FR3142534A1 - Echangeur de chaleur de type recepteur solaire, en particulier pour une application de solaire a concentration - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un récepteur solaire (1) comprenant :
- un ou plusieurs tubes d’entrée (2) de fluid caloporteur ; et- une section convergente externe (5) située à l’entrée ; et
- une section divergente interne (6) située à l’intérieur du récepteur solaire ; et
- une enveloppe rigide (8) qui assure le maintien mécanique des tubes et la minimisation des pertes optiques et thermiques ; et
- un col (9) présentant un diamètre minimal, et positionné entre la section convergente externe (5) et la section divergente interne (6) ; et
- une section en forme conique (10) située à l’intérieur du récepteur solaire, caractérisé en ce que lesdits tubes prennent une forme hélicoïdale à diamètre variable formant une cavité (11) dans laquelle les rayons solaires pénètrent et caractérisé en ce que la taille et le nombre desdites tubes (4) est différent dans les différentes sections du récepteur solaire.
Figure de l’abrégé : Fig. 1
Description
L’invention se rapporte au domaine des dispositifs et systèmes d’échangeurs de chaleur du type récepteurs solaires, pour une application de concentrateur solaire. L’invention concerne plus généralement un absorbeur thermique de type récepteur solaire, destiné à absorber l’énergie reçue d’un concentrateur solaire pour chauffer un fluide tout en minimisant les pertes thermiques vers l’extérieur.
Les systèmes de production d’énergie à partir de l’énergie solaire de type concentrateurs solaires sont largement étudiés en ce moment comme convertisseurs d’énergie solaire en d’autres type d’énergie.
Ces convertisseurs peuvent transformer une partie des rayons solaire en energie thermique en collectant l’énergie solaire reçue et en la dirigeant de façon concentrée sur la surface de réception d’un composant nommé le récepteur solaire.
En concentrant le flux d’énergie solaire sur une surface, celle-ci sera convertie en énergie thermique qui peut être utilisée pour des besoins thermiques ou bien pour faire fonctionner une machine thermodynamique qui transforme une partie de l’énergie thermique en énergie mécanique.
Plusieurs systèmes de conversions de l’énergie solaire en énergie électrique et thermique existent, certains sont commercialisés comme les panneaux photovoltaïques qui permettent de transformer l’énergie solaire en électricité uniquement, d’autres comme les systèmes dites solaires thermiques ou les systèmes dites solaires à concentration, permettent de transformer l’énergie solaire en énergie thermique.
Le système dit solaire à concentration ou concentrateur solaire est un système à fort potentiel, pour les applications de production d’énergie à partir de l’énergie solaire. La technologie solaire thermique à concentration consiste à utiliser le rayonnement solaire, le flux d’énergie solaire, pour chauffer un fluide caloporteur servant de source chaude dans un cycle thermodynamique. Ce système permet d’atteindre des températures au niveau du récepteur solaire relativement élevés ce qui permet de produire de l’énergie mécanique en utilisant des machines thermodynamiques avec un meilleur rendement comparé aux systèmes dites panneaux photovoltaïques. L’énergie mécanique pourra être transformée en énergie électrique à travers une génératrice électrique. Le récepteur solaire est le composant où le rayonnement solaire, concentré sur sa surface, est converti en chaleur sensible. Le récepteur solaire est donc cet absorbeur thermique où les rayonnements solaires sont absorbés par les parois puis dissipés par conduction dans sa structure interne. Un fluide de transport, nommé aussi fluide caloporteur, circule dans la structure interne et s’échauffe par échange de chaleur. Ce fluide peut être de l’air, de l’eau ou tout autre type de fluides liquides ou gazeux.
Cette technologie de systèmes dites concentrateurs solaires promet les avantages suivants :
- Utilisation de l’énergie solaire renouvelable pour produire de l’énergie électrique et thermique ;
- Utilisation de l’énergie solaire renouvelable pour produire de l’énergie électrique et thermique ;
- Bon rendement de conversion solaire électrique et solaire thermique ;
- Faible impact sol ;
- Système silencieux et ne présentant pas ou très peu de vibrations et de bruits ;
- Faible niveau de maintenance ;
- Capacité de coupler le système avec des systèmes de stockage d’énergie thermique.
- Faible impact sol ;
- Système silencieux et ne présentant pas ou très peu de vibrations et de bruits ;
- Faible niveau de maintenance ;
- Capacité de coupler le système avec des systèmes de stockage d’énergie thermique.
Des échangeurs de chaleur de type récepteurs solaires existent sur des applications de concentration solaire et plusieurs types sont proposés :
- un récepteur solaire de surface rectangulaire ;
- un récepteur solaire de surface rectangulaire ;
- un récepteur de forme conique à tubes ;
- un récepteur métallique imprimé ;
- un récepteur de forme sphérique pour minimiser l’énergie réémise par radiation.
- un récepteur métallique imprimé ;
- un récepteur de forme sphérique pour minimiser l’énergie réémise par radiation.
L’intérêt de cette demande d’invention réside dans le fait qu’on propose un récepteur solaire de puissance variable, à haut rendement, tout en réduisant les complexités d’intégration et de fabrication. Les problématiques des récepteurs solaires qu’on retrouve sont les suivantes :
Malheureusement, les architectures de l’art antérieur ne sont pas optimisées de façon à minimiser les pertes énergétiques par rayonnement et par convection, à minimiser les pertes de charges dans le fluide circulant à l’intérieur du récepteur et à maximiser le rendement.
En outre, le récepteur solaire de surface rectangulaire représente des déperditions thermiques par effet de rayonnement à travers la surface de concentration solaire ainsi que des pertes thermiques par convection naturelle.
En outre, le récepteur solaire de forme conique à tubes présente des pertes thermiques par radiation du fait de sa surface d’entrée qui est relativement grande et des pertes de charges importantes du fait de la longueur des tubes.
