FR2497328A1

FR2497328A1 - Solar heat collector dish - has rotating reflecting dish controlled by temperature probe in heat exchanger at focal point

Info

Publication number: FR2497328A1
Application number: FR8027761A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-12-30
Filing date: 1980-12-30
Publication date: 1982-07-02

Abstract

The collector consists of a reflecting dish (1) rotating about an axis (5) in accordance with the angle of the sun. An absorber (3) is positioned on supports (4), at the focal point of the dish and consists of a heat exchanger in the form of a very thin water jacket with an insulating backing, and glazed on the front surface. A temp. probe is installed between the absorber and the glazing and is connected to the operating cylinder (7) of the dish. The fluid in the temp. probe expands when heated and rotates the dish in steps in an East-to-West direction. As the dish moves the probe cools and stops the dish until the sun moves round to re-heat the probe.

Description

La présente invention est relative à un concentrateur d'énergie solaire cylindrique, par exemple cylindro-parabolique, permettant d'obtenir directement dans l'absorbeur le chauffage d'un liquide à une température relativement élevée; il est, en particulier, possible (sans que cette indication soit limitative), grâce à un concentrateur établi suivant la présente invention de produire directement de la vapeur surchauffée susceptible d'alimenter un moteur à vapeur. The present invention relates to a cylindrical solar energy concentrator, for example cylindro-parabolic, making it possible to obtain directly in the absorber the heating of a liquid to a relatively high temperature; it is, in particular, possible (without this indication being limiting), thanks to a concentrator established according to the present invention, to directly produce superheated steam capable of supplying a steam engine.

Le concentrateur suivant l'invention comporte un absorbeur parcouru par un liquide, en lame mince, disposé transversalement par rapport à la direction du soleil, la tache focale se déplaçant, suivant l'heure, dans le sens de la largeur de cet absorbeur. The concentrator according to the invention comprises an absorber traversed by a liquid, in thin strip, arranged transversely with respect to the direction of the sun, the focal spot moving, according to the time, in the width direction of this absorber.

La largeur utile 1 de l'absorbeur placé à une distance focale F de la surface réfléchissante, est choisie telle que le rapport 1 soit compris entre 0,08 et 0,25. T
La forme de cet absorbeur est tubulaire, sa section étant telle que le rapport entre sa largeur et l'épaisseur de la lame liquide qu'il contient soit au moins égal à 8.The useful width 1 of the absorber placed at a focal distance F from the reflecting surface is chosen such that the ratio 1 is between 0.08 and 0.25. T
The shape of this absorber is tubular, its cross section being such that the ratio between its width and the thickness of the liquid blade it contains is at least equal to 8.

L'absorbeur comporte au moins un organe dilatable placé de manière à pouvoir être atteint par la tache focale lorsque celle-ci a balayé l'absorbeur sur une certaine largeur, la dilation de cet organe commandant l'orientation du concentrateur autour de son axe de rotation. The absorber comprises at least one expandable member placed so that it can be reached by the focal spot when the latter has swept the absorber over a certain width, the expansion of this member controlling the orientation of the concentrator around its axis of rotation.

En particulier, le ou les organes dilatables commandant l'orientation peuvent être constitués par un réservoir tubulaire fermé, parallèle aux génératrices de la surface réfléchissante du concentrateur, rempli d'un liquide dilatable, et relié par une canalisation à un organe commandant l'inclinaison du concentrateur. In particular, the expandable member or bodies controlling the orientation can be constituted by a closed tubular reservoir, parallel to the generators of the reflective surface of the concentrator, filled with an expandable liquid, and connected by a pipe to a member controlling the inclination from the concentrator.

De préférence, l'axe du dispositif d'orientation est parallèle à la direction Est-Ouest. Preferably, the axis of the orientation device is parallel to the east-west direction.

L'organe dilatable de commande de l'orientation du concentra- teur peut avantageusement etre disposé dans l'espace fermé constitué entre la partie de l'absorbeur parcouru par le liquide et la vitre de protection. The expandable member for controlling the orientation of the concentrator can advantageously be arranged in the closed space formed between the part of the absorber through which the liquid passes and the protective glass.

