FR3114379A1 - SOLAR DEVICE WITH CYLINDRO-PARABOLIC MIRRORS FOR HEATING A HEAT TRANSFER FLUID - Google Patents
SOLAR DEVICE WITH CYLINDRO-PARABOLIC MIRRORS FOR HEATING A HEAT TRANSFER FLUID Download PDFInfo
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Abstract
Le dispositif solaire à miroirs (1) cylindro-paraboliques de chauffage d’un fluide caloproteur, comporte au moins un miroir (1) cylindro-parabolique de chauffage du fluide caloporteur, au moins une conduite (7) de circulation et de chauffage du fluide caloporteur, ladite conduite (7) étant positionnée dans le volume ouvert (V) défini par ledit miroir (1), caractérisé en ce que chaque miroir (1) cylindro-parabolique est de forme allongée et fermé à chaque extrémité (5) par un support (6) fixé angulairement sur une face (3) d’un socle (2) de maintien au sol et en ce que chaque support (6) et chaque socle (2) sont pourvus d’un orifice de passage de chaque conduite (7) de circulation du fluide caloporteur. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1The solar device with cylindrical-parabolic mirrors (1) for heating a heat-transfer fluid, comprises at least one cylindrical-parabolic mirror (1) for heating the heat-transfer fluid, at least one conduit (7) for circulating and heating the coolant, said conduit (7) being positioned in the open volume (V) defined by said mirror (1), characterized in that each cylindrical-parabolic mirror (1) is elongated in shape and closed at each end (5) by a support (6) fixed angularly on one face (3) of a base (2) for maintaining the ground and in that each support (6) and each base (2) are provided with an orifice for the passage of each pipe ( 7) circulation of the heat transfer fluid. Figure to be published with abstract: Fig. 1
Description
La présente invention concerne un dispositif solaire à miroirs cylindro-paraboliques de chauffage d’un fluide caloporteur. Un tel fluide permet soit de produire de l’énergie, le fluide chauffé actionnant par exemple une turbine produisant de l’électricité, soit de chauffer un autre dispositif, par exemple une piscine, de l’eau sanitaire, des radiateurs domestiques ou autre.The present invention relates to a solar device with cylindrical-parabolic mirrors for heating a heat transfer fluid. Such a fluid makes it possible either to produce energy, the heated fluid actuating for example a turbine producing electricity, or to heat another device, for example a swimming pool, sanitary water, domestic radiators or other.
La technologie solaire de chauffage d’un fluide caloporteur est utilisée dans des dispositifs de production d’énergie à concentration thermodynamique. Ces dispositifs fournissent de la chaleur à haute température (de 250°C à 1000°C) par concentration du rayonnement solaire, cela en orientant, généralement au moyen de miroirs, les rayons du soleil en direction d’un organe à chauffer. Ce phénomène, connu et utilisé depuis l’antiquité, est mis en œuvre actuellement dans des procédés industriels pour, par exemple, actionner des turbines à vapeur afin de produire de l’électricité.Solar heat transfer fluid heating technology is used in thermodynamic concentration power generation devices. These devices provide heat at high temperature (from 250°C to 1000°C) by concentrating solar radiation, by directing, generally by means of mirrors, the rays of the sun in the direction of an organ to be heated. This phenomenon, known and used since antiquity, is currently used in industrial processes to, for example, drive steam turbines to produce electricity.
Les centrales solaires thermodynamiques actuels utilisent une grande quantité de miroirs qui font converger les rayons solaires vers un fluide caloporteur chauffé à haute température et qui produit de l’électricité par le biais de turbines à vapeur. Pour optimiser le rendement, il est fréquent que les miroirs réfléchissants suivent le mouvement du soleil lors de sa trajectoire journalière afin de capter et de concentrer les rayonnements tout au long du cycle solaire quotidien. Les miroirs cylindro-paraboliques sont relativement répandus aujourd’hui. Le foyer d’un miroir cylindro-parabolique est un axe, sur lequel est placé un tube absorbeur, ou récepteur, de couleur sombre, pour capter un maximum de rayonnement. Dans ce tube circule un fluide caloporteur, qui se réchauffe jusqu’à une température de plusieurs centaines de degrés Celsius, par exemple entre 250°C et 600°C. Le fluide chauffé est ensuite transporté jusqu’à un échangeur thermique qui centralise l’ensemble des fluides chauffés par les différents miroirs constitutifs de la centrale solaire thermodynamique.Current thermodynamic solar power plants use a large number of mirrors which converge the solar rays towards a heat transfer fluid heated to high temperature and which produces electricity through steam turbines. To optimize performance, reflecting mirrors often follow the movement of the sun during its daily path in order to capture and concentrate radiation throughout the daily solar cycle. Cylindrical-parabolic mirrors are relatively widespread today. The focus of a cylindro-parabolic mirror is an axis, on which is placed an absorber tube, or receiver, of dark color, to capture a maximum of radiation. In this tube circulates a heat transfer fluid, which heats up to a temperature of several hundred degrees Celsius, for example between 250°C and 600°C. The heated fluid is then transported to a heat exchanger which centralizes all the fluids heated by the various mirrors that make up the thermodynamic solar power plant.