Le récepteur solaire métallique imprimé 3D, implique une technologie complexe, couteuse en temps, et difficilement industrialisable à grande échelle.
De plus, le récepteur solaire à plaques nécessite une isolation spécifique pour réduire les pertes thermiques. Ce récepteur solaire nécessite également un brasage spécifique au niveau des plaques et au niveau des collecteurs sur l’entrée et la sortie du fluide.
Ainsi, un objectif de l’invention est de palier les défauts de l’art antérieur, notamment de proposer une solution de récepteur solaire ou d’absorbeur thermique, industrialisable à grande échelle, ayant une bonne efficacité énergétique tout en minimisant les pertes de charges au niveau du fluide caloporteur.
Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un récepteur solaire comprenant :
- un ou plusieurs tubes d’entrée de fluid caloporteur ; et
- un ou plusieurs tubes d’entrée de fluid caloporteur ; et
- un ou plusieurs tubes de sortie de fluid caloporteur ; et
- un ou plusieurs tubes de circulation d’un fluid caloporteur ; et
- une section convergente externe située à l’entrée du flux solaire ; et
- une section convergente externe située à l’entrée du flux solaire ; et
- une section divergente interne située à l’intérieur du récepteur solaire ; et
- une section convergente interne située à l’intérieur du récepteur solaire ; et
- une enveloppe rigide qui assure le maintien mécanique des tubes et la minimisation des pertes optiques et thermiques ; et
- un col présentant un diamètre minimal, et positionné entre la section convergente externe et la section divergente interne ; et
- une section en forme conique située à l’intérieur du récepteur solaire,
caractérisé en ce que lesdits tubes prennent une forme hélicoïdale à diamètre variable formant une cavité dans laquelle les rayons solaires pénètrent.
caractérisé en ce que lesdits tubes prennent une forme hélicoïdale à diamètre variable formant une cavité dans laquelle les rayons solaires pénètrent.
Afin de baisser la perte de charge, il vaut mieux avoir des sections de passages et d’échanges thermique plus grandes (de taille croissante). Cependant, une section plus grande, implique plus de volume et un faible coefficient d’échange thermique. Cela implique une perte d’efficacité. Autrement dit, un récepteur solaire efficace aura plus de perte de charge. De même pour réduire la perte de chaleur dans le fluide caloporteur, un des moyens sera de réduire la vitesse de l’écoulement. Un des moyens de réduire la perte de charge sera de répartir le débit dans différents tubes. Pour pallier cela, le récepteur solaire est caractérisé par ce qu’il est formé d’un, deux ou plusieurs tubes adjacents formant ainsi une forme hélicoïdale, lesdits tubes peuvent être de sections variables dans les différentes sections du récepteur solaire pour avoir un bon compromis entre efficacité d’échange thermique, perte de charge et volume total.
La vitesse de l’écoulement dépend également du débit volumique qui dépend de la température de fonctionnement. Au fur et à mesure que le fluide se chauffe, le débit volumique augmente, et pour une section donnée, la vitesse augmente, ce qui génère plus de pertes de charges. Afin de palier à ce problème, on peut augmenter le nombre de tubes au fur et à mesure que l’écoulement se chauffe. On peut donc prévoir un tube d’un certain diamètre sur la première section convergente à l’entrée, puis le débit sera divisé dans deux tubes dans la section divergente pour ensuite être divisé dans trois tubes ou plus sur la dernière partie de l’échangeur. Ainsi le récepteur solaire est caractérisé en ce que le nombre de tubes transportant le fluide caloporteur peut être différent dans chaque section dudit récepteur solaire.
L’éfficacité d’un récepteur solaire est définie par la quantité d’énergie solaire absorbée par le fluide caloporteur par rapport à la quantité d’énergie solaire reçue. Une partie de cette énergie solaire reçue est perdue en raison des pertes de chaleur convective, des pertes de chaleur radiative et des pertes optiques. Les pertes de chaleur convective sont souvent dues aux effets du vent et la flottabilité. Les pertes de chaleur radiative sont dues à l’irradiation de la surface chaude du récepteur, notamment la surface des tubes, vers l’extérieur. Les pertes optiques sont dues à la réflexion du flux solaire du récepteur vers l’environnement et aux erreurs d’alignement entre le concentrateur solaire et le récepteur solaire.
Afin de minimiser les pertes de chaleur convective, le flux solaire est convergé sur une partie située à l’intérieur du récepteur solaire, ledit récepteur solaire est positionné de façon que l’échange de chaleur par convection est minimisé. Ainsi la perte de chaleur convective est limitée parce que la partie du récepteur qui échange beaucoup d’énergie est relativement loins de de l’air ambiant ce qui limite les échanges par convention. Ainsi le récepteur solaire est caractérisé par ce que la section où la surface des tubes atteint une température élevée est située au fond du récepteur solaire réduisant ainsi les déperditions thermiques et les pertes de chaleur convective.
Afin de minimiser les pertes de chaleur radiative ou par radiation, les sections d’entrées et le col ont un diamètre plus faible que le diamètre maximal à l’intérieur du récepteur solaire. Ce diamètre maximal est situé au niveau de l’intersection entre le divergent interne et le convergent interne. Au niveau du col, la section de passage est réduite et par conséquence, les pertes de chaleur radiative sont réduites. Ainsi, le récepteur solaire est caractérisé en ce qu’il présente un col situé entre la partie convergente externe et la partie divergente interne et permettant de réduire les pertes de chaleur radiative.
