WO1983000732A1 - Absorbeur perfectionne pour capteur solaire - Google Patents

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WO1983000732A1
WO1983000732A1 PCT/FR1979/000034 FR7900034W WO8300732A1 WO 1983000732 A1 WO1983000732 A1 WO 1983000732A1 FR 7900034 W FR7900034 W FR 7900034W WO 8300732 A1 WO8300732 A1 WO 8300732A1
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Andre Pierre Jean Paymal
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PAYMAL, André, Pierre, Jean
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S10/50—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed between plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S2080/03—Arrangements for heat transfer optimization
    • F24S2080/05—Flow guiding means; Inserts inside conduits
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the invention relates to a new type of absorber for solar collectors.
  • flat solar collectors also called “insulators”
  • insulators include a means of absorbing calories, usually a sheet, equipped with a system for removing heat by a heat transfer fluid, generally water. or air.
  • a heat transfer fluid generally water. or air.
  • Such an absorber is usually protected by glazing, in front of its face exposed to solar radiation, while a thermal insulator is arranged at the rear.
  • One type of widespread absorber consists of two stamped sheets, assembled by welding, so as to define between them a volume in which water circulates, serving as heat transfer fluid.
  • Such an absorber involves the use, for stamping of the sheets, of high-power presses, which leads to large investments. especially for small and medium series. and significantly increases the manufacturing costs.
  • this type of absorber is not without drawbacks. Indeed, if the deformation of the sheets has not been perfectly symmetrical, the absorber risks undergoing an overall deformation.
  • the weld points present a permanent risk of rupture, because they are subjected to tearing forces, due to the deformation of the sheets in their vicinity. Indeed, the parts of each sheet surrounding the weld points tend to move away from one another, not only in parallel, under an overall effect of the pressure, but also due to a gradual takeoff due to the deformation of the sheets, which, not having been stamped, tend to deform.
  • the invention aims to provide an absorber made of assembled sheets, which does not have the drawbacks of absorbers of the known technique, that is to say which can be manufactured at a reduced cost, without using large presses d 'stamping, and which withstands high pressures of the heat transfer liquid, without undergoing annoying deformations.
  • the subject of the invention is an absorber for a solar collector comprising two stamped thin sheets, assembled by welding at their periphery, between which a heat-transfer liquid circulates, a collector of which said sheets are pressed in repetitive patterns offset in their plane relative to each other obliquely, by an amount equal to about half a step both in the direction of the length and in that of the width, the hollow parts of said sheets having a sufficient surface to come into contact and being joined by solder points arranged in a substantially symmetrical and regular manner with respect to said patterns.
  • the volume separating them will be less than in the same wet surfaces of conventional absorbers with stamped sheet, so that the amount of water in contact with the sheets will be less, which gives the absorber beur a relatively low thermal inertia, favorable to a better yield, in areas with variable sunshine.
  • the liquid will circulate leaving a pattern on two sides to penetrate, therefore, in two other patterns with that time.
  • the progression of the liquid between the sheets therefore tends to occur naturally at an opening angle of 90 °. If the liquid arrives at a corner of the sensor, for example by a tube welded or crimped on one of the two sheets, the high turbulence of the liquid and the systematic division of the current allow it to quickly cover the entire surface of the absorber, which also contributes to maximum capture efficiency.
  • Figures 1, 2 and 3 are schematic views, respectively in plan, in longitudinal section and in cross section, of a known absorber
  • Figures 4, 5 and 6 are similar views of another absorber of a known type
  • FIGS 7, 8 and 9 are similar schematic views of an absorber according to the invention.
  • FIG. 10 is a plan view on a larger scale of an embodiment of an absorber according to the invention.
  • Figure 11 is a section along the line XI-XI of Figure 10;
  • Figure 12 is a partial section similar to Figure 11 of a variant of this absorber.
  • absorbers of a known type comprise two sheets 1 and 2, joined at their periphery by weld beads 3, and between which circulates a heat transfer liquid, generally water.
  • the sheets 1 and 2 are stamped in hollow at 4, so as to come into mutual contact, and they are joined at their point of contact 4 by a welding point.