On connait par EP-A-2 751 480, WO-A-2011 000 522, US-A-4 153 039, US-A-4 081 966, US-A-4 054 126 ou US-A-5 123 247 de telles centrales ou dispositifs, utilisant plusieurs miroirs cylindro-paraboliques ou des miroirs en auge, avec ou sans dispositif de suivi de la course du soleil. La plupart des solutions existantes sont destinées à réaliser des installations de grandes capacités, occupant plusieurs milliers de mètres carrés, voire plusieurs dizaines d’hectares. Pour cela elles intègrent des solutions plus ou moins complexes et couteuses de suivi du rayonnement solaire. Le but de telles installations est une production d’électricité d’une puissance similaire aux centrales traditionnelles, thermiques, nucléaires ou hydro-électriques. Aussi, de telles installations ne sont pas d’un montage et d‘une maintenance aisés, d’autant que la taille des installations est souvent importante. L’un des freins constatés à une large mise en œuvre de telles installations est un coût de fabrication et d’installation élevé. Aussi, il existe un besoin pour des installations plus simples et rapides à mettre en œuvre, d’un cout maitrisé et optimisant la surface utilisée afin de fournir de l’énergie plus facilement disponible et utilisable localement. De plus, l’utilisation actuelle des miroirs cylindro-paraboliques est majoritairement la production d’énergie dans des centrales solaires à concentration thermodynamique. L’emploi de tels miroirs pour d’autres applications est peu développé, du fait du cout et de la complexité des miroirs actuels.We know from EP-A-2 751 480, WO-A-2011 000 522, US-A-4 153 039, US-A-4 081 966, US-A-4 054 126 or US-A-5 123 247 such power stations or devices, using several cylindrical-parabolic mirrors or trough mirrors, with or without device for tracking the path of the sun. Most of the existing solutions are intended to create large-capacity installations, occupying several thousand square meters, or even several tens of hectares. To do this, they integrate more or less complex and expensive solutions for monitoring solar radiation. The purpose of such installations is to produce electricity of a power similar to traditional, thermal, nuclear or hydroelectric power stations. Also, such installations are not easy to assemble and maintain, especially since the size of the installations is often large. One of the observed obstacles to the wide implementation of such installations is the high manufacturing and installation cost. Also, there is a need for installations that are simpler and quicker to implement, with a controlled cost and optimizing the surface used in order to provide energy that is more easily available and usable locally. In addition, the current use of cylindrical-parabolic mirrors is mainly the production of energy in solar power plants with thermodynamic concentration. The use of such mirrors for other applications is underdeveloped, due to the cost and complexity of current mirrors.
C’est à ce besoin que se propose de remédier l’invention en proposant un dispositif solaire à miroirs cylindro-paraboliques de chauffage d’un fluide caloporteur aisé à fabriquer, avec un minimum de pièces, d’un montage facile et rapide, orientable selon la course du soleil, tout en étant facile à démonter si besoin, recyclable lorsque les matériaux utilisés sont tous métalliques et adapté à diverses utilisations basées sur le chauffage d’un fluide caloporteur, que ce fluide soit utilisé directement ou pour chauffer un autre fluide dit fluide de travail.It is this need that the invention proposes to remedy by proposing a solar device with cylindro-parabolic mirrors for heating a heat transfer fluid that is easy to manufacture, with a minimum of parts, easy and quick to assemble, orientable according to the course of the sun, while being easy to dismantle if necessary, recyclable when the materials used are all metallic and suitable for various uses based on the heating of a heat transfer fluid, whether this fluid is used directly or to heat another fluid said working fluid.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif solaire à miroirs cylindro-paraboliques de chauffage d’un fluide caloporteur, comportant au moins un miroir cylindro-parabolique de chauffage du fluide caloporteur par le rayonnement solaire, au moins une conduite de circulation et de chauffage du fluide caloporteur, ladite conduite étant positionnée dans le volume ouvert défini par ledit miroir, caractérisé en ce que chaque miroir cylindro-parabolique est de forme allongée et fermé à chaque extrémité par un support fixé angulairement sur une face d’un socle de maintien au sol et en ce que chaque support et chaque socle sont pourvus d’un orifice de passage de chaque conduite de circulation du fluide caloporteur.To this end, the subject of the invention is a solar device with cylindro-parabolic mirrors for heating a heat transfer fluid, comprising at least one cylindro-parabolic mirror for heating the heat transfer fluid by solar radiation, at least one circulation pipe and heating the heat transfer fluid, said pipe being positioned in the open volume defined by said mirror, characterized in that each cylindrical-parabolic mirror is of elongated shape and closed at each end by a support fixed angularly on one face of a base holding on the ground and in that each support and each base are provided with an orifice for the passage of each conduit for the circulation of the heat transfer fluid.
Ainsi, on dispose d’un nombre limité de pièces, à savoir des miroirs, des conduites, des socles et supports permettant de réaliser de façon simple et rapide un dispositif solaire de chauffage d’un fluide caloporteur. La fabrication et la maintenance sont aisées, du fait que le dispositif est réalisé à partir de pièces mécaniques ou de tôlerie de géométrie simple, avantageusement en métal. Par ailleurs, outre une rapidité de montage, une telle solution peut être installée dans de nombreux endroits du fait de sa capacité d’adaptation à la topographie des lieux. En effet, le nombre, la longueur des miroirs, voire leur forme, allongée rectiligne ou allongée courbe, est facilement adaptable aux besoins. De même, on peut envisager que les socles ne sont pas fixés définitivement au sol afin d’être déplaçables. L’ensemble du dispositif peut être démontable, ce qui permet une installation temporaire. On peut même envisager un dispositif monté sur une remorque de camion ou ferroviaire, sur une barge ou un ponton.Thus, there is a limited number of parts, namely mirrors, pipes, bases and supports, making it possible to produce a solar device for heating a heat transfer fluid in a simple and rapid manner. Manufacture and maintenance are easy, because the device is made from mechanical parts or sheet metal of simple geometry, advantageously made of metal. Moreover, in addition to quick assembly, such a solution can be installed in many places due to its ability to adapt to the topography of the place. Indeed, the number, the length of the mirrors, even their shape, elongated rectilinear or elongated curved, is easily adaptable to the needs. Similarly, one can consider that the bases are not permanently fixed to the ground in order to be movable. The entire device can be dismantled, allowing temporary installation. It is even possible to envisage a device mounted on a truck or railway trailer, on a barge or a pontoon.
Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l’invention, un tel dispositif peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes:According to advantageous but not mandatory aspects of the invention, such a device may include one or more of the following characteristics:
- Chaque support de miroir est pourvu d’une fente configurée en portion de parabole et adaptée pour recevoir une extrémité du miroir.- Each mirror support is provided with a slot configured as a parabola portion and adapted to receive one end of the mirror.