Afin de minimiser les pertes optiques, les rayons solaires sont convergés à l’intérieur du récepteur solaire et encapsulé de façon que le flux radiatif en sortie soit minimisé. Pour se faire, le récepteur solaire prend la forme d’un convergent, divergent puis convergent, vu de la zone d’entrée du flux solaire. Les rayons solaires qui atteignent la zone convergente externe, se réfléchissent à l’intérieur du récepteur solaire. De même, les rayons solaires qui atteignent la zone convergente interne se réfléchissent et diffusent à l’intérieur du récepteur solaire et arrivent au niveau de la zone divergeant interne. La réflexion des rayons solaires à l’intérieur du récepteur solaire permet de minimiser les pertes optiques. Ainsi le récepteur solaire est caractérisé en ce que les pertes optiques sont minimisées du fait que les rayons solaires qui se réfléchissent sur les tubes dans la section divergente interne et dans la section convergente interne, sont piégés à l’intérieur de la cavité formant le volume interne dudit récepteur solaire.
En particulier, l’invention est valable pour tout type de concentrateur solaire comprenant un récepteur solaire. Cette proposition d’invention est de plus valable pour tout type d’application nécessitant l’utilisation d’un récepteur solaire.
Avantageusement, l’invention permet d’avoir un récepteur solaire avec une faible perte de charge par la variation de tailles des tubes, ce qui est un critère très important notamment dans le cas d'une application de type concentrateur solaire. En outre, cela permet d'augmenter le rendement global du système formé par le concentrateur solaire et le récepteur solaire.
En outre, un récepteur solaire avec une architecture d’échange thermique à contre-courant, permet d’améliorer l'efficacité du récupérateur. Dans le cas d’un échange de type contre-courant, le fluide caloporteur entre par la section convergente externe et sort du côté de la section en forme conique interne, ainsi le récepteur solaire est caractérisé par un échange thermique de type contre-courant entre le fluide caloporteur et le flux solaire, où le fluide caloporteur entre par la section convergente externe et sort du côté de la section en forme conique interne.
Selon une variante, le nombre et/ou la section des premiers tubes de circulation est différente de ceux des deuxièmes et/ou troisièmes tubes de circulation. Cela permet de moduler entre efficacité et perte de charge à l’intérieur de chaque section.
Selon une variante, le récepteur solaire comprend au moins une entrée et au moins une sortie, ledit récepteur solaire comprend également une architecture modulaire de sorte que ladite entrée et ladite sortie peuvent être disposées à différents endroits dans le volume fonctionnel du récepteur de chaleur.
Cela permet de pouvoir disposer les entrées / sorties à n'importe quel endroit dans le volume fonctionnel du récepteur de chaleur, ou les changer en fonction dudit volume fonctionnel du récepteur solaire. Ainsi, l’échangeur est adaptable à différentes configurations de concentrateurs solaires.
Le récepteur solaire comporte une enveloppe rigide qui assure le maintien mécanique des tubes et la minimisation des pertes optiques et thermiques. Ainsi les flux solaires qui fuient à travers les tubes et les inter-distances entre les tubes, sont convergés de nouveau sur l’autre surface des tubes à travers l’enveloppe rigide.
Selon une variante, le récepteur solaire a une structure composite comprenant de l’aluminium ou autre type de matériaux dans une première section, du cuivre ou autre type de matériaux dans une deuxième section de transferts thermiques de moins de 600°C, et des alliages métalliques ou d’acier dans une section à contraintes thermiques de plus de 650°C.
Cela permet d’adapter le type des matériaux pour augmenter les performances d'échanges thermiques et minimiser la masse du récepteur solaire.
Selon une variante, le récepteur solaire est connectable à au moins trois circuits de fluides différents.
Avantageusement, dans le cadre du concentrateur solaire, avoir un échange avec un troisième (voire en outre un quatrième) fluide de travail, permet de faire fonctionner plusieurs types de machines thermodynamiques et permet d'augmenter l’efficacité globale de récupération thermique. Plus généralement, cela permet d’assurer des échanges thermiques avec d’autres fluides et de récupérer un maximum d’énergie.
Selon une variante, le récepteur solaire est connectable à une machine à cycle organique de Rankine ou à une machine de type turbogénérateur fonctionnant selon un cycle Brayton.
Selon une variante, le récepteur solaire est connectable à un turbogénérateur opérant selon un cycle thermodynamique à compression refroidie et réchauffe intermédiaire avec récupérateur. Ce cycle thermodynamique porte le nom en anglais « Intercooled Recuperative Reheat Gas Turbine ». Dans ce cas, le récepteur solaire assure la fonction de la première et la deuxième chambre de combustion. Ainsi, le récepteur solaire est caractérisé en ce qu’il comprend au moins une entrée et au moins une sortie de sorte que ladite entrée et ladite sortie peuvent être disposées de façon à assurer la fonction de réchauffe primaire et réchauffe secondaire d’un cycle thermodynamique de type Brayton avec réchauffe intermédiaire.
Cela permet de transformer une partie de l’énergie récupérée en travail mécanique ou électrique et d’augmenter par conséquent le rendement global du système.
Selon une variante, le récepteur solaire sert à réchauffer uniquement un fluide de travail pour produire de l’énergie thermique chaude.
Ainsi le récepteur solaire est caractérisé en sa capacité à réchauffer au moins un fluide de travail pour au moins un cycle thermique ou une machine thermodynamique.
Un autre objet de l’invention concerne un concentrateur solaire comprenant au moins une machine thermodynamique équipée d’au moins un récepteur solaire selon l’invention.
Un autre objet de l’invention concerne un récepteur solaire caractérisé en sa capacité à utiliser au moins deux fluides de travail pour au moins deux cycles thermodynamiques différents et plusieurs flux de circulation des fluides de travail.
