FR2977008A1

FR2977008A1 - Collecteur solaire comportant un piege a gaz a proximite de sa paroi principale opposee a celle recevant le rayonnement solaire

Info

Publication number: FR2977008A1
Application number: FR1155484A
Authority: FR
Inventors: Laurent Joulaud; Jingwei Zhang
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2012-12-28

Abstract

L'invention concerne un collecteur solaire sous vide (1) comprenant une enceinte (2) à pression inférieure à la pression atmosphérique, d'épaisseur intérieure au moins égale à 10 mm, délimitée par au moins une feuille de verre trempé (3) constituant une première paroi principale et par une seconde paroi principale (4) reliée à la première de manière étanche par l'intermédiaire d'un cadre (5), ladite enceinte (2) contenant, à distance croissante de ladite feuille de verre trempé (3), un absorbeur du rayonnement solaire (6) en forme de feuille, en contact avec des tuyaux (7) de circulation d'un fluide caloporteur, caractérisé en ce qu'au moins un piège à gaz (20) est interposé entre au moins un tuyau (7) et la seconde paroi principale (4).

Description

COLLECTEUR SOLAIRE COMPORTANT UN PIEGE A GAZ A PROXIMITE DE SA PAROI PRINCIPALE OPPOSEE A CELLE RECEVANT LE RAYONNEMENT SOLAIRE L'invention concerne un collecteur solaire. Les collecteurs solaires absorbent la chaleur provenant du rayonnement solaire grâce à un absorbeur. Un fluide caloporteur circule dans des tuyaux collecteurs de chaleur fixés à l'absorbeur. Les tuyaux permettent de transporter la chaleur vers l'utilisateur et de maintenir l'absorbeur à une température raisonnable. Un tel collecteur permet par exemple de chauffer de l'eau pour des applications domestiques, de fournir de l'énergie thermique à un groupe frigorifique afin de fabriquer de l'air conditionné, de dessaler de l'eau de mer ou de purifier une eau en vue de fournir une eau potable, ou encore de sécher des matériaux dans une installation industrielle. L'invention vise particulièrement un collecteur solaire sous vide, dans lequel l'absorbeur et les tuyaux sont placés dans une enceinte à pression inférieure à la pression atmosphérique aussi faible que 10-3, 10-4 voire 10-5 mbar. Cette caractéristique procure une très bonne isolation thermique. Cependant, la différence de pressions entre la pression atmosphérique et celle de l'enceinte nécessite bien entendu une construction de l'ensemble étanche à l'air, et une résistance mécanique élevée des parois du collecteur solaire. Ainsi, lorsqu'il s'agit d'une feuille de verre, elle est avantageusement trempée de manière à résister à des différences de pressions de 100 à 120 MPa. Le niveau de vide atteint dans l'enceinte permet de réduire les pertes thermiques du collecteur solaire et ainsi de fonctionner à des températures de fluide plus élevées tout en garantissant un bon rendement. La demande de brevet W02009/149751 décrit l'utilisation d'un piège à gaz comme pompe pour améliorer le vide dans l'enceinte. Un piège à gaz, ou «getter» en anglais est une pièce de forme choisie, telle que de pastille ou similaire, notamment constituée de métaux oxydables (on utilise fréquemment les métaux alcalins ou alcalino-terreux), notamment frittés. Le piège à gaz permet de diminuer la pression d'une enceinte par absorption de gaz résiduels et oxydation des métaux le constituant. L'activation du piège à gaz, ayant pour effet notamment cette oxydation de ses métaux, se produit à température relativement basse, telle que 200 à 300 °C, à relativement élevée telle que 300 à 700 °C. Elle peut se faire par induction, c'est-à-dire application d'un champ magnétique extérieur à l'enceinte, le piège à gaz étant entouré d'une bobine qui chauffe par induction.