– Au moins une face du socle est pourvue d’orifices disposés en cercle autour de l’orifice de passage de la conduite, les orifices assurant le maintien, par un moyen connu en soi, en une orientation angulaire donnée du support par rapport à l’horizontale.– At least one face of the base is provided with orifices arranged in a circle around the passage orifice of the pipe, the orifices ensuring the maintenance, by a means known per se, in a given angular orientation of the support relative to the horizontal.
- Chaque face du socle est équipée de plusieurs supports.- Each side of the base is equipped with several supports.
- Chaque conduite comprend au moins deux tubes coaxiaux avec un espace entre les tubes, un tube interne véhicule le fluide caloporteur et traverse les socles, un tube externe est transparent et situé entre les socles.- Each pipe comprises at least two coaxial tubes with a space between the tubes, an internal tube conveys the heat transfer fluid and crosses the bases, an external tube is transparent and located between the bases.
– Au moins un organe à capacité thermique au moins égale à celle du tube interne véhiculant le fluide caloporteur est inséré sur au moins une partie dudit tube interne.– At least one member with a thermal capacity at least equal to that of the inner tube conveying the heat transfer fluid is inserted on at least a part of said inner tube.
– la conduite comprend au moins deux tubes externes, en matériau transparent, concentriques avec un espace entre eux.– the pipe comprises at least two external tubes, in transparent material, concentric with a space between them.
- Les extrémités des tubes sont maintenues en position dans un support comportant au moins deux reliefs cylindriques concentriques.- The ends of the tubes are held in position in a support comprising at least two concentric cylindrical reliefs.
- Le fond du relief de plus petit diamètre est ouvert pour le passage du tube interne, les extrémités du tube externe étant maintenues entre les reliefs, le fond du cylindre de plus grand diamètre étant borgne.- The bottom of the smaller diameter relief is open for the passage of the inner tube, the ends of the outer tube being held between the reliefs, the bottom of the larger diameter cylinder being blind.
- Au moins un support de rigidification du miroir et de maintien de la conduite est prévu sur la longueur du miroir, entre les socles.- At least one support for stiffening the mirror and holding the pipe is provided along the length of the mirror, between the bases.
- Le support de rigidification est configuré, en partie haute, en parabole de forme complémentaire à la section transversale du miroir.- The stiffening support is configured, in the upper part, as a parabola of complementary shape to the cross section of the mirror.
L’invention concerne également un kit de fabrication d’un dispositif solaire à miroirs selon une des caractéristiques précédentes comportant au moins des équerres et des pièces constitutives de deux socles, un miroir, une conduite, ainsi que des supports.The invention also relates to a kit for manufacturing a solar device with mirrors according to one of the preceding characteristics comprising at least brackets and constituent parts of two bases, a mirror, a pipe, as well as supports.
L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels:The invention will be better understood and other advantages thereof will appear more clearly on reading the following description, given solely by way of non-limiting example and made with reference to the appended drawings in which:
La figure 1 illustre une partie d’un dispositif solaire à miroirs cylindro-paraboliques de chauffage d’un fluide caloporteur conforme à l’invention. En l’espèce, le fluide caloporteur chauffé est véhiculé par une conduite, en direction d‘un dispositif permettant d‘utiliser l’énergie thermique ainsi produite, soit directement, par convection, par échange thermique ou par conduction pour chauffer un autre fluide contenu dans un réservoir tel qu’une piscine, une canalisation d‘eau sanitaire ou de chauffage, soit par transformation en énergie mécanique ou électrique à l’aide d’une turbine, cela de manière connue en soi. Ainsi, le dispositif permettant l’utilisation et/ou la transformation de l’énergie thermique n’est pas illustrée, du fait de la multiplicité des dispositifs utilisables et connus en soi. Le fluide caloporteur chauffé par le dispositif objet de l’invention est donc soit un fluide dit de travail lorsqu’il est utilisé directement soit employer pour chauffer un autre fluide, qui lui est le fluide de travail, dans le cas d’une utilisation indirecte.Figure 1 illustrates part of a solar device with cylindro-parabolic mirrors for heating a heat transfer fluid according to the invention. In this case, the heated heat transfer fluid is conveyed by a pipe, in the direction of a device making it possible to use the thermal energy thus produced, either directly, by convection, by heat exchange or by conduction to heat another fluid contained in a tank such as a swimming pool, a sanitary or heating water pipe, either by transformation into mechanical or electrical energy using a turbine, in a manner known per se. Thus, the device allowing the use and/or the transformation of thermal energy is not illustrated, due to the multiplicity of devices that can be used and are known per se. The heat transfer fluid heated by the device that is the subject of the invention is therefore either a so-called working fluid when it is used directly or used to heat another fluid, which is the working fluid, in the case of indirect use. .
La figure 1 représente, en vue de face, un miroir cylindro-parabolique 1 complet. Deux autres miroirs 1 sont partiellement illustrés. Le miroir 1 est de forme allongée et, ici, rectiligne, donc globalement en forme d’auge ou de goulotte. En d’autres termes, la section transversale d’un miroir est une portion de parabole. Ici, la section transversale de tous les miroirs 1 est identique. En variante, elle est différente. Dans d’autres modes de réalisation de l’invention, le miroir 1 a une section transversale plus ou moins fermée, en U voire en V à fond arrondi. De même il peut ne pas être rectiligne mais en portion de parabole selon sa plus grande dimension. FIG. 1 represents, in front view, a complete cylindrical-parabolic mirror 1. Two other mirrors 1 are partially illustrated. The mirror 1 is elongated and, here, rectilinear, therefore globally in the shape of a trough or chute. In other words, the cross section of a mirror is a portion of a parabola. Here, the cross section of all mirrors 1 is identical. Alternatively, it is different. In other embodiments of the invention, the mirror 1 has a more or less closed cross-section, U-shaped or even V-shaped with a rounded bottom. Similarly, it may not be rectilinear but in a portion of a parabola along its largest dimension .