La section de la partie de l'absorbeur parcourue par le liquide peut etre de forme circulaire, ou plate, ou encore etre prolongée par des ailettes conductrices absorbantes. The section of the part of the absorber traversed by the liquid can be circular, or flat, or even be extended by absorbent conductive fins.

A titre d'exemples et pour faciliter l'intelligence de la présente description, on a représenté aux dessins annexés:
Figure 1, une vue schématique transversale d'une forme de réalisation d'un concentrateur cylindrique établi suivant l'invention. By way of examples and to facilitate the understanding of the present description, the accompanying drawings have shown:
Figure 1, a schematic transverse view of an embodiment of a cylindrical concentrator established according to the invention.

Figure 2, une vue en coupe à échelle agrandie de l'élément absorbeur de ce concentrateur. Figure 2, a sectional view on an enlarged scale of the absorber element of this concentrator.

Figures 3 et 4, des vues en coupe transversales de deux variantes de cet absorbeur. Figures 3 and 4, cross-sectional views of two variants of this absorber.

Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, le concentrateur comporte une surface réfléchissante cylindrique 1 qui peut être notamment cylindro-parabolique; elle peut être établie, par exemple, comme il est décrit dans la demande de brevet co-pendante déposée le 23 MAI 1980, sous le n0 80-11554, au même nom et sous le titre l'CAPTEUR D'ENERGIE SOLAIRE CYLiNDRO-PARABOLIUE". Cet-te surface réfléchissante est soutenue par des supports 2 par rapport auxquels est monté un absorbeur 3 au moyen de tringles 4 ou analogues. L'ensemble ainsi constitué est soit fixe, soit monté sur un axe de rotation 5 lui-même supporté par un bati fixe 6. In the embodiment shown in FIG. 1, the concentrator comprises a cylindrical reflecting surface 1 which may in particular be cylindro-parabolic; it can be established, for example, as described in the co-pending patent application filed on MAY 23, 1980, under the number 80-11554, with the same name and under the title the SOLAR ENERGY SENSOR CYLINDRO-PARABOLIUE ". This reflecting surface is supported by supports 2 with respect to which an absorber 3 is mounted by means of rods 4 or the like. The assembly thus formed is either fixed, or mounted on a rotation axis 5 itself supported by a fixed frame 6.

Suivant l'invention, l'absorbeur est constitué par un élément tuDu- laire 7 (figure 2) contenant un liquide approprié tel que l'eau ou un fluide thermique, s'étendant de préférence sur toute la longueur du concentrateur, parallèlement aux génératrices de la surface cylindrique 1. Cet absorbeur est de faible épaisseur et disposé perpendiculairement au faisceau réfléchi par le miroir cylindrique. I1 est avantageux que la largeur 1 de l'absorbeur soit faible, de manière à n'ntercepter qu'une partie des rayons solaires susceptibles d'être reçus par la surface réfléchissante. According to the invention, the absorber consists of a tubular element 7 (FIG. 2) containing a suitable liquid such as water or a thermal fluid, preferably extending over the entire length of the concentrator, parallel to the generators. of the cylindrical surface 1. This absorber is thin and arranged perpendicular to the beam reflected by the cylindrical mirror. I1 is advantageous that the width 1 of the absorber is small, so as to intercept only part of the solar rays likely to be received by the reflecting surface.

D'autre part, le calcul et l'expérience montrent que l'on peut recueillir une très importante fraction de l'énergie solaire, en se limitant au fonctionnement du concentrateur dans les deux à quatre heures qui précèdent et suivent midi, sans qu'il y ait à munir l'appareil de dispositifs de poursuite du soleil dans sa course. Pour répondre à ces diverses sujétions, le rapport i de la largeur 1 de l'absorbeur à la distance focale F
F doit être compris entre 0,08 et 0,2s. On the other hand, calculation and experience show that we can collect a very large fraction of solar energy, limiting ourselves to the operation of the concentrator in the two to four hours before and after noon, without there is to equip the device with tracking devices of the sun in its course. To respond to these various constraints, the ratio i of the width 1 of the absorber to the focal distance F
F must be between 0.08 and 0.2s.