L’invention porte en outre sur un procédé de fabrication d’un récepteur solaire pour un concentrateur solaire selon l’invention, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- réaliser lesdits premiers enroulements de tubes caloporteurs au niveau du convergent externe, en enroulant un tube ou plusieurs tubes adjacents, sur un premier spécimen ayant la forme du convergent externe, et
- réaliser lesdits premiers enroulements de tubes caloporteurs au niveau du convergent externe, en enroulant un tube ou plusieurs tubes adjacents, sur un premier spécimen ayant la forme du convergent externe, et
- réaliser lesdits enroulements de tubes caloporteurs au niveau du divergent interne, en enroulant un tube ou plusieurs tubes adjacents, sur un spécimen ayant la forme du divergent interne, et
- réaliser lesdits enroulements de tubes caloporteurs au niveau du convergent interne, en enroulant un tube ou plusieurs tubes adjacents, sur un spécimen ayant la forme du convergent interne, et
- réaliser une architecture d’échange thermique à contre-courant en couplant l’entrée du fluide caloporteur du côté du convergent externe du récepteur solaire et en positionnant la sortie au niveau de la section conique, et
- réaliser une architecture d’échange thermique à contre-courant en couplant l’entrée du fluide caloporteur du côté du convergent externe du récepteur solaire et en positionnant la sortie au niveau de la section conique, et
- souder les tubes au niveau des différentes sections, et
- réaliser une enveloppe rigide tout autour des tubes.
L'invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l'invention, dans lesquelles :
- illustre schématiquement une vue en perspective en transparence dans l’espace d’un récepteur solaire pour un concentrateur solaire selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
- illustre une vue en perspective du récepteur solaire de la selon un autre angle de vue;
- illustre une vue du récepteur solaire selon un autre mode de réalisation, comportant deux entrée et deux sorties ;
- illustre schématiquement une vue du récepteur solaire de la selon un autre angle de vue ;
- illustre un schéma fonctionnel d’un circuit de chauffe comportant un récepteur solaire selon un autre mode de réalisation préféré de l’invention ;
- illustre un schéma fonctionnel d’un cycle de Rankine organique comportant un récepteur solaire selon un autre mode de réalisation préféré de l’invention ;
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- illustre un schéma fonctionnel d’un cycle de chauffe comportant un récepteur solaire, ledit cycle de chauffe est couplé à un cycle de Rankine organique ;
- illustre un schéma fonctionnel d’un cycle thermodynamique de type Brayton comportant un récepteur solaire assurant la fonction de chambre de combustion, ledit cycle thermodynamique peut comporter optionnellement une chambre de combustion et / ou un récupérateur de chaleur ;
- illustre un schéma fonctionnel d’un cycle thermodynamique de turbogénérateur à compression refroidie, récupération et réchauffe intermédiaire , en anglais « Intercooled Recuperative Reheat Gas Turbine », utilisant le récepteur solaire avec ou sans les chambres de combustions ;
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- illustre un schéma fonctionnel du cycle thermodynamique de la avec une boucle de Rankine utilisant le même récepteur solaire pour préchauffer les deux fluides des deux machines thermodynamiques ;
Dans ce qui va suivre, les modes de réalisations décrits s’attachent plus particulièrement à une mise en œuvre du récepteur solaire pour une application de concentrateur solaire. Cependant, toute mise en œuvre dans un contexte différent, en particulier pour des applications d’échangeurs thermiques, est également visée par la présente invention.
Les éléments désignés par les mêmes références numériques sur les différentes figures sont identiques.
En référence à la , il est présenté de manière schématique un récepteur solaire (1) selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Ce récepteur solaire (1) comprenant :
- un ou plusieurs tubes (2) d’entrée de fluid caloporteur ; et
- un ou plusieurs tubes (2) d’entrée de fluid caloporteur ; et
- un ou plusieurs tubes (3) de sortie de fluid caloporteur ; et
- un ou plusieurs tubes (4) de circulation d’un fluid caloporteur ; et
- une section convergente externe (5) formée par les tubes (4) et située à l’entrée du flux solaire ; et
- une section convergente externe (5) formée par les tubes (4) et située à l’entrée du flux solaire ; et
- une section divergente interne (6) formée par les tubes (4) et située à l’intérieur du récepteur solaire (1) ; et
- une section convergente interne (7) formé par les tubes (4) et située à l’intérieur du récepteur solaire (1) ; et
- une enveloppe rigide (8) qui assure le maintien mécanique des tubes (4) et la minimisation des pertes optiques et thermiques ; et
- un col (9) formé par les tubes (4) et présentant un diamètre minimal, et positionné entre la section convergente externe (5) et la section divergente interne (6) ; et
- une section en forme conique (10) formée par les tubes (4) et située à l’intérieur du récepteur solaire (1),
caractérisé en ce que lesdits tubes (4) prennent une forme hélicoïdale à diamètre variable formant une cavité (11) dans laquelle les rayons solaires pénètrent.
caractérisé en ce que lesdits tubes (4) prennent une forme hélicoïdale à diamètre variable formant une cavité (11) dans laquelle les rayons solaires pénètrent.
Les rayons solaires entrent à travers la section convergente externe (5) et traverse le col (9) pour arriver à la l’intérieur du récepteur solaire (1) où ils se réfléchissent sur la section conique (10). Une partie des rayons solaires réfléchis se retrouve sur les tubes (4) de la section divergente interne (6) et une partie sur les tubes (4) de la section convergente interne (7). Une partie des rayons solaires réfléchis ressorte à travers le col (9) vers l’extérieur du récepteur solaire (1).
Le récepteur solaire (1) est un échangeur de chaleur entre le flux solaire et le fluide caloporteur circulant à l’intérieur des tubes (4) (fluide caloporteur et rayons solaires ne sont pas représentés sur les schémas). Le fluide caloporteur peut être l’eau ou un fluide organique ou un autre liquide, ou l’air ou un autre gas.