Les miroirs 1 ont une longueur comprise généralement entre 1 m et 5 m, avec une longueur maximale de 20 m afin d’être transportable par la route.Avantageusement, les miroirs 1 ont une longueur comprise entre 1,5 m et 3 m. Ils sont réalisés en un matériau léger, insensiblement aux conditions environnementales extérieures, stable, adapté pour assurer la réverbération d’au moins 90% du rayonnement solaire et aisé à cintrer. Ainsi, avantageusement, un miroir 1 est obtenu par cintrage, manuel ou mécanisé, d’une tôle en acier inoxydable d’une épaisseur comprise entre 1 mm et 5 mm. Avec une tôle d’une épaisseur de 2 mm et une longueur d’environ 1,5 m, il est facile, pour une personne seule, de la cintrer ou rouler, par exemple directement sur le site de montage du miroir 1, pour autant que la personne dispose de l’outillage nécessaire. Dans tous les cas, les dimensions des tôles sont adaptées pour faciliter le stockage et le transport, par exemple en camion ou en container.The mirrors 1 have a length generally between 1 m and 5 m, with a maximum length of 20 m in order to be transportable by road . Advantageously, the mirrors 1 have a length of between 1.5 m and 3 m. They are made of a light material, insensitive to external environmental conditions, stable, suitable for ensuring the reverberation of at least 90% of solar radiation and easy to bend. Thus, advantageously, a mirror 1 is obtained by manual or mechanized bending of a stainless steel sheet with a thickness of between 1 mm and 5 mm. With a sheet with a thickness of 2 mm and a length of about 1.5 m, it is easy, for a single person, to bend or roll it, for example directly on the mounting site of the mirror 1, provided that the person has the necessary tools. In all cases, the dimensions of the sheets are adapted to facilitate storage and transport, for example by truck or container.
Le miroir 1 a une face avec un poli miroir destinée à recevoir le rayonnement solaire. Avantageusement cette face est munie d’un film protecteur. En variante, le miroir 1 est en un polymère ou un matériau composite recouvert d’un film réfléchissant, en aluminium ou autre.The mirror 1 has a face with a mirror polish intended to receive solar radiation. Advantageously, this face is provided with a protective film. Alternatively, the mirror 1 is made of a polymer or a composite material covered with a reflective film, aluminum or other.
Dans un autre mode de réalisation, le miroir n’est pas formé à partir d’une seule tôle mais de plusieurs. Typiquement, un miroir est réalisé à partir d’au moins deux demi-paraboles, selon la longueur du miroir final. Les parties constitutives du miroir peuvent être jointives ou non jointives, des espaces étant ménagés entre les parties.In another embodiment, the mirror is not formed from a single sheet but from several. Typically, a mirror is made from at least two half-parabolas, depending on the length of the final mirror. The constituent parts of the mirror can be contiguous or not contiguous, spaces being provided between the parts.
Le miroir 1 de la figure 1 est représenté en position horizontale. Il est maintenu dans cette position par deux socles de maintien au sol 2. Ici, les socles 2 sont de configuration géométrique et de dimensions identiques. En variante, ils sont différents, par leurs formes et/ou leurs dimensions. De même, ils peuvent être disposés de sorte à ce que le miroir 1 ne soit pas horizontal mais incliné, par exemple pour suivre la pente du sol. Par ailleurs, ici le terme sol recouvre autant un sol naturel qu’artificiel, par exemple une dalle en béton, une zone goudronnée ou encore le plancher d’un véhicule terrestre ou ferroviaire, un ponton ou le pont d’un navire lorsque le dispositif solaire est mobile.The mirror 1 of Figure 1 is shown in a horizontal position. It is held in this position by two ground holding pedestals 2. Here, the pedestals 2 are of identical geometric configuration and dimensions. As a variant, they are different, by their shapes and/or their dimensions. Similarly, they can be arranged so that the mirror 1 is not horizontal but inclined, for example to follow the slope of the ground. Moreover, here the term ground covers both natural and artificial ground, for example a concrete slab, a tarmacked area or even the floor of a land or rail vehicle, a pontoon or the deck of a ship when the device solar is mobile.
Les socles 2 sont formés, selon le mode de réalisation illustré, par deux équerres 3 en L maintenues parallèles entre elles par au moins un organe de liaison 4 configuré en U. En variante, les socles ont une autre forme géométrique et/ou sont réalisés selon une autre technique, par exemple, à partir de tubes métalliques ou autres. Les socles peuvent aussi être réalisés par une seule pièce ou équerre en T inversé ou en L, la stabilité étant obtenue par une épaisseur de la pièce. Les socles 2 sont, par exemple, en métal ou en un autre matériau rigide et insensible aux conditions environnementales extérieures. Ainsi ils peuvent être en polymère ou matériau composite. Selon le mode de réalisation illustré, on conçoit que les socles 2 sont aisément démontables et peuvent être stockés et transportés à plat, comme les tôles constitutives des miroirs. En variante, les socles 2 sont fabriqués à l’avance, par exemple par moulage. De même ils peuvent être pleins, ajourés ou non, en un ou plusieurs matériaux. Dans tous les cas, ils sont adaptés pour maintenir les miroirs 1 tout en étant faciles à fixer, de manière définitive ou amovible, sur un sol.The bases 2 are formed, according to the illustrated embodiment, by two L-shaped brackets 3 held parallel to each other by at least one U-shaped connecting member 4. Alternatively, the bases have another geometric shape and/or are made according to another technique, for example, from metal tubes or the like. The bases can also be made by a single piece or an inverted T or L bracket, the stability being obtained by a thickness of the piece. The bases 2 are, for example, made of metal or another rigid material that is insensitive to external environmental conditions. Thus they can be made of polymer or composite material. According to the illustrated embodiment, it is understood that the bases 2 are easily removable and can be stored and transported flat, like the constituent sheets of the mirrors. Alternatively, the bases 2 are manufactured in advance, for example by molding. Likewise, they can be solid, perforated or not, in one or more materials. In all cases, they are suitable for holding the mirrors 1 while being easy to fix, permanently or removable, to a floor.