Par ailleurs, suivant l'invention, la partie de l'absorbeur dans laquelle circule le liquide est de faible épaisseur, de manière à ce que le liquide s'y trouve sous forme d'une lame mince, l'absorbeur ayant dans ces conditions un minimum d'inertie. Les essais ont montré que le rapport entre la largeur a du conduit tubulaire et son épaisseur b (figure 2) est de préférence inférieur à 8. Furthermore, according to the invention, the part of the absorber in which the liquid circulates is thin, so that the liquid is there in the form of a thin strip, the absorber having under these conditions a minimum of inertia. The tests have shown that the ratio between the width a of the tubular conduit and its thickness b (FIG. 2) is preferably less than 8.

Le tube 7 de l'absorbeur est calorifugé en 18 sur sa face opposée à la surface réfléchissante. Il est protégé par une vitre 8, de manière à constituer un espace clos 9 produisant un effet de serre favorable à la bonne conservation de l'énergie. The tube 7 of the absorber is insulated at 18 on its face opposite to the reflecting surface. It is protected by a window 8, so as to constitute an enclosed space 9 producing a greenhouse effect favorable to the good conservation of energy.

I1 doit être observé que la partie tubulaire de l'absorbeur peut avoir diverses formes. Au lieu d'etre plate, comme il est représenté à la figure 2, elle pourrait être incurvée (figure 3), étant, par exemple, formée par le rapprochement de deux demi-tubes 10 et 11; ce qui permet une fabrication facile et peu onéreuse. It should be noted that the tubular part of the absorber can have various shapes. Instead of being flat, as shown in FIG. 2, it could be curved (FIG. 3), being, for example, formed by the bringing together of two half-tubes 10 and 11; which allows easy and inexpensive manufacturing.

L'absorbeur pourrait également être légèrement incurvé.et obtenu par exemple par filage à la presse d'un lingot d'aluminium (figure 4). The absorber could also be slightly curved. And obtained for example by press spinning of an aluminum ingot (FIG. 4).

Enfin, lorsqu'il s'agit d'un tube plat tel que celui représenté à la figure 2, la partie tubulaire dans laquelle circule le liquide peut être prolongée latéralement par des ailettes conductrices 12; celles-ci pouvant notamment être réalisées soit par soudure électrique de larges plats, soit par façonnage sur une machine à galets à partir d'un tube rond de mince épaisseur. Finally, when it is a flat tube such as that shown in FIG. 2, the tubular part in which the liquid circulates can be extended laterally by conductive fins 12; these can in particular be carried out either by electric welding of large plates, or by shaping on a roller machine from a round tube of thin thickness.

L'adoption d'un absorbeur répondant à ces conditions permet d'utiliser un concentrateur fixe, c'est-à-dire ne comportant pas de dispositif d'orientation automatique suivant la direction du soleil, avec un rendement acceptable pour les points du globe terrestre dont la latitude Nord ou Sud ne dépasse pas 460 environ. The adoption of an absorber meeting these conditions makes it possible to use a fixed concentrator, that is to say one without an automatic orientation device according to the direction of the sun, with an acceptable yield for the points of the globe. terrestrial whose north or south latitude does not exceed 460 approximately.