Les défis pour les récepteurs solaires sont présentés ci-dessous :
Le premier défi est d’avoir une haute efficacité d'échanges entre la source chaude (les rayons solaires sur les surfaces externes des tubes (4) et qui ont pour effet d’augmenter la température de la surface), et la source froide (le fluide caloporteur circulant à l’intérieur des tubes (4)) ; cette efficacité d'échange thermique est représentée par un coefficient d'échange thermique global (H [W/(m².K)]).
Pour atteindre une haute efficacité, il est préférable d’avoir des coefficients d'échange importants et une architecture d'échange thermique type contre-courant. Avec un échangeur de chaleur de type contre-courant, la température de sortie du fluide froid peut dépasser la température de sortie du fluide chaud, ce qui n'est pas possible dans le cas d'un échangeur avec une architecture thermique de type co-courant.
Le deuxième défi est d’avoir une faible perte de charge. C'est un critère très important notamment dans le cas des applications de chauffage et les applications de production d’énergie mécanique et électrique. Réduire au maximum les pertes de charges permet d'augmenter la puissance mécanique nette générée et par conséquence le rendement global du système.
Pour minimiser les pertes de charges, il est intéressant d'adapter les sections des tubes (4) dans le récepteur solaire (1). En effet, plus le fluide (cas d'un gaz) se refroidit et plus la densité diminue et plus on peut réduire les sections pour optimiser le volume. De même ; plus le fluide se réchauffe, plus le débit volumique augmente et plus il faut augmenter les sections de passages. Cela n'est pas possible avec les récepteurs solaires à plaques (possible avec les récepteurs solaires imprimé en 3D mais cela n’est pas pour le moment industrialisable à grande échelle et la technique de fabrication est onéreuse).
Le troisième défi est que les échanges thermiques aux parois doivent être maitrisés : Si les tubes (4) sont externes, il y aura des échanges thermiques importants au niveau des parois et cela complique l'isolation thermique du récepteur solaire. En effet, la température interne du récepteur peut dépasser les 1000°C si la technologie dudit récepteur solaire est utilisée pour une application type turbogénérateur par exemple. De même, dans le cas du turbogénérateur, l'entrée du récepteur solaire peut atteindre des températures supérieures à 750°C. Si le collecteur est externe, la température de surface sera élevée et les pertes thermiques seront importantes.
Pour minimiser les pertes thermiques au niveau des parois, il est intéressant que la surface d'échange chaude en contact avec l'extérieur soit isolée. Par conséquent, il sera intéressant d’avoir une enveloppe (8) qui isole thermiquement des tubes (4).
En référence à la , il est représenté le récepteur solaire de la et selon une autre variante. Ce récepteur solaire de la comprend deux entrée 2’ et 2’’ et deux sorties 3’ et 3’’. Lesdits entrées et sorties du récepteur solaire ont un impact sur le volume et l'architecture physique dudit récepteur solaire. Si les entrées / sorties sont difficilement "déplaçables", on sera contraint par le design et par l’intégration de la machine.
Il est intéressant d'avoir un design modulaire ou les entrées / sorties peuvent être placés à n'importe quel endroit dans le volume fonctionnel du récepteur solaire (1).
Les choix des matériaux est primordial. Le type de matériaux a un impact sur le coefficient d'échanges thermiques. Or certains types de matériaux comme le cuivre ou l'aluminium, ont des coefficients de conductivité thermique ou de transmissions thermique très importants, mais des caractéristiques de tenue à haute température qui sont médiocres. De même certains matériaux sont moins lourds que d'autres et permettent de réduire la masse totale du récepteur solaire. Bien entendu, d’autres matériaux que l’aluminium et le cuivre peuvent être utilisés.
Avoir un design d'un récepteur solaire où on peut adapter le type des matériaux permet d'augmenter les performances d'échanges thermiques et de minimiser la masse du récepteur solaire.
L’invention propose en outre de coupler le récepteur solaire avec une boucle thermique. En référence à la , il est présenté une boucle thermique utilisant le récepteur solaire R (1). Cette boucle comprend, en plus du récepteur solaire R (1), une pompe de circulation P, un échangeur de chaleur HE et un réservoir de stockage d’énergie thermique T. La pompe de circulation P circule un fluide caloporteur qui entre dans le récepteur solaire R (1) pour être chauffé. Le fluide caloporteur réchauffé entre dans l’échangeur de chaleur HE ou il pourra échanger avec un autre fluide, en fonction de l’application cible. L’énergie restante est stockée dans le réservoir T. Une vanne trois voies V permet au fluide caloporteur de by-passer le récepteur solaire, dans certaines situations de vie notamment lorsque l’énergie solaire n’est pas disponible (nuit, temps nuageux…). Dans ce cas, le fluide caloporteur passe à travers la pompe P à travers le collecteur C.
En référence à la , il est représenté le schéma d’une boucle de Rankine (ou boule ORC pour « Organic Rankine Cycle » en langue anglaise) utilisant de récepteur solaire R (1) comme bouilleur ou évaporateur. Dans ce cas, le circuit utilise une pompe Po, qui pressurise le fluide organique, qui est dans cette architecture le fluide caloporteur. Ce fluide caloporteur passe dans le récepteur solaire R (1) pour être réchauffé avant de rentrer dans la machine de détente E (en anglais « Expander »). L’invention propose en outre de coupler le récepteur solaire R (1) avec une machine à cycle organique de Rankine RK. Le bouilleur pour la boucle ORC est dans ce cas le récepteur solaire R (1). Cela permet d'économiser un échangeur de chaleur.
En référence à la , il est représenté le schéma d’une boucle de stockage d’énergie couplée à une boucle de Rankine RK. Les composants sont identiques aux composants présentés dans les figures 5 et 6. Au niveau de l’échangeur de chaleur HE, le fluide de la boucle Rankine entre dans la section froide B pour être évaporé.