Les extrémités 5 de chaque miroir 1 sont fermées par un support 6. Chaque support 6 assure la liaison du miroir 1 avec le socle 2, par fixation sur une équerre 3 constitutive d’une face latérale du socle 2The ends 5 of each mirror 1 are closed by a support 6. Each support 6 ensures the connection of the mirror 1 with the base 2, by fixing on a bracket 3 constituting a side face of the base 2
Une conduite 7 est illustrée à la figure 1, en position centrale dans le volume ouvert V défini par la concavité du miroir 1. La conduite 7 est orientée selon la plus grande dimension D du miroir. En variante, plusieurs conduites 7 parallèles sont positionnées dans le volume V et/ou sont disposées en faisceau. Afin de maintenir horizontale la conduite 7 et surtout afin de limiter tout cintrage du miroir 1 selon sa longueur, au moins un support 8 monté en position centrale dans le miroir est prévu de manière optionnelle, selon la longueur du miroir et l’épaisseur de la tôle constitutive du miroir. Le nombre et/ou la position de supports 8 est adapté au nombre de conduites 7 et/ou à leurs longueurs, donc à la dimension D et à l’épaisseur du miroir 1.A pipe 7 is illustrated in FIG. 1, in a central position in the open volume V defined by the concavity of the mirror 1. The pipe 7 is oriented along the largest dimension D of the mirror. As a variant, several parallel pipes 7 are positioned in the volume V and/or are arranged in a bundle. In order to keep the pipe 7 horizontal and above all in order to limit any bending of the mirror 1 along its length, at least one support 8 mounted in a central position in the mirror is optionally provided, depending on the length of the mirror and the thickness of the sheet metal of the mirror. The number and/or position of supports 8 is adapted to the number of pipes 7 and/or to their lengths, therefore to dimension D and to the thickness of mirror 1.
Comme cela apparait à la figure 1, la conduite 7 traverse les supports 6 et chaque socle 2, par passage dans des orifices ménagés dans les équerres 3. Chaque extrémité 9 des conduites 7 est fixée sur un support 10 pourvu d’un passage permettant la liaison avec un tube 11 disposé dans le socle 2, entre les équerres 3 afin de permettre la circulation du fluide caloporteur entre deux conduites 7 situées de part et d‘autre d’un socle 2. Il est à noter que le support 10 assure également le maintien et l’orientation des supports 6. En variante, plusieurs miroirs peuvent être montés sur un socle, avec des orientations différentes par rapport au soleil, cela afin d’optimiser le chauffage du fluide de la conduite positionnée dans chaque miroir.As shown in Figure 1, the pipe 7 passes through the supports 6 and each base 2, by passing through holes in the brackets 3. Each end 9 of the pipes 7 is fixed on a support 10 provided with a passage allowing the connection with a tube 11 arranged in the base 2, between the brackets 3 in order to allow the circulation of the heat transfer fluid between two pipes 7 located on either side of a base 2. It should be noted that the support 10 also provides maintaining and orienting the supports 6. As a variant, several mirrors can be mounted on a base, with different orientations relative to the sun, in order to optimize the heating of the fluid in the pipe positioned in each mirror.
En variante, il est possible d’avoir une conduite 7 dont la longueur unitaire est supérieure à celles d’un ensemble formé par un miroir 1 maintenu entre deux socles 2. Cela permet de limiter les zones de liaison entre les conduites 7, donc de facto de limiter les risques de fuite de fluide tout en facilitant la mise en place de la conduite 7 lorsque plusieurs miroirs 1 sont alignés et positionnés entre des socles 2.Une telle conduite 7, de grande longueur, est par exemple réalisée en un matériau souple, facilitant son stockage et son transport.As a variant, it is possible to have a pipe 7 whose unit length is greater than that of an assembly formed by a mirror 1 held between two bases 2. This makes it possible to limit the connection zones between the pipes 7, therefore to de facto to limit the risks of fluid leakage while facilitating the installation of the pipe 7 when several mirrors 1 are aligned and positioned between bases 2. Such a pipe 7, of great length, is for example made of a flexible material , facilitating its storage and transport.
Selon un mode de réalisation avantageux et tel qu’illustré à la figure 6, une conduite 7 est formée, de manière connue, par au moins un tube interne en cuivre 12 ou en un autre matériau ayant une conductivité thermique élevée, supérieure à 200 Watts par mètre-kelvin, inséré coaxialement dans au moins un tube en verre 13 ou dans un matériau similaire transparent. Entre les tubes en verre 13 et en cuivre 12, un espace annulaire 14 avec de l’air ou un autre gaz est prévu. De la sorte, on optimise le chauffage, rapide et homogène, du fluide présent dans le tube de cuivre 12, sachant que ce fluide circule dans le tube de cuivre 12. Selon un mode de réalisation de l’invention, le fluide caloporteur circulant dans le tube de cuivre 12 est de l’air. En variante, il s’agit d’un autre gaz ou d’un liquide tel qu’une huile de synthèse, de l’eau, un sel fondu ou autre.According to an advantageous embodiment and as illustrated in FIG. 6, a conduit 7 is formed, in known manner, by at least one inner tube made of copper 12 or of another material having a high thermal conductivity, greater than 200 Watts per meter-kelvin, inserted coaxially in at least one glass tube 13 or in a similar transparent material. Between the glass 13 and copper 12 tubes, an annular space 14 with air or another gas is provided. In this way, the heating, rapid and homogeneous, of the fluid present in the copper tube 12 is optimized, knowing that this fluid circulates in the copper tube 12. According to one embodiment of the invention, the heat transfer fluid circulating in the copper tube 12 is air. Alternatively, it is another gas or liquid such as synthetic oil, water, molten salt or the like.