I1 a été constaté par des mesures faites dans une station située à la latitude de 44" Nord, que la proportion de l'énergie recueillie par rapport à l'énergie totale incidente pendant deux heures avant et deux heures après midi, pour un concentrateur cylindro-parabolique dont la largeur A (figure 1) était de 192 cm. et la distance focale F de 88 cm., était de l'ordre de 60 % au voisinage du solstice d'hiver et seulement de 37 % au voisinage du solstice d'été. Ceci conduit à admettre que, pour recueillir 75 % de la puissance incidente en toute saison, à la latitude de 440, un absorbeur ayant ces caractéristiques devra être illuminé par temps clair pendant:
5 heures au solstice d'hiver
7,5 heures à l'équinoxe
8,5 heures au solstice d'été.I1 was found by measurements made in a station located at the latitude of 44 "North, that the proportion of the energy collected compared to the total incident energy during two hours before and two hours after midday, for a cylindrical concentrator - parabolic whose width A (figure 1) was 192 cm. and focal length F of 88 cm., was of the order of 60% in the vicinity of the winter solstice and only 37% in the vicinity of the solstice d This leads to the assumption that, in order to collect 75% of the incident power in any season, at latitude 440, an absorber with these characteristics must be illuminated on a clear day during:
5 hours at the winter solstice
7.5 hours at the equinox
8.5 hours at the summer solstice.

Pour augmenter l'illumination de l'absorbeur deux possibilités se présentent:
a) soit augmenter sa largeur 1,
Toutefois, on est limité dans cette voie par l'augmentation de l'ombre portée par l'absorbeur sur le miroir et par l'augmentation des pertes par les deux faces avant et arrière dudit absorbeur.There are two ways to increase the illumination of the absorber:
a) either increase its width 1,
However, one is limited in this way by the increase in the shadow cast by the absorber on the mirror and by the increase in losses by the two front and rear faces of said absorber.

Une telle solution a pour résultat de diminuer le rendement de l'absorbeur. The result of such a solution is to reduce the efficiency of the absorber.

b) soit de déplacer l'absorbeur par rapport au miroir. Ce qui ne modifie pas le rendement, l'absorbeur étant inchangé. b) or to move the absorber relative to the mirror. This does not change the yield, the absorber being unchanged.

Une solution simple qui va être ci-après decrite, consiste à combiner avec le concentrateur cylindrique un dispositif utilisant l'énergie solaire elle-même, reçue dans l'absorbeur pour orienter la surface réfléchissante du concentrateur. A simple solution which will be described below, consists in combining with the cylindrical concentrator a device using the solar energy itself, received in the absorber to orient the reflecting surface of the concentrator.

A cet effet, on dispose au voisinage de la partie tubulaire de l'absorbeur, sans toutefois être en contact thermique avec elle, un organe dilatable placé de manière à ce que la tache focale ne puisse l'atteindre qu'après avoir balayé une partie de l'absorbeur. For this purpose, there is in the vicinity of the tubular part of the absorber, without however being in thermal contact with it, an expandable member placed so that the focal spot can reach it only after having swept a part of the absorber.

Dans l'exemple représenté aux figures 1 et 2, cet organe dilatable est un tube fermé 14, noirci extérieurement et rempli d'un liquide dilatable, placé entre le tube 7 et la vitre 8, sur le côté de ladite partie tubulaire. Ce tube 14 est isolé thermiquement de la partie 7 de l'absorbeur, par exemple par une baguette isolante 15. I1 est relié par une fine canalisation 16 à un vérin 17 qui commande la position angulaire d'au moins l'un des supports 2 du concentrateur, qui sont montés orientables sur un axe 5. In the example shown in Figures 1 and 2, this expandable member is a closed tube 14, blackened externally and filled with an expandable liquid, placed between the tube 7 and the glass 8, on the side of said tubular part. This tube 14 is thermally insulated from part 7 of the absorber, for example by an insulating rod 15. I1 is connected by a fine pipe 16 to a jack 17 which controls the angular position of at least one of the supports 2 of the concentrator, which are mounted orientable on an axis 5.

De préférence, l'axe de rotation 5 est prévu dans la position
Est-Ouest et l'équilibre du concentrateur sur son axe est établi - au besoin au moyen de poids - de telle manière que l'armature du concentrateur soit constamment sollicitée,en sens inverse de l'action du vérin, dans le sens de la flèche f.Preferably, the axis of rotation 5 is provided in the position
East-West and the balance of the concentrator on its axis is established - if necessary by means of weights - in such a way that the armature of the concentrator is constantly stressed, in the opposite direction to the action of the jack, in the direction of the arrow f.