En référence à la , il est représenté le schéma d’un cycle de micro-turbine ou turbogénérateur utilisant le récepteur solaire R (1) à la place d’une chambre de combustion CC. Le cycle turbogénérateur comprend un compresseur C, une turbine Tu, une machine électrique EMG et le récepteur solaire R (1). Le fluide de travail, notamment l’air pressurisé en sortie du compresseur entre dans le récepteur solaire R (1) pour être préchauffé avant la rentrée dans la turbine Tu. Le récepteur solaire R (1) est utilisé à la place de la chambre de combustion ou en série avec la chambre de combustion CC. Dans le cas où le récepteur solaire R (1) est mis en série, cela permet de réduire la quantité de carburant injectée dans ladite chambre de combustion CC, et cela permet d’améliorer le rendement global du système. La micro-turbine peut comprendre également un récupérateur de chaleur G, permettant de récupérer l’énergie en sortie de la turbine pour préchauffer l’air en amont du récepteur solaire R (1). L’utilisation du récupérateur de chaleur G permet d’augmenter l’efficacité thermodynamique du cycle. Le récepteur solaire R (1) décrit contient un parcours du fluide F1. Dans le cas de l'application turbogénérateur, ce premier fluide F1 est de l'air pressurisé en sortie du compresseur C. Ce fluide pressurisé circule dans des tubes (4) ( ).
En référence à la , il est représenté le schéma d’un cycle micro-turbine à compression refroidie avec réchauffe intermédiaire et récupérateur (en anglais « IRReGT » ou « Intercooled Recuperative Reheat Gas Turbine ») où le récepteur solaire double flux (variantes des figures 3 et 4) est utilisé à la place des chambres de combustions (CC1 et CC2) ou en série avec les chambres de combustion (CC1 et CC2). Le cycle comprend au moins un compresseur (C1, C2), au moins une turbine (Tu1, Tu2), un récepteur solaire R à double flux permettant de réchauffer le fluide de travail en sortie du récupérateur G et en sortie de la première turbine de détente Tu1, ledit récupérateur de chaleur G permet de récupérer l’énergie en sortie de la turbine Tu2 pour préchauffer le fluide de travail en entrée du récepteur solaire R. Le récepteur solaire peut fonctionner en mode seul sans les chambres de combustions ou bien en série avec des chambres de combustion (CC1, CC2).
En référence à la , le récepteur solaire décrit peut contenir deux parcours :
- Un parcours d’un premier fluide F1 : Dans le cas de l'application turbogénérateur, ce premier fluide F1 est de l'air pressurisé en sortie du compresseur C2. Ce fluide pressurisé circule dans les tubes 2’ (figures 3 et 4).
- Un parcours d’un deuxième fluide F2 : dans le cas de l'application turbogénérateur, ce fluide correspond aux gaz chauds en sortie de la turbine Tu2. Ce fluide pressurisé circule dans des tubes 2’’ (figures 3 et 4).
En références à la , il est présenté le schéma d’un cycle combiné turbogénérateur avec un cycle de Rankine RK utilisant un récepteur solaire multi-flux et multi-fluides de travail. Le récepteur solaire est utilisé comme bouilleur pour cycle Rankine et comme chambres de combustions pour le turbogénérateur. Le récepteur solaire est caractérisé en sa capacité à utiliser au moins deux fluides de travail de deux cycle thermodynamique différents et plusieurs flux de circulation des fluides de travail.
En référence à la , le récepteur solaire décrit contient trois parcours :
- Un parcours d’un premier fluide F1. Ce premier fluide F1 est par exemple de l'air pressurisé en sortie du compresseur C2.
- Un parcours d’un deuxième fluide F2. Ce deuxième fluide F2 est par exemple les gaz chauds en sortie de la turbine Tu2.
- Un parcours d’un troisième fluide F3. Ce troisième fluide F3 est un fluide de type eau ou éthanol ou un fluide organique compatible avec le cycle Rankine.
Donc finalement, ce récepteur solaire pourra être utilisé pour échanger avec plusieurs fluides, on peut donc imaginer avoir une architecture qui combine à la fois un cycle Rankine RK (type ORC par exemple) avec un cycle turbogénérateur (type IRReGT par exemple). Dans ce cas, le récepteur solaire servira à la fois comme bouilleur évaporateur pour le cycle Rankine RK et comme des chambres de combustion pour le cycle turbogénérateur.
Les différents fluide F1, F2 et F3 peuvent être collecté pour échapper en sortie du récepteur solaire. Les entrées et sorties du récepteur solaire sont de côtés opposés ( ).
Le nombre total de tubes (4) dans chaque section est variable. Le diamètre définissant la surface de passage du fluide dans les tubes (4) dans chaque section du récepteur (1) est aussi variable. On peut adapter le nombre de tubes (4) et la section des tubes (4) en fonction des caractéristiques du fluides (température atteinte) au niveau de chaque section. C'est un paramètre important qui nous permet d'optimiser le récepteur solaire (1) et de minimiser les pertes de charges dans les tubes (4).
On peut également adapter les matériaux dans chaque section. Par exemple, on peut utiliser de l'aluminium qui a des bonnes caractéristiques d'échange thermique et qui n'est pas lourd, dans la première section convergente externe (5). On peut utiliser le cuivre dans la section divergente interne (6) sachant que le cuivre à des bons coefficients de transfert thermique mais qui commence à perdre de ses caractéristiques de tenue mécanique à des températures supérieures à 700°C. On peut finalement utiliser des inconel ou des aciers dans la section convergente interne (7) où on a des contraintes thermiques élevées. C'est une caractéristique intéressante permettant d'optimiser les échanges thermiques et le poids du récepteur solaire.