Dans un autre mode de réalisation, la conduite comprend deux, voire plus, tubes concentriques avec des espaces ménagés entre eux, les tubes étant en verre ou en un matériau transparent similaire. Une telle construction permet d’améliorer l’isolation et donc le maintien en température du tube interne 12. De même, en variante avantageuse, au moins un organe ayant une capacité thermique au moins égale, de préférence supérieure à la capacité thermique du tube interne 12 est introduit dans ce dernier. Il s’agit, par exemple, d’au moins une barre en fonte, en métal, en granit, en verre, un tube avec un sel fondu ou un organe en un autre matériau inséré longitudinalement sur au moins une partie de la longueur du tube interne 12, en position centrale afin de ne pas gêner la circulation du fluide caloporteur dans le tube interne 12. La présence d’un tel organe, non illustré pour faciliter la lecture, permet un maintien en température de l’intérieur du tube interne 12 et donc d’assurer le chauffage du fluide caloporteur en absence d’un rayonnement solaire suffisant.In another embodiment, the conduit comprises two or more concentric tubes with spaces between them, the tubes being of glass or similar transparent material. Such a construction makes it possible to improve the insulation and therefore the temperature maintenance of the inner tube 12. Similarly, as an advantageous variant, at least one member having a heat capacity at least equal, preferably greater than the heat capacity of the inner tube 12 is introduced into the latter. This is, for example, at least one bar of cast iron, metal, granite, glass, a tube with molten salt or a member of another material inserted longitudinally over at least part of the length of the inner tube 12, in a central position so as not to impede the circulation of the heat transfer fluid in the inner tube 12. The presence of such a device, not shown for ease of reading, allows the temperature of the interior of the inner tube to be maintained 12 and therefore ensure the heating of the heat transfer fluid in the absence of sufficient solar radiation.
Les extrémités 9 du tube en verre 13, constitutives de facto des extrémités de la conduite 7 sont fixées dans un support 10. Le support 10, particulièrement visible à la figure 6, est un organe avantageusement monobloc réalisé par usinage, moulage ou autre technique connue en soi. Le support 10 comprend un corps principal 15 entouré par une partie plane 16 pourvue en périphérie d’au moins deux orifices 17. On conçoit que le nombre d’orifices est adapté au nombre et/ou dimensions et/ou formes des tubes, externe et interne, constituant la conduite 7. Le corps principal 15 comporte, sensiblement en position médiane, un relief cylindrique 18 s’étendant perpendiculairement à partir du plan général de la partie 16. Le relief 18 est formé de deux cylindres 180, 181 concentriques. Un espace libre entre les cylindres 180, 181 a des dimensions et une forme adaptées pour définir un logement de réception d’une extrémité 9 du tube de plus grand diamètre, ici le tube en verre 13, avec un jeu minimal. En d’autres termes, le cylindre 181 de plus grand diamètre est borgne. Avantageusement, un joint annulaire est prévu entre les reliefs 180, 181 afin de minimiser toute fuite d’air contenu initialement dans l’espace 14. Les reliefs cylindriques 180, 181, sont soit rapportés par des techniques connues en soi comme la soudure, le vissage ou le collage, soit usinés dans la masse du support 10. Ils définissent des moyens de guidage et de maintien d’une partie de la conduite 7, à savoir des extrémités du tube externe 13 qui ne traverse pas les socles 2. Lorsque la conduite 7 comprend plus de deux tubes concentriques, en particulier dans le cas où un organe à forte capacité thermique est introduit dans le tube interne 12, on assure le maintien en position de la conduite avec des bagues, en complément des reliefs 180, 181.The ends 9 of the glass tube 13, de facto constituting the ends of the pipe 7 are fixed in a support 10. The support 10, particularly visible in Figure 6, is an advantageously one-piece member made by machining, molding or other known technique. in itself. The support 10 comprises a main body 15 surrounded by a flat part 16 provided on the periphery with at least two orifices 17. It is understood that the number of orifices is adapted to the number and/or dimensions and/or shapes of the tubes, external and internal, constituting the pipe 7. The main body 15 comprises, substantially in the middle position, a cylindrical relief 18 extending perpendicularly from the general plane of the part 16. The relief 18 is formed of two cylinders 180, 181 concentric. A free space between the cylinders 180, 181 has dimensions and a shape adapted to define a housing for receiving one end 9 of the larger diameter tube, here the glass tube 13, with minimal clearance. In other words, the larger diameter cylinder 181 is blind. Advantageously, an annular seal is provided between the reliefs 180, 181 in order to minimize any leakage of air initially contained in the space 14. The cylindrical reliefs 180, 181 are either attached by techniques known per se such as welding, screwing or gluing, or machined in the mass of the support 10. They define means for guiding and holding a part of the pipe 7, namely the ends of the outer tube 13 which does not pass through the bases 2. When the pipe 7 comprises more than two concentric tubes, in particular in the case where a member with a high heat capacity is introduced into the inner tube 12, the pipe is held in position with rings, in addition to the reliefs 180, 181.
Comme cela apparait à la figure 6, le tube interne en cuivre 12, se prolonge à l’extérieur du support 10. Pour cela, le tube 12 passe par le fond ouvert 19 du cylindre 180 de plus petit diamètre. En d’autres termes, un relief cylindrique 180 est ouvert aux extrémités, alors que l’autre relief cylindrique 181 de plus grand diamètre est borgne. Ainsi, le tube 12 peut être soudé, de manière connue en soi ou connecté par un autre moyen, par exemple par un raccord ou un joint, avec un autre tube 12, cela avantageusement entre les équerres 3 d’un socle 2. De la sorte, la partie connectée de deux tubes de cuivre 12 forme le tube 11 positionné dans chaque socle 2, entre les équerres 3. On conçoit que la liaison entre tubes de cuivre 12 peut se faire en dehors du socle 2 ou uniquement au niveau de certains socles 2, selon la longueur initiale du tube 12.As shown in Figure 6, the inner copper tube 12 extends outside the support 10. For this, the tube 12 passes through the open bottom 19 of the cylinder 180 of smaller diameter. In other words, a cylindrical relief 180 is open at the ends, while the other cylindrical relief 181 of larger diameter is blind. Thus, the tube 12 can be welded, in a manner known per se or connected by another means, for example by a coupling or a joint, with another tube 12, this advantageously between the brackets 3 of a base 2. so, the connected part of two copper tubes 12 forms the tube 11 positioned in each base 2, between the brackets 3. It is understood that the connection between copper tubes 12 can be made outside the base 2 or only at certain bases 2, according to the initial length of the tube 12.