Dans la demande de brevet WO2009/149751, le piège à gaz est fixé proche de l'absorbeur constituant la source chaude, afin de réactiver le piège à gaz pendant la durée de vie du produit. Cependant, les pièges à gaz sont positionnés à un endroit du collecteur et ne sont pas répartis de façon homogène dans l'enceinte. De plus, l'appui des tuyaux sur les espaceurs métalliques est un contact direct métal/métal et donc des pertes par conduction peuvent avoir lieu à ces points de contact. Les inventeurs ont cherché à concevoir un collecteur solaire sous vide comportant un ou plusieurs pièges à gaz régulièrement réparti(s) sur toute l'étendue du collecteur solaire, et dont les pertes par conduction soient réduites. Cet objectif a été atteint par l'invention qui, en conséquence, a pour objet un collecteur solaire sous vide comprenant une enceinte à pression inférieure à la pression atmosphérique, d'épaisseur intérieure au moins égale à 10 mm, délimitée par au moins une feuille de verre trempé constituant une première paroi principale et par une seconde paroi principale reliée à la première de manière étanche par l'intermédiaire d'un cadre, ladite enceinte contenant, à distance croissante de ladite feuille de verre trempé, un absorbeur du rayonnement solaire en forme de feuille, en contact avec des tuyaux de circulation d'un fluide caloporteur, caractérisé en ce qu'au moins un piège à gaz est interposé entre au moins un tuyau et la seconde paroi principale. La pression dans l'enceinte est de valeur indiquée précédemment au plus égale à 10-3, de préférence 10.4 voire 10.5 mbar. La feuille de verre est trempée de manière à résister à des différences de pression d'au moins 80 MPa, de préférence 100 MPa et de manière particulièrement préférée 120 MPa. Le terme de cadre désigne ici un ou plusieurs éléments reliant la feuille de verre trempé et la seconde paroi principale du collecteur solaire, les maintenant et les fixant à distance l'une de l'autre de manière étanche aux gaz (air, gaz rares,...), aux liquides (eau...). Selon l'invention, au moins un piège à gaz est interposé entre au moins un tuyau et la seconde paroi principale, c'est-à-dire dans la zone du collecteur opposée à celle recevant en premier le rayonnement solaire. Dans cette proximité de la seconde paroi principale du collecteur, il est aisé de positionner un piège à gaz à l'aplomb du centre géométrique de cette seconde paroi principale, ou plusieurs répartis de manière homogène sur toute l'étendue de celle-ci.

De plus, le contact métal/métal des tuyaux et des espaceurs métalliques est ainsi aisément remplacé dans une plus ou moins grande mesure, au choix, par le contact métal/métal fritté ou équivalent des tuyaux et des pièges à gaz, qui est de nature à diminuer considérablement les pertes par conduction thermique. On peut utiliser un ou plusieurs pièges à gaz activable(s) à des températures de 250-300 °C atteintes par les tuyaux dans les phases chaudes dites de stagnation, ou à des températures plus basses, ou encore activable(s) par induction à des températures jusqu'à 700 °C, voire plus. On peut utiliser dans un collecteur solaire plusieurs pièges à gaz activables à différentes températures. Selon des caractéristiques préférées du collecteur solaire de l'invention : - l'absorbeur est maintenu à distance non nulle de la feuille de verre trempé par l'intermédiaire d'au moins un premier espaceur ; au moins un second espaceur est interposé entre les tuyaux et la seconde paroi principale ; - au moins un premier espaceur et au moins un second espaceur forment un ensemble intègre dont au moins une partie traverse au moins une perforation ménagée dans l'absorbeur ; ces premier(s) et second(s) espaceurs peuvent être venus de matière ; - au moins un second espaceur est interposé entre au moins un piège à gaz et la seconde paroi principale ; le piège à gaz est alors lui-même intercalé entre un tuyau et un second espaceur et, lorsque ce dernier est également métallique, le piège à gaz a notamment une fonction de rupteur du pont thermique et diminue les transferts thermiques par conduction par rapport à ceux qui se produisent en cas de contact direct entre tuyau et second espaceur; - au moins un piège à gaz est en contact avec la seconde paroi principale ; il peut alors assumer lui-même en partie la fonction de second espaceur, éventuellement à plusieurs pièges à gaz et/ou en coopération avec un second espaceur métallique tel qu'évoqué précédemment ; - au moins un piège à gaz est (sont) régulièrement réparti(s) sur (toute l'étendue de) la seconde paroi principale ; lorsqu'il n'y en a qu'un, il est ainsi avantageusement positionné au centre géométrique de la seconde paroi principale ; cependant, avantageusement, il en existe plusieurs pour faciliter un pompage optimal de gaz résiduel sur toute l'étendue de l'enceinte ; - la position d'au moins un piège à gaz est occupée par un isolant thermique ; il peut s'agir de céramique, de verre..., aptes à diminuer les pertes par conduction thermique entre tuyau et second espaceur, le cas échéant. La seconde paroi principale de l'enceinte est avantageusement constituée d'une autre feuille de verre trempé, ou d'un caisson tel que métallique ou similaire, dont les bords en excroissance par rapport à la seconde paroi principale de l'enceinte forment au moins une partie de cadre (reliant celle-ci à la première paroi principale de l'enceinte). Dans cette dernière réalisation, ce caisson est mis en forme par emboutissage ou autre de manière à présenter (intégrer, incorporer) au moins un second espaceur et/ou au moins un logement pour un piège à gaz. Le second espaceur intégré peut être alors en excroissance, et le logement intégré concave. L'invention est maintenant expliquée en référence à la Figure 1 en annexe, qui représente schématiquement un collecteur solaire sous vide conforme à l'invention. Le collecteur sous vide 1 de la Figure 1 délimite une enceinte 2 à pression de l'ordre de 10.3 - 10.5 mbar. Les deux parois principales de l'enceinte 2 sont constituées de deux feuilles de verre trempé 3, 4 de 4 mm d'épaisseur.