La longueur des tubes (4) est variable et dépend des échanges thermiques.
En ce qui concerne le procédé de fabrication préféré, on peut réaliser des spécimens de formes de convergent, divergent, puis on peut venir enrouler des tubes, espacés d’une certaine distance autour de ces spécimens pour former le convergent externe, le divergent interne et le convergent interne.
Ensuite, on peut souder les tubes aux différentes sections entre les convergents et le divergent.
On peut également coupler les tubes en réalisation un procédé de brasage.
Ensuite on vient réaliser une architecture d’échange thermique à contre-courant en couplant l’entrée du fluide caloporteur du côté du convergent externe (5) et positionnant la sortie au niveau de la section conique (10).
Ensuite on réalise une enveloppe rigide (8) tout autour des tubes.
Les avantages techniques de l’invention sont notamment les suivants :
- Amélioration de l'efficacité du récepteur solaire en proposant un échange de chaleur à contre-courant ;
- Réduire les pertes thermiques à l'extérieure via les parois et les surfaces externes ;
- Proposer un design modulable et adaptable en fonction de l'application ;
- Permettre de modifier les positions des entrées / sorties du récepteur solaire ;
- Permettre de modifier le nombre de tubes (4) et les sections de passages des tubes (4) dans chaque étage du récepteur solaire ;
- Permettre de modifier la section des tubes (4) dans chaque passage dans chaque étage du récepteur solaire (1) ;
- Permettre de modifier les matériaux dans chaque section de passage ;
- Permettre de modifier le nombre de passages (aller-retour) dans le récepteur solaire ;
- Permettre d'utiliser différent type de fluide de travail (Air-Air / Air-Eau / Air-ORC / Eau-Eau / Eau-ORC ou toute autre combinaison possible) ;
- Permettre d'utiliser plusieurs fluides de travail, par exemple, utiliser le récepteur solaire pour une application de type turbogénérateur et préchauffer un autre fluide type ORC pour une boucle Rankine RK.
- Amélioration de l'efficacité du récepteur solaire en proposant un échange de chaleur à contre-courant ;
- Réduire les pertes thermiques à l'extérieure via les parois et les surfaces externes ;
- Proposer un design modulable et adaptable en fonction de l'application ;
- Permettre de modifier les positions des entrées / sorties du récepteur solaire ;
- Permettre de modifier le nombre de tubes (4) et les sections de passages des tubes (4) dans chaque étage du récepteur solaire ;
- Permettre de modifier la section des tubes (4) dans chaque passage dans chaque étage du récepteur solaire (1) ;
- Permettre de modifier les matériaux dans chaque section de passage ;
- Permettre de modifier le nombre de passages (aller-retour) dans le récepteur solaire ;
- Permettre d'utiliser différent type de fluide de travail (Air-Air / Air-Eau / Air-ORC / Eau-Eau / Eau-ORC ou toute autre combinaison possible) ;
- Permettre d'utiliser plusieurs fluides de travail, par exemple, utiliser le récepteur solaire pour une application de type turbogénérateur et préchauffer un autre fluide type ORC pour une boucle Rankine RK.
- Permettre de réaliser l’échangeur avec plusieurs types de process comme soudage normal, soudage laser ou brasage.
Claims (10)
- Récepteur solaire (1) comprenant :
- un ou plusieurs tubes d’entrée (2) de fluid caloporteur ; et
- un ou plusieurs tubes de sortie (3) de fluid caloporteur ; et
- un ou plusieurs tubes de circulation (4) d’un fluid caloporteur ; et
- une section convergente externe (5) située à l’entrée du flux solaire ; et
- une section divergente interne (6) située à l’intérieur du récepteur solaire ; et
- une section convergente interne située à l’intérieur du récepteur solaire (7) ; et
- une enveloppe rigide (8) qui assure le maintien mécanique des tubes de circulation (5) et la minimisation des pertes optiques et thermiques ; et
- un col (9) présentant un diamètre minimal, et positionné entre la section convergente externe (5) et la section divergente interne (6) ; et
- une section en forme conique (10) située à l’intérieur du récepteur solaire,
caractérisé en ce que lesdits tubes prennent une forme hélicoïdale à diamètre variable formant une cavité (11) dans laquelle les rayons solaires pénètrent. - Récepteur solaire (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il est formé d’un, deux ou plusieurs tubes adjacents (4, 4’, 4’’) formant ainsi une forme hélicoïdale, lesdits tubes (4, 4’, 4’’) peuvent être de sections variables dans les différentes sections (5, 6, 7, 10) du récepteur solaire (1) pour avoir un bon compromis entre efficacité d’échange thermique, perte de charge et volume total.
- Récepteur solaire (1) selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le nombre de tubes (4) transportant le fluide caloporteur peut être différent dans chaque section dudit récepteur solaire (1).
- Récepteur solaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la section en forme conique (10) située à l’intérieur du récepteur solaire où la surface des tubes (4) atteint une température élevée est située à l’intérieur du récepteur solaire (1) réduisant ainsi les déperditions thermiques et les pertes de chaleur convective.
- Récepteur solaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu’il présente un col (9) situé entre la partie convergente externe (5) et la partie divergente interne (6) et permettant de réduire les pertes de chaleur radiative.
- Récepteur solaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les pertes optiques sont minimisées du fait que les rayons solaires qui se réfléchissent sur les tubes (4) dans la section divergente interne (6) et la section convergente interne (7), sont piégés à l’intérieur de la cavité (11) formant le volume interne dudit récepteur solaire (1).
- Récepteur solaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par un échange thermique de type contre-courant entre le fluide caloporteur et le flux solaire, où le fluide caloporteur entre par la section convergente externe (2) et sort du côté de la section en forme conique interne (9).