Comme cela ressort de la figure 2 illustrant une face externe d’une équerre 3, il est possible de configurer celle-ci en diverses formes, afin d’avoir divers aspects visuels de l’ensemble du socle 2. Dans tous les cas, l’équerre 3 comprend une partie 20 formant une zone d’appui plane sur un sol. Comme cela apparait à la figure 2, des perçages 21 ménagés dans la partie 20 permettent de fixer, définitivement ou non, l’équerre 3 au sol.As shown in Figure 2 illustrating an outer face of a bracket 3, it is possible to configure it in various shapes, in order to have various visual aspects of the entire base 2. In all cases, the bracket 3 comprises a part 20 forming a flat support zone on the ground. As shown in Figure 2, holes 21 made in the part 20 make it possible to fix, definitively or not, the bracket 3 to the ground.
En partie haute de l’équerre 3, destinée à supporter le miroir 1, des orifices 22 et 23 sont disposés, ici régulièrement, en cercle autour d’un orifice central 24. L’orifice 24 est adapté pour assurer le passage du tube en cuivre 11 ou 12 selon la configuration retenue. Les orifices 22 ont un nombre, un diamètre et un écartement correspondant aux orifices 17 ménagés dans la partie plate 16 du support 10 de l’extrémité 9 de la conduite de fluide. les orifices 22 et 17 permettent la fixation, définitive ou non, par boulonnage ou rivetage ou toute autre technique connue en soi du support 10 sur le socle 2.In the upper part of the bracket 3, intended to support the mirror 1, orifices 22 and 23 are arranged, here regularly, in a circle around a central orifice 24. The orifice 24 is adapted to ensure the passage of the tube in copper 11 or 12 depending on the configuration selected. The orifices 22 have a number, a diameter and a spacing corresponding to the orifices 17 made in the flat part 16 of the support 10 of the end 9 of the fluid pipe. the orifices 22 and 17 allow the fixing, definitive or not, by bolting or riveting or any other technique known per se of the support 10 on the base 2.
De façon similaire, les orifices 23 correspondent à des orifices 27 ménagés dans un support 6 illustré à la figure 4. Les orifices 23 et 27 permettent le maintien, définitif ou non, dans une orientation donnée du support 6 du miroir 1 sur le socle 2, par boulonnage, vissage ou rivetage. On conçoit que, du fait du nombre d’orifices 23 prévus, on peut orienter la concavité, donc un plan moyen du volume V du miroir 1 selon diverses positions angulaires par rapport à l’horizontale, cela en faisant pivoter le miroir 1 dans un plan horizontal autour de son axe longitudinal dont la direction est parallèle au tube 12. En d‘autres termes, si les tubes 12 et 13 sont fixes une fois maintenus en position entre deux socles 2, le miroir peut être monté en différentes positions angulaires autour de la conduite 7, selon la trajectoire du soleil. Selon une variante économiquement avantageuse, l’orientation est effectuée une seule fois, lors du montage. En variante, le changement d’orientation du miroir 1 peut être effectué à tout moment, le support 6 du miroir 1 étant alors monté mobile, par exemple, sur un rail avec des galets, le déplacement du support 6 étant motorisable. En variante, la fixation du support 6 est obtenue par boulonnage, ce qui permet un déplacement manuel du miroir 1 par déboulonnage.Similarly, the orifices 23 correspond to orifices 27 made in a support 6 illustrated in FIG. 4. The orifices 23 and 27 allow the maintenance, definitive or not, in a given orientation of the support 6 of the mirror 1 on the base 2 , by bolting, screwing or riveting. It is conceivable that, due to the number of orifices 23 provided, the concavity, and therefore an average plane of the volume V of the mirror 1, can be oriented according to various angular positions with respect to the horizontal, this by causing the mirror 1 to pivot in a horizontal plane around its longitudinal axis whose direction is parallel to the tube 12. In other words, if the tubes 12 and 13 are fixed once held in position between two bases 2, the mirror can be mounted in different angular positions around of conduit 7, according to the trajectory of the sun. According to an economically advantageous variant, the orientation is carried out only once, during assembly. Alternatively, the orientation of mirror 1 can be changed at any time, support 6 of mirror 1 then being movably mounted, for example, on a rail with rollers, the movement of support 6 being motorizable. Alternatively, the fixing of the support 6 is obtained by bolting, which allows manual movement of the mirror 1 by unbolting.
La figure 3 illustre un support 6 en position sur une équerre 3. Le support 6, comme cela ressort également à la figure 4, comporte un corps principal plan 25, globalement en forme de plaque. Une fente 26, en forme de portion de parabole, complémentaire à la section transversale du miroir 1, est ménagée dans le corps 25. La longueur et la largeur de la fente 26 sont adaptées à la largeur et à l’épaisseur du miroir 1. Comme évoqué précédemment, il est aisé, à partir d’une tôle métallique de cintrer cette dernière et d’introduire une de ses extrémités 5 dans la fente 26 pour la maintenir en position, l’extrémité 5 pénétrant suffisamment dans la fente 26 pour être maintenue. En d‘autres termes, la longueur nominale d’un miroir est légèrement supérieure à l’écartement défini entre deux supports 6 placés en vis-à-vis sur des socles 2.Figure 3 illustrates a support 6 in position on a bracket 3. The support 6, as also apparent from Figure 4, comprises a flat main body 25, generally in the form of a plate. A slot 26, in the shape of a parabola portion, complementary to the cross section of the mirror 1, is provided in the body 25. The length and the width of the slot 26 are adapted to the width and the thickness of the mirror 1. As mentioned above, it is easy, starting from a metal sheet, to bend the latter and to introduce one of its ends 5 into the slot 26 to hold it in position, the end 5 penetrating sufficiently into the slot 26 to be maintained. In other words, the nominal length of a mirror is slightly greater than the spacing defined between two supports 6 placed opposite each other on bases 2.