  • the drawbacks of this type of sensor (use of large capacity, therefore expensive stamping presses) have been recalled above. Note that these are the convex parts of the surfaces stampings which are in contact with each other, without transverse offset, but on the opposite face.
  • FIGS. 4 to 6 A second type of known absorbers is shown in FIGS. 4 to 6. It also comprises two sheets of sheet metal, 5 and 6, assembled at their periphery by weld beads 7. These sheets are also joined by parallel beads of weld 8 and are deformed under hydraulic pressure so as to define a volume 9 in which the heat transfer fluid circulates.
  • the drawbacks of this type of absorber which have been mentioned above, are the risks of deformation of the sheets and rupture of the weld beads.
  • FIGS. 7, 8 and 9 schematically represent an absorber according to the invention, which overcomes these drawbacks.
  • This absorber also comprises two thin sheets, 10 and 11, joined at their periphery by weld beads 12. According to the invention, these sheets were stamped in repetitive patterns 13 in relief, which are not arranged opposite the from each other, unlike those of the absorber of FIGS. 1 to 3, but which are offset in their plane, with respect to each other, by half a step.
  • the sheets are also joined by welding points 15, of which only a few have been shown, arranged in a regular and symmetrical manner on the flat parts which separate the stampings.
  • FIGS 10 and 11 illustrate an embodiment of such an absorber.
  • the stamping patterns 13 are square patterns, but another preferred type includes rectangular patterns.
  • the water supply is carried out by a conduit 16 welded in a corner of the absorber and the evacuation is carried out by a conduit 17 welded in the diagonally opposite corner. So believed it was explained, due to the offset of the stamping patterns of the two plates, the water from a pattern 13 will be evacuated by two sides of this pattern and will thus penetrate into two neighboring patterns, with as a consequence a high turbulence of the water and improved sensor performance.
  • the thickness of the water layer will be relatively thin, which will also contribute to increasing the performance of the sensor.
  • weld points 15 bring together the flat, non-stamped zones of the sheets 10 and 11 at the middle of the sides of the square patterns of the stamped parts and that it is the concave surfaces of these stampings which face each other and not the convex surfaces. , as in the prior art. As indicated, the stamping of these small surfaces can be carried out easily at high speed, using presses.
  • one of the sheets may have, on two sides, a return square 18, allowing the absorption of the absorber.
  • the Applicant has used stainless steel sheets with a thickness of 0.75 mm, but one could as well use a thermosetting material or a thermoplastic material.
  • the stamped patterns are squares of 45 mm side, in the center of a square of 60 mm side. The depth of the stamp is 2 or 3 mm and the corners of the square are slightly rounded to facilitate stamping.
  • the stamped patterns are offset by a half-pattern in both directions, ie 30 mm, and it is therefore necessary that the peripheral patterns of each of the paired sheets are at different distances from the edge of the sheets.
  • the welding in the current part is carried out by points on the parts planes not stamped, at the point of intersection of the axes passing through the middle of the sides of the squares.
  • the absorber is sealed by bead welds on all four sides.
  • the absorber which has just been described can be used in a reverse manner, that is to say that instead of absorbing calories and heating a heat-transfer fluid, it can be supplied with hot water and radiate heat into the environment.
  • Such an application as a radiant central heating panel or as a heat exchanger in a tank, is within the scope of the invention.

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Abstract

L'absorbeur comprend deux tôles minces (10, 11) embouties, assemblées par soudure à leur périphérie, entre lesquelles circule un liquide caloporteur, lesdites tôles étant embouties suivant des motifs répétitifs (13), dont les surfaces concaves sont disposées en regard les unes des autres, mais avec un décalage dans leur plan égal à environ un demi-pas, les parties planes non embouties desdites tôles étant réunies par des points de soudure disposés de façon sensiblement symétrique et régulière par rapport auxdits motifs.

Description

Absorbeur perfectionné pour capteur solaire.
L'invention concerne un nouveau type d'absorbeur pour capteur solaire.