- Récepteur solaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en sa capacité à réchauffer au moins un fluide de travail pour au moins un cycle thermique ou une machine thermodynamique.
- Récepteur solaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu’il comprend au moins une entrée et au moins une sortie de sorte que ladite entrée et ladite sortie peuvent être disposées de façon à assurer la fonction de réchauffe primaire et réchauffe secondaire d’un cycle thermodynamique de type Brayton avec réchauffe intermédiaire.
- Procédé de fabrication d’un récepteur solaire pour un concentrateur solaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- réaliser lesdits premiers enroulements de tubes (4) caloporteurs au niveau du convergent externe (5), en enroulant un tube ou plusieurs tubes adjacents, sur un premier spécimen ayant la forme du convergent externe (5), et
- réaliser lesdits enroulements de tubes caloporteurs au niveau du divergent interne (6), en enroulant un tube ou plusieurs tubes adjacents, sur un spécimen ayant la forme du divergent interne (6), et
- réaliser lesdits enroulements de tubes caloporteurs au niveau du convergent interne (7), en enroulant un tube ou plusieurs tubes adjacents, sur un spécimen ayant la forme du convergent interne (7), et
- réaliser une architecture d’échange thermique à contre-courant en couplant l’entrée du fluide caloporteur du côté du convergent externe (5) du récepteur solaire et en positionnant la sortie au niveau de la section conique (10), et
- souder les tubes au niveau des différentes sections, et
- réaliser une enveloppe rigide tout autour des tubes.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR2212529A FR3142534A1 (fr) | 2022-11-29 | 2022-11-29 | Echangeur de chaleur de type recepteur solaire, en particulier pour une application de solaire a concentration |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4528978A (en) * | 1983-12-08 | 1985-07-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Solar rocket absorber |
| EP1793181A1 (fr) * | 2004-08-31 | 2007-06-06 | Tokyo Institute of Technology | Collecteur de chaleur solaire, dispositif de réflexion de collecte de lumière solaire , système de collecte de lumière solaire et système utilisant l'énergie solaire |
| CN102538225A (zh) * | 2012-01-19 | 2012-07-04 | 深圳市联讯创新工场科技开发有限公司 | 太阳能集热器 |
| US20130008163A1 (en) * | 2010-01-30 | 2013-01-10 | Oren Michael Godot | Tubular solar receivers and systems using the same |
| US20160047361A1 (en) * | 2014-08-15 | 2016-02-18 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | System and method using solar thermal energy for power, cogeneration and/or poly-generation using supercritical brayton cycles |
-
2022
- 2022-11-29 FR FR2212529A patent/FR3142534A1/fr active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4528978A (en) * | 1983-12-08 | 1985-07-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Solar rocket absorber |
| EP1793181A1 (fr) * | 2004-08-31 | 2007-06-06 | Tokyo Institute of Technology | Collecteur de chaleur solaire, dispositif de réflexion de collecte de lumière solaire , système de collecte de lumière solaire et système utilisant l'énergie solaire |
| US20130008163A1 (en) * | 2010-01-30 | 2013-01-10 | Oren Michael Godot | Tubular solar receivers and systems using the same |
| CN102538225A (zh) * | 2012-01-19 | 2012-07-04 | 深圳市联讯创新工场科技开发有限公司 | 太阳能集热器 |
| US20160047361A1 (en) * | 2014-08-15 | 2016-02-18 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | System and method using solar thermal energy for power, cogeneration and/or poly-generation using supercritical brayton cycles |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| PYE PYE JOHN JOHN ET AL: "Development of a higher-efficiency tubular cavity receiver for direct steam generation on a dish concentrator", AIP CONFERENCE PROCEEDINGS, 31 May 2016 (2016-05-31), Melville, pages 1 - 9, XP093053610, Retrieved from the Internet <URL:https://watermark.silverchair.com/030029_1_online.pdf?token=AQECAHi208BE49Ooan9kkhW_Ercy7Dm3ZL_9Cf3qfKAc485ysgAABTIwggUuBgkqhkiG9w0BBwagggUfMIIFGwIBADCCBRQGCSqGSIb3DQEHATAeBglghkgBZQMEAS4wEQQMNBRzzHZb04PvZokcAgEQgIIE5YAe6B_pDKwX-DgMoN67yf77BMPOfoIeahpT4nEdcUX2aGQ7G1VHCKkIuoCIUkO33TTv5lv1SbWJQrsdz4Qt> [retrieved on 20230612], DOI: 10.1063/1.4949081 * |
| SEDIGHI MOHAMMADREZA ET AL: "High-temperature, point-focus, pressurised gas-phase solar receivers: A comprehensive review", ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT, vol. 185, 31 May 2016 (2016-05-31), pages 678 - 717, XP085632291, ISSN: 0196-8904, DOI: 10.1016/J.ENCONMAN.2019.02.020 * |
| WANG WANG SHUANG SHUANG ET AL: "Augmenting cavity receiver performance: Spillage skirts and secondary reflectors", AIP CONFERENCE PROCEEDINGS, 11 December 2020 (2020-12-11), Melville, pages 1 - 11, XP093053652, Retrieved from the Internet <URL:https://watermark.silverchair.com/030035_1_online.pdf?token=AQECAHi208BE49Ooan9kkhW_Ercy7Dm3ZL_9Cf3qfKAc485ysgAABTIwggUuBgkqhkiG9w0BBwagggUfMIIFGwIBADCCBRQGCSqGSIb3DQEHATAeBglghkgBZQMEAS4wEQQMNUDtUCxU6hXqai9-AgEQgIIE5UQt3YtzyNms_zXqNVg2izEH-s1CSBMVCDPJfogdqNYKvg9wOIHPOpRktiABQ8FktbvveTIeVsh9xM--3XUX> [retrieved on 20230612], DOI: 10.1063/5.0028693 * |
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