Pendant la montée du soleil, avant midi, la tache focale balaie l'absorbeur de droite à gauche. Dès qu'elle atteint le tube, celui-ci s'échauffe fortement, le liquide se dilate et par l'intermédiaire de la canalisation 16 déplace la tige du vérin 17 qui fait pivoter l'ensemble miroir-absorbeur, en ramenant la tache focale vers le centre de l'absorbeur. During the rising of the sun, before noon, the focal spot sweeps the absorber from right to left. As soon as it reaches the tube, it heats up strongly, the liquid expands and by means of the pipe 16 moves the rod of the jack 17 which rotates the mirror-absorber assembly, bringing back the focal spot towards the center of the absorber.

Ceci a pour effet de refroidir le tube 14 et d'arrêter la rotation. I1 se produit un équilibre qui se déplace chaque fois que la tache focale atteint le tube. L'énergie de la tache augmentant avec la hauteur du soleil audessus de l'horizon, le point d'équilibre se déplace continuellement jusqu'à l'insolation maximum qui a lieu à midi.This has the effect of cooling the tube 14 and stopping the rotation. An equilibrium occurs which moves each time the focal spot reaches the tube. The energy of the spot increasing with the height of the sun above the horizon, the point of equilibrium moves continuously until the maximum insolation which takes place at midday.

Après midi, l'énergie diminuant et le soleil baissant sur l'horizon, le processus inverse se déroule, grâce à la sollicitation de la pesanteur (f) ou analogue, jusqu'a ce que le vérin revienne en butée. In the afternoon, the energy decreasing and the sun falling on the horizon, the reverse process takes place, thanks to the stress of gravity (f) or the like, until the jack comes back into abutment.

On se retrouve donc, en fin de journée dans les conditions initiales et le processus peut recommencer le lendemain sans que l'on ait à procéder à un recalage de l'installation. We therefore find ourselves, at the end of the day in the initial conditions and the process can start again the next day without having to readjust the installation.

Seul un ajustement mensuel est nécessaire pour tenir compte de la variation de la déclinaison. Only a monthly adjustment is necessary to take into account the variation of the declination.

Cette disposition particulièrement simple permet une fabrication économique et l'appareil ainsi constitué peut être mis entre toutes les mains, sans surveillance. This particularly simple arrangement allows economical manufacture and the device thus formed can be placed in all hands, without supervision.

Par ailleurs, l'organe dilatable au lieu d'être un tube rempli de liquide pourrait être tout organe fonctionnellement équivalent, tel qu'une règle en un métal dilatable agissant sur tout mécanisme approprié de commande de l'orientation de l'appareil. Furthermore, the expandable member instead of being a tube filled with liquid could be any functionally equivalent member, such as a rule made of an expandable metal acting on any suitable mechanism for controlling the orientation of the device.

Claims

- CLAIMS

i. Cylindrical solar energy concentrator, comprising a cylindrical reflecting surface e a tubular absorber traversed by a liquid, characterized in that the focal spot moves according to the time in the direction of the width of this absorber, the useful width 1 of the latter, placed at the focal distance F from the reflecting surface, being such that the ratio 1 is between 0.08 and 0.25.

2. Concentrator according to claim 1, characterized in that the section of the absorber is such that the ratio between its width and the thickness of the liquid plate it contains is at msins equal to 8.

3. Concentrator according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the absorber concentrator assembly is fixed.

4. Concentrator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the concentrator is arranged so that the generatrices of its reflecting part are in the direction

Is West.

5. Concentrator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the tubular part of the absorber is flat, its ribs being extended to the protective glass by absorbent conductive fins.

6. Concentrator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the tubular part of the absorber is of circular shape.

7. Concentrator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the tubular part of the absorber is made of aluminum produced by press spinning.