On sait que les capteurs solaires plans, encore dénommés "insolateurs", comprennent un moyen d'absorption des calories, une tôle le plus souvent, équipé d'un système d'évacuation de la chaleur par un fluide caloporteur, généralement de l'eau ou de l'air. Un tel absorbeur est habituellement protégé par un vitrage, en avant de sa face exposée au rayonnement solaire, tandis qu'un isolant thermique est disposé à l'arrière.
Un type d' absorbeur répandu est constitué par deux tôles embouties, assemblées par soudure, de façon à définir entre elles un volume dans lequel circule de l'eau, servant de fluide caloporteur. Un tel absorbeur implique toutefois l'emploi, pour l'emboutissage des tôles, de presses de forte puissance, ce qui entraine de gros investiesements. surtout pour les petites et moyennes séries. et majore notablement les coûts de fabrication.
Pour éviter cet inconvénient, on a proposé de réaliser l'absorbeur à l'aide de deux tôles planes, assemblées par soudure à leur périphérie, et réunies par un certain nombre de. points de soudure répartis suivant toute leur surface ou par des cordons de soudure parallèles, les tôles ainsi assemblées étant ensuite formées en exerçant directement une pression hydraulique à l'aide d'eau injectée entre elles. Un tel procédé de fabrication a l'avantage d'être simple dans son principe, mais il n'en présente pas moins de sérieux inconvénients, aussi bien à la fabrication qu'à l'usage. En effet, lors du formage des tôles, leurs déformations sont difficiles à contrôler, sauf à recourir à une table de maintien limitant les déformations. Or de telles tables sont nécessairement lourdes, car elles doivent résister à la poussée importante qu'exercent sur elles les absorbeurs lors du formage. Elles sont donc d'une manipulation difficile et leur emploi complique la fabrication, d'autant que les arrivées d'eau à l'absorbeur rendent difficilement automatisables les différentes opérations.
Mais, de plus, en cours d'utilisation, ce type d'absorbeur n'est pas sans inconvénient. En effet, si la déformation des tôles n'a pas été parfaitement symétrique, l'absorbeur risque de subir une déformation d'ensemble. En outre, les points de soudure présentent un risque permanent de rupture, car ils sont soumis à des efforts d'arrachement, du fait de la déformation des tôles à leur voisinage. En effet, les parties de chaque tôle entourant les points de soudure tendent à s'écarter l'une de l'autre, non seulement parallèlement, sous un effet d'ensemble de la pression, mais aussi du fait d'un décollage progressif dû à la déformation des tôles, qui, n'ayant pas été embouties, ont tendance à se déformer.
L'invention vise à proposer un absorbeur constitué de tôles assemblées, qui ne présente pas les inconvénients des absorbeurs de la technique connue, c'est-à-dire qui puisse être fabriqué à un coût réduit, sans faire appel à de grosses presses d'emboutissage, et qui résiste à des pressions élevées du liquide caloporteur, sans subir de déformations gênantes.
A cet effet, l'invention a pour objet un absorbeur pour capteur solaire comprenant deux tôles minces embouties, assemblées par soudure à leur périphérie, entre lesquelles circule un liquide caloporteur, capteur dont lesdites tôles sont embouties suivant des motifs répétitifs décalés dans leur plan les uns par rapport aux autres obliquement, d'une quantité égale à environ un demi-pas aussi bien dans le sens de la longueur que dans celui de la largeur, les parties en creux desdits tôles ayant une surface suffisante pour venir en contact et étant réunies par des points de soudure disposés de façon sensiblement symétrique et régulière par rapport auxdits motifs.
Du fait du double décalage des motifs d'emboutissage des
.deux tôles, le volume séparant celles-ci sera moins important que dans les mêmes surfaces mouillées des absorbeurs classiques à tôle emboutie, de sorte que la quantité d'eau en contact avec les tôles sera moindre, ce qui confère à l'absor beur une inertie thermique relativement faible, favorable à un meilleur rendement, dans des zones à ensoleillement variable.