Les orifices 27, ici au nombre de trois, sont prévus dans le corps 25 du support 6, au-dessus de la fente 26 en regardant les figures 3 ou 4. En les mettant en regard avec des orifices 23 définis, on maintient selon une orientation donnée le miroir, comme mentionné précédemment. Pour faciliter la lecture, la position illustrée à la figure 3 correspond à un miroir 1 dont la concavité est orientée vers le haut, donc avec un plan moyen de la section transversale du miroir sensiblement horizontal, pour recevoir un rayonnement solaire zénithal.The orifices 27, here three in number, are provided in the body 25 of the support 6, above the slot 26 looking at FIGS. 3 or 4. orientation given the mirror, as mentioned before. To facilitate reading, the position illustrated in FIG. 3 corresponds to a mirror 1 whose concavity is oriented upwards, therefore with a mean plane of the cross section of the mirror that is substantially horizontal, to receive zenithal solar radiation.
Des orifices 28 ménagés dans le support permettent l’insertion de tiges de renfort, non illustrées. Ces tiges améliorent la rigidité de l’ensemble, miroir 1 maintenu entre deux socles 2, en évitant toute torsion.Holes 28 made in the support allow the insertion of reinforcing rods, not shown. These rods improve the rigidity of the assembly, mirror 1 held between two bases 2, avoiding any torsion.
Un support 8 est illustré de face à la figure 5. Afin d’éviter toute ombre portée sur la face active réfléchissante du miroir 1, la partie haute du support 8, en regardant la figure 5, est configurée en parabole. En d‘autres termes, au moins cette partie du support 8 suit la géométrie du miroir, plus précisément celle du volume ouvert V. Le support 8 est optionnel selon la longueur du miroir 1 et/ou son épaisseur. Il est possible d’en disposer plusieurs dans le cas de miroir de grande longueur et/ou de faible épaisseur. Le support 8 est pourvu de façon similaire au support 6, d’une fente 29 en portion de parabole et d’orifices 30 de passage d’une tige de renfort. En insérant le miroir 1 dans la fente 29 du support 8, on limite toute flexion du miroir 1 selon sa longueur D. On rigidifie ainsi le miroir 1, lorsqu’il est maintenu dans les supports 6 et 8 et que les tiges de renforts sont en position.A support 8 is illustrated from the front in Figure 5. In order to avoid any shadow cast on the reflective active face of the mirror 1, the upper part of the support 8, looking at Figure 5, is configured as a parabola. In other words, at least this part of the support 8 follows the geometry of the mirror, more precisely that of the open volume V. The support 8 is optional depending on the length of the mirror 1 and/or its thickness. It is possible to have several in the case of very long and/or thin mirrors. The support 8 is provided in a manner similar to the support 6, with a slot 29 in the portion of a parabola and with orifices 30 for the passage of a reinforcing rod. By inserting mirror 1 into slot 29 of support 8, any bending of mirror 1 is limited along its length D. Mirror 1 is thus stiffened when it is held in supports 6 and 8 and the reinforcing rods are in position.
Grâce à l’invention, à partir d’un nombre limité de pièces, aisées à fabriquer, stocker et transporter, on peut réaliser un dispositif solaire à miroirs cylindro-paraboliques de chauffage d’un fluide caloporteur, de dimensions et configurations variées.Thanks to the invention, from a limited number of parts, easy to manufacture, store and transport, it is possible to produce a solar device with cylindrical-parabolic mirrors for heating a heat transfer fluid, of various dimensions and configurations.
Une telle invention peut se présenter sous forme d’un kit comportant au moins des équerres 3, des miroirs 1, cintrés ou non, des conduites 7 montées ou non, à savoir des tubes 12 et 13 non associées, ainsi que des supports 6 et 10, avec si besoin de supports 8 et des tiges de renfort. Un tel kit est aisément transportable par camion ou container. Il est possible de faire varier la composition du kit selon le dispositif solaire à réaliser. Au minimum, un tel kit de fabrication d’un dispositif solaire à miroirs comporte au moins des équerres 3 et des pièces 4 constitutives de deux socles 2, un miroir 1, une conduite 7, ainsi que des supports 6 et 10.Such an invention can be in the form of a kit comprising at least brackets 3, mirrors 1, curved or not, pipes 7 mounted or not, namely tubes 12 and 13 not associated, as well as supports 6 and 10, with supports 8 and reinforcement rods if necessary. Such a kit is easily transportable by truck or container. It is possible to vary the composition of the kit according to the solar device to be produced. At a minimum, such a kit for manufacturing a solar device with mirrors comprises at least brackets 3 and parts 4 constituting two bases 2, a mirror 1, a pipe 7, as well as supports 6 and 10.
La mise en place et le montage d’un tel dispositif peut se faire sur site, avec un nombre réduit de personnes. On peut également monter au préalable des portions du dispositif, par exemple deux socles 2 supportant un miroir 1 et une conduite 7, le tout d’une longueur et d’un poids tels que cette portion de dispositif est facilement transportable et logeable dans un camion ou une fourgonnette.The installation and assembly of such a device can be done on site, with a small number of people. Portions of the device can also be mounted beforehand, for example two bases 2 supporting a mirror 1 and a pipe 7, all of such a length and weight that this portion of the device is easily transportable and can be accommodated in a truck. or a van.
Dans un autre mode de réalisation, une plaque de verre ou en un matériau transparent est prévue pour protéger la concavité V du miroir 1, et donc aussi la conduite 7.In another embodiment, a plate of glass or a transparent material is provided to protect the concavity V of the mirror 1, and therefore also the pipe 7.
Ici le fluide caloporteur est aussi le fluide de travail, donc celui qui assure directement l’utilisation de l’énergie thermique. En variante, le fluide caloporteur est utilisé pour chauffer un autre fluide dont les caractéristiques sont mieux adaptées au fonctionnement du dispositif transformant l’énergie thermique obtenue par le dispositif objet de l’invention.Here the heat transfer fluid is also the working fluid, therefore the one that directly ensures the use of thermal energy. As a variant, the heat transfer fluid is used to heat another fluid whose characteristics are better suited to the operation of the device transforming the thermal energy obtained by the device which is the subject of the invention.
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