensor.

Troisième caractéristique, le tuyau en spirale assurant l'échange thermique, débouche de part et d'autre de l'élément de base évoqué plus haut.Third characteristic, the spiral pipe ensuring the heat exchange, opens on either side of the basic element mentioned above.

Selon des modes particuliers de réalisation - L'absorbeur cylindrique et le tuyau en spirale sont en cuivre. Afin de permettre le jeux des dilatations radiales de 1 'ensemble, le cylindre comporte à 1 'extérieur sur toute sa longueur parallèlement à son axe longitudinale, quatre nervures en forme de V renversé, deux à deux perpendiculaires et diamétralement opposes. According to particular embodiments - The cylindrical absorber and the spiral pipe are made of copper. In order to allow the play of the radial expansions of the assembly, the cylinder has on the outside over its entire length parallel to its longitudinal axis, four ribs in the shape of an inverted V, two by two perpendicular and diametrically opposite.

La partie externe du cylindre reçoit un traitement de surface sur tout son périmètre pour devenir une surface de captage sélective.The outer part of the cylinder receives a surface treatment over its entire perimeter to become a selective collection surface.

Entre les nervures, le tuyau en spirale est fixé au cylindre par soudage à la molette.Between the ribs, the spiral pipe is fixed to the cylinder by welding with a seam wheel.

- Chaque extrémité de l'absorbeur, avec 1 'extrémité de la spirale redressée en un tube rectiligne à cet endroit, est montée sur une embase en céramique caractérisée par ses propriétés isolantes et mécaniques.- Each end of the absorber, with one end of the spiral straightened into a straight tube at this point, is mounted on a ceramic base characterized by its insulating and mechanical properties.

Ces embase en céramique, identiques pour chaque extrémité du capteur, sont de section cylindrique avec deux parties concentriques de différents diamètres.These ceramic bases, identical for each end of the sensor, are of cylindrical section with two concentric parts of different diameters.

Dans l'axe de révolution de 1 'embase, un perçage est aménagé pour laisser passer chaque extrémité rectiligne de la spirale pour que celle-ci débouche de part et d'autre à l'extérieur de 1 'élément de base.In the axis of revolution of the base, a bore is arranged to allow each rectilinear end of the spiral to pass so that it emerges on either side outside of the base element.

Le petit diamètre, coté interne du capteur, maintien mécaniquement l'extrémité de l'absorbeur, tandis que le grand diamètre assure la liaison et l'étanchéité avec le tube en verre dans lequel on aura fait le vide.The small diameter, on the internal side of the sensor, mechanically holds the end of the absorber, while the large diameter ensures the connection and sealing with the glass tube in which the vacuum is created.

Chaque face libre du grand et petit cylindre comporte un évidement conique dans l'axe du perçage.Each free face of the large and small cylinder has a conical recess in the axis of the bore.

Coté interne du capteur, 1 'évidement conique sur le petit diamètre va permettre le départ de la spirale.Internal side of the sensor, the conical recess on the small diameter will allow the departure of the spiral.

Coté externe du capteur, l'évidement conique sur le grand diamètre va permettre le logement d'un flasque en cuivre assurant l'étanchéité et le jeux des dilatations du tuyau en spirale qui débouche à l'extérieur du capteur.On the external side of the sensor, the conical recess on the large diameter will allow the housing of a copper flange ensuring the tightness and the play of the expansions of the spiral pipe which opens to the outside of the sensor.

Les liaisons verre-céramique et céramique-cuivre sont assurées avec une colle industrielle, tandis que le flasque et le tuyau, tous les deux en cuivre, sont brasés.The glass-ceramic and ceramic-copper connections are ensured with an industrial adhesive, while the flange and the pipe, both in copper, are brazed.

Les dessins annexés illustrent l'invention
La figure 1 représente une vue d'ensemble du dispositif selon 1 'invention. The accompanying drawings illustrate the invention
Figure 1 shows an overview of the device 1 according to the invention.

La figure 2 représente la coupe en plan de ce dispositif.Figure 2 shows the plan section of this device.

La figure 3 représente un schéma de l'assemblage des éléments de base en perspective cavalière. FIG. 3 represents a diagram of the assembly of the basic elements in a perspective perspective.

En référence à ces dessins, le dispositif comporte un absorbeur cylindrique (1), contenant un tuyau (2) développé en spirale le long de sa paroi interne. With reference to these drawings, the device comprises a cylindrical absorber (1), containing a pipe (2) developed in a spiral along its internal wall.

L'ensemble repose à l'intérieur d'un tube en verre (3) maintenu sous vide, sur deux embases en céramique (4) qui assurent l'étanchéité et le jeux des dilatations de la spirale (2) par l'intermédiaire d'un flasque en cuivre (5). The assembly rests inside a glass tube (3) maintained under vacuum, on two ceramic bases (4) which seal and play on the expansion of the spiral (2) through '' a copper flange (5).

Sur la partie externe de l'absorbeur, des nervures (6) sont aménagées pour le jeux des dilatations radiales.On the external part of the absorber, ribs (6) are arranged for the play of radial expansions.

Les tubes en verre (3) sont maintenus de part et d'autre par un bottier (7) regroupant les raccords hydrauliques.The glass tubes (3) are held on either side by a case (7) grouping together the hydraulic connections.

Selon une variante non illustrée le maintien de l'absorbeur peut être aidé par un système d'agrafe en position centrale à l'intérieur du tube en verre. According to a variant not illustrated, the maintenance of the absorber can be helped by a clip system in a central position inside the glass tube.

A tltre d'exemple non limitatif, l'absorbeur aura des dimensions de l'ordre de 80 mm de diamètre pour 1200 mm de longueur. As a nonlimiting example, the absorber will have dimensions of the order of 80 mm in diameter for 1200 mm in length.

Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux installations solaires thermiques. The device according to the invention is particularly intended for solar thermal installations.

Claims

1) Device for collecting solar rays in the category of tubular solar collectors of the vacuum type operating with a heat transfer fluid in a forced circuit, characterized in that it comprises a tubular collection surface made up of a copper cylinder ( 1), coated on its external part with a selective surface treatment, in which a pipe (2) also made of copper is developed in a spiral along its internal wall for the circulation of a heat transfer fluid.

2) Device according to claim 1 with regard to the modes of closing the glass tubes and the input modes of the hydraulic circuit outlet, characterized in that the spiral (2) contained in the cylindrical absorber (1) opens out from on either side of the glass tube (3) through ceramic bases (4).