De plus, en raison de la succession de motifs emboutis décalés, ceux-ci ayant, par exemple, une forme rectangulaire ou carrée, le liquide circulera en sortant d'un motif par deux côtés pour pénétrer, par conséquent, dans deux autres motifs à la fois. La progression du liquide entre les tôles a donc tendance à s'effectuer naturellement suivant un angle d'ouverture de 90°. Si l'arrivée de liquide se fait en un coin du capteur, par exemple par une tubulure soudée ou sertie sur l'une des deux, tôles, la haute turbulence du liquide et la division systématique du courant lui permettent de couvrir rapidement toute la surface de l'absorbeur, ce qui contribue également à un rendement maximal de captation.
Enfin, l'emboutissage des tôles pourra se faire sans avoir recours à de grosses presses, puisque l'on pourra emboutir successivement chacun des motifs élémentaires, dont la surface est réduite, ce qui peut se faire à très grande cadence par des procédés connus dans la technique. D'autres caractéristiques et avantages de l' invention apparaîtront dans la description détaillée qui va suivre, dans laquelle on rappellera d'abord les caractéristiques des capteurs de la technique connue. Dans cette description, on se référera aux dessins annexés, sur lesquels :
Les figures 1, 2 et 3 sont des vues schématiques, respectivement en plan, en coupe longitudinale et en coupe transversale, d'un absorbeur connu ;
Les figures 4, 5 et 6 sont des vues analogues d'un autre absorbeur d'un type connu ;
Les figures 7, 8 et 9 sont des vues schématiques analogues d'un absorbeur conforme à l'invention ;
La figure 10 est une vue en plan à plus grande échelle, d'une forme de réalisation d'un absorbeur conforme à l'invention ;
La figure 11 est une coupe suivant la ligne XI-XI de la figure 10 ;
La figure 12 est une coupe partielle analogue à la figure 11 d'une variante de cet absorbeur.
Comme on le voit sur les figures 1 à 3, des absorbeurs d'un type connu comprennent deux tôles 1 et 2, réunies à leur périphérie par des cordons de soudure 3, et entre lesquelles circule un liquide caloporteur, généralement de l'eau. Les tôles 1 et 2 sont embouties en creux en 4, de manière à venir en contact mutuel, et elles sont réunies en leur point de contact 4 par un point de soudure. Les inconvénients de ce type de capteur (utilisation de presses l'emboutissage de grande capacité, donc coûteuses) ont été rappelés ci-dessus. On notera que ce sont les parties convexes des surfaces embouties qui sont au contact les unes des autres, sans décalage transversal, mais au contraire en vis-à-vis.
Un deuxième type d'absorbeurs connus est représenté sur les figures 4 à 6. Il comprend également deux feuilles de tôle, 5 et 6, assemblées à leur périphérie par des cordons de soudure 7. Ces tôles sont en outre réunies par des cordons parallèles de soudure 8 et sont déformées sous pression hydraulique de manière à définir un volume 9 dans lequel circule le fluide caloporteur. Les inconvénients de ce type d'absorbeur, qui ont été rappelés ci-dessus, sont des risques de déformation des tôles et de rupture des cordons de soudure.
Les figures 7, 8 et 9 représentent de façon schématique un absorbeur conforme à l'invention, qui remédie à ces inconvénients. Cet absorbeur comprend également deux tôles minces, 10 et 11, réunies à leur périphérie par des cordons de soudure 12. Conformément à l'invention, ces tôles ont été embouties suivant des motifs répétitifs 13 en relief, qui ne sont pas disposés en regard les uns des autres, contrairement à ceux de l'absorbeur des figures 1 à 3, mais qui sont décalés dans leur plan, les uns par rapport aux autres, d'un demi-pas. Les tôles sont réunies en outre par des points de soudure 15, dont seuls quelques uns ont été représentés, disposés de façon régulière et symétrique sur les parties planes qui séparent les emboutis.