L'enceinte 2 contient des tuyaux 7 de cuivre ou d'aluminium de circulation d'un fluide caloporteur tel que l'eau, sur lesquels est fixé un feuillard 6 de 0,2 mm de cuivre ou de 0,4 mm d'aluminium muni d'un revêtement dit « sélectif », tel que d'oxynitrure de titane et de chrome. Ainsi constitué, le feuillard 6 absorbe environ 95 % du rayonnement solaire, et présente une émissivité de 5 % au plus calculée pour le rayonnement d'un corps noir à 100 °c. Le feuillard 6 est un absorbeur du rayonnement solaire. L'eau qui circule dans les tuyaux 7 évacue la chaleur de l'absorbeur 6, en permettant de le refroidir et le maintenir à une température au plus égale à des valeurs raisonnables. Le diamètre extérieur des tuyaux 7 est de 8 à 16 mm, de préférence de 9 à 14 mm, et ici de 10 mm et leur épaisseur de 0.5 à 2 mm, de préférence de 0.8 à 5 1.6 mm, et ici de 1 mm. L'absorbeur 6 est maintenu à distance fixe de la feuille de verre trempé 3 par des plots espaceurs 9 qui traversent chacun une perforation ménagée dans l'absorbeur 6. De même les tuyaux 7 sont maintenus à distance fixe de la feuille de verre trempé 4 par interposition d'un espaceur 10 couvrant essentiellement la totalité de la 10 surface de la feuille de verre trempé 4. L'espaceur 10 et les plots espaceurs 9 sont métalliques, et venus de matière. Ils peuvent cependant être réalisés, de manière alternative, en verre ou en céramique. L'enceinte 2 est fermée de manière étanche par un cadre 5 représenté schématiquement, qui peut comporter de plus des logements d'accueil des chants des 15 feuilles de verre trempé 3 et 4, des joints, moyens d'adhésion aux feuilles 3 et 4... Des pièges à gaz 20 ou getters sont intercalés entre les tuyaux 7 et l'espaceur 10. Ils sont régulièrement répartis (de façon homogène) dans l'enceinte 2. Isolants thermiques, leur présence diminue substantiellement les pertes thermiques par conduction par rapport à celles que l'on aurait si les tuyaux 7 étaient en contact avec 20 l'espaceur 10. Les pièges à gaz 20 sont en céramique métallique thermiquement isolante, notamment en oxyde métallique Zr, V, Mn, Fe... Etant en contact avec les tuyaux 7 métalliques, ils vont pouvoir être réactivés par contact avec une source chaude notamment pendant les fortes élévations de 25 température dans le collecteur solaire, par exemple lors des stagnations. Cela va permettre de maintenir un niveau de vide de qualité tout au long de la durée de vie du collecteur solaire. La distribution homogène des getters 20 dans l'enceinte 2 sous vide améliore le dégazage dans tout le collecteur solaire 1. 30

Claims

REVENDICATIONS1. Collecteur solaire sous vide (1) comprenant une enceinte (2) à pression inférieure à la pression atmosphérique, d'épaisseur intérieure au moins égale à 10 mm, délimitée par au moins une feuille de verre trempé (3) constituant une première paroi principale et par une seconde paroi principale (4) reliée à la première de manière étanche par l'intermédiaire d'un cadre (5), ladite enceinte (2) contenant, à distance croissante de ladite feuille de verre trempé (3), un absorbeur du rayonnement solaire (6) en forme de feuille, en contact avec des tuyaux (7) de circulation d'un fluide caloporteur, caractérisé en ce qu'au moins un piège à gaz (20) est interposé entre au moins un tuyau (7) et la seconde paroi principale (4).
2. Collecteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'absorbeur (6) est maintenu à distance non nulle de la feuille de verre trempé (3) par l'intermédiaire d'au moins un premier espaceur (9).
3. Collecteur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un second espaceur (10) est interposé entre les tuyaux (7) et la seconde paroi principale (4).
4. Collecteur (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un premier espaceur (9) et au moins un second espaceur (10) forment un ensemble intègre dont au moins une partie (9) traverse au moins une perforation ménagée dans l'absorbeur (6).
5. Collecteur (1) selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'au moins un second espaceur (10) est interposé entre au moins un piège à gaz (20) et la seconde paroi principale (4).
6. Collecteur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un piège à gaz (20) est en contact avec la seconde paroi principale (4).
7. Collecteur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un piège à gaz (20) est (sont) régulièrement réparti(s) sur la seconde paroi principale (4).
8. Collecteur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la position d'au moins un piège à gaz (20) est occupée par un isolant thermique.
9. Collecteur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde paroi principale (4) de l'enceinte (2) est constituée d'une autre feuille de verre trempé.
10. Collecteur (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la seconde paroi principale (4) de l'enceinte (2) est constituée d'un caisson dont les bords en excroissance par rapport à la seconde paroi principale (4) de l'enceinte (2) forment au moins une partie du cadre (5).
11. Collecteur (1) selon la revendication10, caractérisé en ce que ledit caisson est mis en forme de manière à présenter au moins un second espaceur (10) et/ou au moins un logement pour un piège à gaz (20).