Les figures 10 et 11 illustrent une forme de réalisation d'un tel absorbeur. Sur ces figures, les organes déjà décrits sont affectés des mêmes chiffres de référence. Les motifs d'emboutissage 13 sont des motifs carrés, mais un autre type préféré comprend des motifs rectangulaires. L'alimentation en eau s'effectue par un conduit 16 soudé dans un coin de l'absorbeur et l'évacuation s'effectue par un conduit 17 soudé dans le coin diagonalement opposé. Ainsi cru'il a été expliqué, du fait du décalage des motifs d'emboutissage des deux plaques, l'eau d'un motif 13 sera évacuée par deux côtés de ce motif et pénétrera ainsi dans deux motifs avoisinants, avec pour conséquence une turbulence élevée de l'eau et un rendement amélioré du capteur.
Comme on le voit sur la coupe de la figure 11, l'épaisseur de la lame d'eau sera relativement mince, ce qui contribuera également à accroître les performances du capteur.
On notera que les points de soudure 15 réunissent les zones planes non embouties des tôles 10 et 11 au niveau du milieu des côtés des motifs carrés des parties embouties et que ce sont les surfaces concaves de ces emboutis qui se font face et non les surfaces convexes, comme dans la technique antérieure. Ainsi qu'il a été indiqué, l'emboutissage de ces petites surfaces peut être réalisé facilement à grande cadence, à l'aide de presses.
Comme représenté sur la figure 12, l'une des tôles peut comporter, sur deux côtés, un retour en équerre 18, permettant la fixation de l'absorbeur.
Dans un exemple pratique de réalisation d'un tel absorbeur, la Demanderesse a utilisé des tôles d'acier inoxydable d'une épaisseur de 0,75 mm, mais on pourrait aussi bien utiliser une matière thermodurcissable ou une matière thermoplastique. Les motifs emboutis sont des carrés de 45 mm de côté, au centre d'un carré de 60 mm de côté. La profondeur de l'embouti est de 2 ou 3 mm et les coins du carré sont légèrement arrondis afin de faciliter l'emboutissage. Les motifs emboutis sont décalés d'un demi-motif dans les deux sens, soit 30 mm, et il est donc nécessaire que les motifs périphériques de chacune des tôles apairées se trouvent à des distances différentes du bord des tôles. La soudure en partie courante s'effectue par points sur les parties planes non embouties, au point de concours des axes passant par le milieu des côtés des carrés. L'étanchéité de l'absorbeur est assurée par des soudures en cordon sur les quatre côtés en rive.
On notera que l'absorbeur qui vient d'être décrit peut être utilisé d'une manière inverse, c'est-à-dire qu'au lieu d'absorber des calories et d'échauffer un fluide caloporteur, il peut être alimenté en eau chaude et rayonner de la chaleur dans le milieu ambiant. Une telle application, à titre de panneau radiant de chauffage central ou comme échangeur dans un ballon, entre dans le cadre de l'invention.

Claims

Revendications de brevet
1. Absorbeur pour capteur solaire comprenant deux tôles minces embouties, assemblées par soudure à leur périphérie, entre lesquelles circule un liquide caloporteur, lesdites tôles étant embouties suivant des motifs répétitifs dont les surfaces concaves ne sont pas disposées en regard les unes des autres, mais avec un décalage dans leur plan, caractérisé en ce que ce décalage est disposé obliquement, d'une quantité égale à environ un demi-pas, et. en ce que les parties en creux desdites tôles sont réunies par des points de soudure disposés de façon sensiblement symétrique et régulière par rapport auxdits motifs.
2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les motifs ont une forme carrée ou rectangulaire.
3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les motifs sont en relief vers l'extérieur.
4. Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les points de soudure sont disposés sensiblement au point de concours des axes passant par les milieux des côtés des motifs d'emboutissage.
5. Capteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'alimentation en liquide caloporteur s'effectue en un angle du capteur et l'évacuation de ce liquide en un angle diagonalement opposé.
6. Application d'un capteur selon l'une des revendications 1 à 5 comme panneau radiant de chauffage central, caractérisée en ce que ledit capteur est alimenté en eau chaude.
PCT/FR1979/000034 1978-04-20 1979-04-20 Absorbeur perfectionne pour capteur solaire WO1983000732A1 (fr)

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